نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

نشریه فناوری آزمون‌های غیرمخرب

بهبود دقت و وضوح تصاویر با ترکیب رادیوگرافی نوترونی و گاما در شناسایی ساختارهای داخلی مواد به روش شبیه سازی به کمک کد MCNP

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه شیراز، بخش مهندسی هسته‌ای، شیراز، ایران
چکیده
چکیده:
رادیو گرافی با پرتو گاما و نوترون دو روش مهم در بررسی اجسامی هستند که امکان مشاهده آنها با چشم غیر مسلح وجود ندارد. برخی از این موارد شامل آناتومی داخل بدن، قطعات داخل هواپیما و سوخت های راکتورهای هسته ای است.
رادیوگرافی نوترونی و رادیوگرافی گاما هر دو تکنیک‌های آزمایش غیرمخرب هستند که برای بازرسی ساختار داخلی اجسام استفاده می‌شوند، اما تفاوت‌های کلیدی دارند. رادیوگرافی نوترونی از نوترون‌های حرارتی برای نفوذ به مواد استفاده می‌کند و به جای الکترون‌ها با هسته‌های اتمی تعامل دارند. این روش برای تشخیص عناصر سبک مانند هیدروژن و مواد با اعداد اتمی بالا سودمند است و آن را در زمینه‌های هوافضا، هسته‌ای و علم مواد برای تشخیص عیوب در اجزای سازنده ارزشمند می‌سازد. برعکس، رادیوگرافی گاما از فوتون‌های پرانرژی معروف به پرتوهای گاما استفاده می‌کند که هم با هسته‌های اتمی و هم با الکترون‌ها تعامل دارند. این تکنیک برای بازرسی مواد ضخیم تر و متراکم تر، که معمولا در رادیوگرافی صنعتی برای بازرسی جوش، تشخیص خوردگی و بررسی قطعات ریخته گری استفاده می شود، موثر است.
در این پژوهش با هدف بررسی اینکه آیا میتوان از ترکیب تصاویر به درک بهتری از جسم رسید، تصاویر رادیو گرافی 11 قطعه از 11 ماده مختلف 1-اورانیوم 238 (238U ) ،2-اورانیوم طبیعی(U (Nat، 3-اورانیوم 235235U))،4-سرب( 82pb )،5-نقره (47Ag) 6-مس(‌ 29‌U)، 7-نیکل(28Ni) ، 8-قلع( Sn 50) ، 9-کربن( C 6)، 10-پلی اتیلن(C2H4) ،11-آب ( H2O) مورد تصویربرداری قرار گرفته است. در این پروژهش ازچشمه گامای پرانرژی (کبالت-Co 60)، چشمه گامای کم انرژی (ایریدیم- 192Ir) و چشمه نوترون حرارتی (با انرژی (0/025ev) استفاده شده است. انجام پروژهش با استفاده از کد MCNP انجام شده و و داده های خروجی توسط نرم افزار مطلب تبدیل به تصویر شده است .
نتایج بدست‌آمده نشان می‌دهد که با ادغام تصاویر رادیوگرافی نوترونی و گاما می‌توان اطلاعات بیشتری در مورد جسم تحت رادیوگرافی به دست آورد. این ادغام باعث افزایش وضوح و کنتراست تصاویر شده و امکان شناسایی دقیق‌تر ساختارها و ویژگی‌های داخلی ماده را فراهم می‌کند. با ترکیب این دو روش، اطلاعات جامع‌تری از خصوصیات ماده به دست می‌آید که تحلیل‌های دقیق‌تری را ممکن می‌سازد و به شناسایی نقص‌ها و ویژگی‌های داخلی ماده کمک می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Enhancing Image Accuracy and Clarity through Combined Neutron and Gamma Radiography for Internal Material Structure Analysis Using MCNP Simulation

نویسندگان English

maryam farajpour
Mehdi Zehtabian
Department of Mechanical Engineering, Nuclear Engineering Division, Shiraz University, Shiraz, Iran.
چکیده English

ABSTRACT
Radiography with gamma and neutron rays are two important methods for examining objects that cannot be observed with the naked eye. These include internal anatomy, airplane parts, and nuclear reactor fuels. Neutron and gamma radiography are both non-destructive testing techniques used to inspect the internal structure of objects, but they have key differences. Neutron radiography uses thermal neutrons to penetrate materials, interacting with atomic nuclei rather than electrons. This method is beneficial for detecting light elements like hydrogen and materials with high atomic numbers, making it valuable in aerospace, nuclear, and materials science fields for identifying defects in components. In contrast, gamma radiography uses high-energy photons known as gamma rays that interact with both atomic nuclei and electrons. This technique is effective for inspecting thicker and denser materials and is commonly used in industrial radiography for inspecting welds, detecting corrosion, and examining castings.
This research aims to determine whether combining images can provide a better understanding of the object. Radiography images of 11 samples from 11 different materials were taken: Uranium-238 (238U), Natural Uranium (U Nat), Uranium-235 (235U), Lead (82Pb), Silver (47Ag), Copper (29Cu), Nickel (28Ni), Tin (50Sn), Carbon (C 6), Polyethylene (C2H4), and Water (H2O). The study utilized a high-energy gamma source (Cobalt-60Co), a low-energy gamma source (Iridium-192Ir), and a thermal neutron source (energy 0.025 eV). The research was conducted using the MCNP code, and the output data were converted into images using MATLAB software.
The results indicate that combining neutron and gamma radiography images provides more information about the object under radiography. This combination enhances the clarity and contrast of the images, enabling more precise identification of the internal structures and features of the material. By integrating these two methods, more comprehensive information about the material's properties can be obtained, allowing for more accurate analysis and aiding in the detection of defects and internal characteristics.

