Képalkotás neutronokkal (radiográfia és tomográfia)

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Képalkotás neutronokkal (radiográfia és tomográfia)"

Dániel Nemes
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 Képalkotás neutronokkal (radiográfia és tomográfia) Kis Z., Szentmiklósi L., Belgya T., Révay Zs. MTA Energiatudományi Kutatóközpont, Magyar Tudományos Akadémia, Budapest

2 Budapesti Kutatóreaktor (BKR) 2 /16 reaktorcsarnok neutronvezető csarnok A mintakamra B mozgatóasztal C neutronradiográf/tomográf D HPGe-BGO gamma detektor NPS NORMA BERENDEZÉS NPS Neutron induced prompt gamma-ray spectrometry (NPS) NORMA Neutron Optics and Radiography for Material Analysis C A D A NPS NORMA berendezés 2012 januárja óta működik. B

BERENDEZÉS NPS Neutron induced prompt gamma-ray spectrometry (NPS) NORMA Neutron Optics

3 A felújított PGAA és NPS NORMA mérőhely 3 /16 NPS NORMA PGAA

4 dn/d (rel. egység) dn/de (rel. egység) Neutronnyaláb a NPS NORMA berendezésnél 4 /16 A NEUTRONNYALÁB FLUXUSÁNAK TÉRBEL ELOSZLÁSA Neutronenergia spektrum 1.48E MM 1.05E E Energia (mev) Neutronhullámhossz spektrum E E MM A FLUXUS ÉRTÉKEK MÉRÉSE AU-FÓLÁK AKTVÁLÁSÁVAL TÖRTÉNT (ÖT HOMÁLYOS FOLT A KÉPEN). MÉRTÉKEGYSÉG: N.CM -2.SEC Hullámhossz (Å)

8 Neutronenergia spektrum 1.48E+07 0.6 0.4 48 MM 1.05E+07 9.96E+06 0.2 0.0 1.

5 Egy idealizált radiográfiai rendszer alapelemei Neutron fluxus Látható fény Szürkeérték 5 /16 d l d L D ld d Mennyire közelíti a nyalábgeometria az ideálisnak tekintett pontforrás geometriát? Nagyobb L/D arány jobb felbontás jelent a képen.

Mennyire közelíti a nyalábgeometria az ideálisnak tekintett

6 Radiográfiai rendszer + neutronvezető 6 /16 Neutronvezető Az L/D érték számítása változik neutronvezető esetén. Repülési cső Neutronkollimátorok a repülési csőben. Minta + Radiográf D L Nyalábdivergencia ~ teljes visszaverődés szöge (γ c ) : L D 1 tan 2 c Energiafüggő! Első kollimátor: L/D növelése kisebb fluxus További koll.: látómező alakítás A neutronok elérik a szcintillátor ernyőt (ZnS(Ag)/ 6 LiF 2:1 keverék) Konverzió látható fénnyé Chip (CCD, CMOS) alapú kamera Fényzáró ház + optikai rendszer: tükör 45 -ban lencse kamera

Minta + Radiográf D L Nyalábdivergencia ~ teljes visszaverődés szöge (γ c ) : L D 1 tan 2 c Energiafüggő!

7 Monoenergiás nyaláb gyengülése 7 /16 Lineáris gyengítési együttható (μ, cm -1 ) makroszkopikus az elnyelés és a szórás összege tot a abs scat Tömeggyengítési együttható (μ m, cm 2. g -1 ) és felületi sűrűség (d m, g.cm -2 ) egy elemre tr 0 exp m tot md exp tot m d m a : atomsűrűség (cm -3 ) abs : elnyelési hatáskeresztmetszet (cm 2 ) scat : szórási hatáskeresztmetszet (cm 2 ) Beer-Lambert törvény érvényes ha: pontszerű a detektor vékony és jól kollimált a nyaláb nincs buildup hatás tr 0 exp tot d: anyagvastagság d Effektív tömeggyengítési együttható elemek homogén, d vastagságú keverékére (különböző μ mα tömeggyengítési együttható, eltérő x tömegarány, átlagos sűrűség) tr 0 Rétegelt minta (d = i d i, i=1,2,...) tr 0 exp d exp m i tot mi x d m mi tot m exp d tot

cm -2 ) egy elemre tr 0 exp m tot md exp tot m d m a : atomsűrűség (cm -3 ) abs : elnyelési hatáskeresztmetszet (cm 2 ) scat : szórási hatáskeresztmetszet (cm 2 ) Beer-Lambert törvény érvényes

