DGZfP-JAHRESTAGUNG 2003 ZfP in Anwendung, Entwicklung und Forschung | |||
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Einsatzmöglichkeiten mobiler RöntgenblitzröhrenKurt Osterloh, Uwe Zscherpel, Uwe Ewert, BAM, BerlinPeter Weiss, ELP GmbH, Wuppertal Kontakt: Osterloh Kurt Dr.rer.nat. ZusammenfassungRöntgenblitzröhren stehen sowohl als stationäre wie auch als tragbare, batteriebetriebene Röntgenstrahler zur Verfügung [1]. Es wurden vorrangig kleine mobile Geräte getestet und beschrieben. Sie senden Serien von Röntgenblitzen mit fest eingestellter maximaler Anodenspannung (150 kV, neuerdings auch 300 kV) und einer Impulsdauer von ca. 50 ns pro Blitz aus. Die Festlegung der Dosis erfolgt über die Anzahl der Impulse. Im Vergleich zu kontinuierlich strahlenden Röntgenröhren ist das Energiespektrum zu geringeren Energien verschoben. Die deutlich geringere Dosisleistung macht hingegen einen Einsatz zusammen mit empfindlicher digitaler Radiographie (Speicherfolien, Flachdetektoren) anstelle von Röntgenfilm mit Bleifolien sinnvoll. Verbreitet werden Röntgenblitzröhren im Sicherheitsbereich eingesetzt. Es sind aber auch andere Einsatzmöglichkeiten gegeben, z.B. bei der Wanddickenmessung oder bei der Korrosionsprüfung. Mit Einzelblitzen lassen sich schnelle Bewegungen eingefroren darstellen, z.B. sich drehende Rotorblätter (Ventilatoren, Turbinen) oder fliegende Geschosse in der Ballistik. Mit leistungsfähigeren Geräten wird auch ein Einsatz an laufenden Maschinen vorstellbar. Prinzip der BlitzröhrenVon einer Spannungsquelle (Batterie) wird der Ladekondensator geladen. Danach wird er kontrolliert über einen Transformator entladen. Der Entladungspuls wird dort hochtransformiert, bis die Entladungsröhre durchschaltet. Dieser Hochspannungsimpuls wird auf die Blitzröhre übertragen. In der Blitzröhre ist zentral die Anode angeordnet, die aus einem nach vorne spitz zulaufendem Wolframstab besteht. An der Spitze ist sie von der ringförmigen Kathode umgeben. Der Hochspannungsimpuls führt zum Elektronenfluss zur Anode, ohne dass die Kathode geheizt werden muss. Die Bremsstrahlung tritt nach vorne in Richtung der Anodenstabspitze aus.
Der Ladekondensator wird mit einer Spannungsquelle geladen und kontrolliert über einen Transformator wieder entladen. Die Röntgenröhre wird mit den hochtransformierten Entladungsimpulsen betrieben. GeräteIn Abb. 2 sind zwei typische mobile Modelle von Röntgenblitzgeräten zu sehen, zum einen der "klassische" Typ "Inspector" (Fa. Golden Engineering, Centerville, IN, USA), wie er weltweit von Sicherheitskräften bei der Entschärfung von Sprengsätzen verwendet wird und zum anderen das neu eingeführte Gerät "XRS-3", das mit 300 kV arbeitet. Der 1974 eingeführte "Inspector" mit einer Anodenspannung von 150 kV ist 1998 von einem Nachfolgemodell (s. Abb.2) abgelöst worden. Die in Abb. 2 wiedergegebene Brennfleckaufnahme stammt von einem "XRS-3"-Modell und wurde mit einer 100 µ Loch--Kamera aufgenommen. Der Brennfleckdurchmesser wurde gemessen und betrug 2,5 mm .
Die Leistung der mobilen Röntgenblitzröhren ist deutlich geringer als z.B. diejenige von mit Gleichstrom betriebenen Röntgenanlagen (s. Tabelle 1 mit Vergleichswerten, alle Anzeigen in mSv umgerechnet, 1 mSv = 100 mrem). Für die Belichtung eines gängigen Röntgenfilmes mit Bleifolien in einer vertretbaren Zeit reicht sie nicht aus. Dieser Nachteil kann mit empfindlicheren Detektoren (Speicherfolie, Flachdetektoren auf TFT-Basis) kompensiert werden.