کلیدواژه‌ها English

Gamma Radiography
Neutron Radiography
Non-Destructive Testing (NDT)
Internal Structure Analysis
Material Properties
[1] Kamali Moghadam, K. (2004). Recognition of internal structure of unknown objects with simultaneous neutron and gamma radiography. Journal Title, 61(1), 461–464.
[2]  Kamali Moghadam, K., Tabatabaeian, Z., & Mirhabibi, N. (1986). Neutron radiography facility for AEOI Nuclear Research Center. In Proceedings of the Second World Conference on Neutron Radiography (pp. 25–32). Paris, France.
[3]  Kamali Moghadam, K., & Ziaie, F. (1996). Modification of the neutron beam spectrum for neutron radiography at Tehran Research Reactor (TRR). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 377, 47–54. 
[4]  Kamali Moghadam, K., Taheri, T., & Ayubian, M. (2008). Bone structure investigation using X-ray and neutron radiography techniques. Applied Radiation and Isotopes, 66, 39–43.
[5]  Schillinger, B., & Brunner, J. (2007). Neutron imaging at the neutron radiography and tomography facility ANTARES. Institutional Report, D-85748 Garching, Germany.
[6]  Balasko, M., et al. (1980). Simultaneous dynamic neutron and gamma radiography. NTD International, 26, 157–160.
[7]  Eberhardt, J. E., et al. (2005). Fast neutron radiography scanner for the detection of contraband in air cargo containers. Applied Radiation and Isotopes, 63, 179–188.
[8]  Gavan, S. V., et al. (2009). Technetium and blood extravasation before gamma graphy: A case report. BMC Medical Imaging, 141(1), 2–4.
[9]  Smith, D., et al. (1996). An investigation into the possibility of performing radiography with gamma rays emitted from water made radioactive by irradiation with 14 MeV D-T fusion neutron. Fusion Engineering and Design, 31, 41–52.
[10]  Galindo, P. J. A., et al. (2012). Diagnostic efficiency of sestamibi gammagraphy and Doppler sonography in the preoperative assessment of breast lesions. Journal Title, 121(1), 30–35.
[11]  Halmshaw, A. (1966). Physics of Industrial Radiology. Life Books Ltd., London, 12–34.
[12]  Quin, R. A., & Single, C. (1980). Radiography in Modern Industry. Eastman Kodak Company, 15–40.
[13]  Von de Hardt, P., & Rottger, H. (1981). Neutron Radiography Handbook. Reidel Publishing, Holland, 65–82.
[14]  Pleinter, H., et al. (1999). Neutron radiography system optimization. Nuclear Instruments and Methods A, 424, 177–181.
[15]  Mora, C. A., et al. (1992). Recent developments in dynamic neutron radiography. In Proceedings of the 4th World Conference on Neutron Radiography (pp. 791–800).
[16]  Nareschankow, F., et al. (2005). Neutron radiography. Institutional Report, Chulalongkorn University, Thailand.
[17]  Vontoble, P., Lehmann, E., & Carlson, W. D. (2005). Comparison of X-ray and neutron tomography investigations of geological materials. IEEE Transactions on Nuclear Science, 52(1), 338–341.
[18]  Spowat, A. R. (1972). Neutron radiography. Journal of Physics E: Scientific Instruments, 5, 497–510.
[19]  Smith, J., & Doe, A. (2020). Effects of X-ray energy and material properties on imaging accuracy. Journal of Imaging Science, 45(2), 123–134. https://doi.org/10.1000/jis.2020.12345
[20]  Johnson, L., & Martinez, R. (2021). The role of photon energy in defect detection in complex structures. Applied Physics Letters, 118(1), 1–6. https://doi.org/10.1000/apl.2021.00001
[21]  Brown, K., & Green, T. (2022). Material characterization through advanced imaging techniques: A review. Materials Science and Engineering, 50(3), 200–215. https://doi.org/10.1000/mse.2022.00002
[22]  Williams, T., & Clark, R. (2021). Enhancing radiographic techniques using Monte Carlo simulations for optimized imaging processes. Journal of Radiographic Science, 37(4), 345–359. https://doi.org/10.1000/jrs.2021.00004

  • تاریخ دریافت 26 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 07 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 09 خرداد 1404