8 Korrekciók és a projekciók Radon-transzformációja Detektált valódi intenzitás: openbeam, darkbeam, transmitted a projekciók korrekciója szükséges a fluxus normalizációjához: kamera sötétáramra nyaláb és detektor inhomogenitásra neutron fluxus szürkeérték tr 0 transmitted openbeam darkbeam darkbeam x x, y t y 8 /16 ntenzitások szürkeérték skálán Szcint. ernyő + CCD pixelek valódi minta = (kis, homogén minták) s tr 0 e tot beam path x, y ds nyaláb t xcos ysin Projekciók (Radon-transzformáció): A (x,y) gyengítési együttható szöghöz tartozó, t-re merőleges (s-menti) vonalintegráljai adott szeleten keresztül P t ln tr 0, t, t line x, y t x cos y sin x, y ds dxdy

9 Fourier-szelet tétel A kétváltozós (x,y) függvény valamely egyenesre (,t) vett vetületének 1D-s Fourier transzformáltja megegyezik a (x,y) függvény 2D-s Fourier transzformáltjának ugyanezen egyenes mentén kapott értékeiből képzett függvényeivel. 9 /16 P q (t) 2D pixel detector Mérések különböző elforgatási szögeknél szögtartomány: vagy q q S(,)

transzformáltjának ugyanezen egyenes mentén kapott értékeiből képzett függvényeivel.

10 A képrekonstrukció lépései A vetületek Fourier transzformáltjainak segítségével előállítható az eredeti függvény 2D-s Fourier transzformáltja, amiből inverz Fourier transzformáció alkalmazásával megkaphatjuk az eredeti kétváltozós függvényt. 10 /16 S(,) S(u,v) ( x, y) S( u, v) e 2i( uxvy) du dv Lassú Projekciók száma < Zaj, szórás Szűrt visszavetítés módszere

transzformáció alkalmazásával megkaphatjuk az eredeti kétváltozós függvényt.

11 A képrekonstrukció lépései 11 /16 (x,y,z) P q (t) (x,y) Projekciók különböző szögeknél Objektumszeletek 3D megjelenítés

12 Mire használható a NPS NORMA berendezés? PGA (prompt gamma aktivációs leképezés) neutronnyaláb kollimálása: húr + gammadetektálás kollimálása: izotérfogat pontonkénti pásztázás: elért térbeli felbontás: hosszadalmas: 2D/3D PGAA 2 3 mm > napok izotérfogat elrendezés húr elrendezés 12 /16 Neutronradiográfia/tomográfia gyors: mp órák kisebb tárgyak: cm-es nagyságrend Radiográfia/Tomográfia-irányított PGA megjeleníteni és pozícionálni az érdekes részeket prompt- mérések csak a szükséges helyeken jelentős nyalábidő megtakarítás K+F: pl. homogenitás vizsgálat

elért térbeli felbontás: hosszadalmas: 2D/3D PGAA 2 3 mm > napok izotérfogat elrendezés húr elrendezés 12 /16 Neutronradiográfia/tomográfia

13 Léptető motor: Neutronradiográfia és -tomográfia 13 /16 Eredeti projekció Normált projekció Egy rekonstruált szelet 3D szelet