Das Energiespektrum von Blitzröhren ist gegenüber kontinuierlich betriebenen Röntgenröhren (Gleichspannungsanlage) zu niedrigeren Werten verschoben, d.h., der Weichanteil ist höher. Folglich fällt die Aufhärtung der Strahlung nach Durchdringung größerer Schichten höher aus. Dies drückt sich sowohl in unterschiedlichen Absorptionskoeffizienten für ein und dasselbe Material (Tabelle 2) als auch in voneinander abweichenden Absorptionsprofilen (Abb. 3) aus.
AnwendungenMobile Röntgenblitzröhren wurden zuerst in der Veterinärmedizin zum Röntgen von Gliedmaßen an Großtieren, z.B. Pferden, vor Ort eingesetzt. Verbreitet sind sie auch im sicherheitstechnischen Bereich (s. Abb. 4). Generell werden Geräte mit einer Anodenspannung von 150 kV verwendet. Es gibt Modelle mit einer Spannung bis zu 1000 kV. Zur Zeit halten auch Generatoren mit 300 kV im Sicherheitsbereich Einzug. Der bisher verwendete Polaroid TPX Film ist nicht mehr verfügbar und wird durch andere Detektoren abgelöst. (Polaroid-Papierfilm 803, Speicherfolien, Flachdetektoren, Fluoroskope).
Etablierte Anwendungsbereiche: Veterinärmedizin und SicherheitIm veterinärmedizinischen Bereich entstand die Nachfrage nach mobilem Röntgen durch Verletzungen von Großtieren, z.B. Pferden. Nach Brüchen im Bein- oder Hufbereich waren unter Umständen die Tiere weder geh- noch transportfähig. Um dem Tierarzt zu einem Röntgenbild zu verhelfen, wurden die Blitzröhren aufgrund ihrer Handlichkeit verwendet. Zu einem weiteren wesentlichen Einsatzgebiet wurde jedoch der Sicherheitsbereich. Auch hier bestand und besteht die Notwendigkeit, mit der Röntgenausrüstung vor Ort zu gehen. Aufgefundene Sprengsätze können nicht zur Untersuchung in ein Labor verbracht werden, sie sind an Ort und Stelle zu entschärfen. Die Durchstrahlungsprüfung ist ein essentieller Vorbereitungsschritt für diese Maßnahme. Um auch das Ergebnis zügig auf der Stelle zu erhalten, wurden Polaroid-Röntgenfilme in Kassetten mit Verstärkerfolien verwendet. Obwohl die erhaltenen Bilder nicht nur hilfreich waren, sondern auch von entscheidender Bedeutung sein konnten, erreichte die Bildqualität bei weitem nicht das in der zerstörungsfreien Prüfung gewohnte Niveau. Zudem wird der transparente Polaroid-"TPX"-Film nicht mehr produziert; es steht nur noch der Papierfilm vom Typ "803" zur Verfügung. Nach und nach hält darauf hin die Speicherfolie im Sicherheitsbereich Einzug. Korrosionsprüfung
Wanddickenmessung
Objekte in Bewegung
Mit Blitzserien lassen sich Bewegungsabläufe untersuchen. In einem einfachen Beispiel wurden Bleikügelchen abgebildet, die in einer drehenden Scheibe eingesetzt waren (Abb. 9). Die Positionen der Kügelchen verschoben sich mit jedem Einzelblitz. Diese Anordnung wurde benutzt, um mit einer gemessenen Umdrehungszahl die Impulsabstände zu bestimmen (60 ms bei einer 300 kV - Blitzröhre "XRS - 3" mit frisch geladenem Akku). Umgekehrt können Rotationsgeschwindigkeiten drehender Teile ermittelt werden. Ein denkbarer Einsatz wäre auch das Festhalten von Hammerschlägen auf Materialproben und deren Zerbrechen, womit aber der Bereich "zerstörungsfreie Prüfung" verlassen wird.
SchlussfolgerungMobile Röntgenblitzröhren lassen sich in Verbindung mit empfindlichen Detektoren vielfach auch im ZfP-Bereich einsetzen. Der übliche Industrieröntgenfilm mit Bleifolien ist zu unempfindlich. Als Alternativen hierzu bieten sich Speicherfolien und Flachdetektoren (auf TFT-Basis) an. Aufgrund ihrer Handlichkeit sind die mobilen Blitzröhren im Sicherheitsbereich und bei der mobilen Veterinärmedizin sehr verbreitet. Auf industriellem Gebiet eröffnen sich in Kombination mit empfindlichen digitalen Detektoren Anwendungen bei der Materialprüfung vor Ort und an schwer zugänglichen Stellen. Mit leistungsfähigeren Blitzröhren sind Prüfungen an laufenden Maschinen, Motoren oder Turbinen möglich. Quellen, Literatur
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