14 Két rugó: Neutrontomográfia 14 /16

15 Hawaii vulkáni bazalt: Neutrontomográfia 15 /16

16 Köszönöm a figyelmet! 16 /16 Kilátás a NORMAFÁ-tól, Budapest

17 The physical basis of PGAA Prompt gamma activation analysis radiative neutron capture 17 /16 The gamma energy is characteristic for the element or isotope The gamma-ray intensity is characteristic for the quantity of the element or isotope

characteristic for the element or isotope The gamma-ray

18 Multielement (main- and trace components) Average composition of the irradiated volume: independent of chemical and physical form of the sample Exact for homogeneous and noncrystalline samples Non-destructive (negligible residual radioactivity, no mechanical damage) Minimal sample preparation Handbook of PGAA (Kluwer, 2004) Main features of PGAA 18 /16

noncrystalline samples Non-destructive (negligible residual radioactivity, no mechanical

19 Sensitivity of PGAA 19 /16 H b b Li b 1.37 b Be b 7.63 b Element stable isotope atomic weight - capture - scattering Detection Limit [ppm] >1000 no data B b 5.24 b C b b N b b O b b F b b He b 1.34 b Ne b b Na 23 Mg Al 27 Si P 31 S Cl Ar b 3.28 b K b 1.96 b Rb b 6.8 b Cs b 3.90 b (Fr) (223) b 3.71 b Ca b 23.5 b Sr b 6.25 b Ba b 3.38 b (Ra) (226) Sc b 23.5 b Y b 7.70 b La b 9.66 b (Ac) (227) Ti b 4.35 b Zr b 6.46 b Hf b 10.2 b V b 5.10 b Nb b b Ta b 6.01 b Cr b 3.49 b Mo b 5.71 b W b 4.60 b Mn b 2.15b (Tc) (98) 20 b 6.3 b Re b 11.5 b Fe b b Ru b 6.6 b Os b 14.7 b Co b 5.6 b Rh b 4.6 b r b 14 b Ni b 18.5 b Pd b 4.48 b Pt b b Cu b 8.03 b Ag b 4.99 b Au b 7.73 b Zn b 6.38 b Cd b 6.5 b Hg b 26.8 b b b Ga b 6.83 b n b 2.62 b Tl b 9.89 b b b Ge b 8.60 b Sn b b Pb b b b b As b 5.50 b Sb b 3.90 b Bi b b b b Se b 8.30 b Te b 4.32 b (Po) (209) b 16.8 b Br b 5.90 b b 3.81 b (At) (210) b b Kr b 7.68 b Xe b - (Rn) (222) b 13 b - Ce b 2.94b Pr b 2.66 b Nd b 16.6b (Pm) (145) b 21.3 b Sm b 39 b Eu b 9.2 b Gd b 180 b Tb b 6.84 b Dy b 90.3 b Ho b 8.42 b Er b 8.7 b Tm b 6.38 b Yb b 23.4 b Lu b 7.2 b Th 232 (Pa) (231) U (Np) (239) (Pu) (244) (Am) (243) (Cm) (247) (Bk) (247) (Cf) (251) (Es) (252) (Fm) (257) (Md) (258) (No) (259) (Lr) (261) b b b 10.5 b b 8.9 b b 14.5 b b 7.7 b

551 b N 14 15.37 14.00674 1.9 b 11.51 b O 16 17 0.038 18 0.2 15.9994 0.00019 b 4.232 b F 19 18.998 0.0096 b 4.018 b He 3 0.00014 4 4.002602 0.007 b 1.34 b Ne 20 91 21 0.26 22 9 20.1797 0.039 b 2.

20 Experimental stations at the Budapest Research Reactor Our stations are located in the cold neutron guide hall Prompt gamma activation analysis (PGAA) Neutron induced prompt gamma-ray spectrometry (NPS) Low-level counting facility (DÖME) 20 /16

gamma activation analysis (PGAA) Neutron induced prompt

Hasonló dokumentumok

Izotópkutató Intézet, MTA

Izotópkutató Intézet, MTA Alapítás: 1959, Országos Atomenergia Bizottság Izotóp Intézete Gazdaváltás: 1967, Magyar Tudományos Akadémia Izotóp Intézete, de hatósági ügyekben OAB felügyelet Névváltás: 1988,