Computed Radiography: valutazioni di applicabilità per misure di spessore di parete di grandi tubazioni

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1 Computed Radiography: valutazioni di applicabilità per misure di spessore di parete di grandi tubazioni G. Augugliaro (1), F. Brini (1), U. Giosafatto (2), C. Mennuti (1), P. Quaresima (1) (1) INAIL Settore Ricerca Certificazione e Verifica Dipartimento Tecnologie di Sicurezza Centro Ricerche, via Fontana Candida 1 4 Monteporzio Catone (RM), tel , fax , mail g.augugliaro@inail.it, f.brini@inail.it, c.mennuti@inail.it (2) CND Service Via Alfio Flores Civitavecchia (RM), Tel. +39(766) , Fax n. +39(766)58523, mail u.giosafatto@cndservice.it Sommario Il controllo radiografico con schermi al fosforo, permette la riduzione dei tempi d esposizione o comunque l impiego di minori attività delle sorgenti gammagrafiche normalmente utilizzate negli impianti industriali, garantendo allo stesso tempo una buona qualità radiografica ed una più elevata latitudine radiografica rispetto alle pellicole tradizionali. Nella memoria vengono illustrati i primi risultati di applicabilità della tecnologia per la valutazione di spessori residui su tubazioni di grande diametro coibentate e non. 1. Introduzione Negli ultimi anni si è verificato un incremento dell utilizzo della radiografia computerizzata con schermi al fosforo, sia per i motivi sopra citati, sia per la possibilità di costituire un sistema di archiviazione e di documentazione digitale, con costi accettabili. Considerata la carenza di riferimenti normativi circa i sistemi, è nata l esigenza di effettuare test sul campo per aumentare la confidenza con l utilizzo di schermi al fosforo. Per quanto riguarda le normative esistenti, al momento è stata emanata la ISO :211 (Industrial computed radiography with storage phosphor plates-classification of systems) [1], a cui si aggiunge la recente UNI EN ISO :213 (Controllo radiografico Parte 2: Tecniche a raggi X e gamma con rivelatore digitale)[2]; infine esistono altri riferimenti normativi (ad es. API 581, ecc) inerenti molteplici campi di applicazione della radiografia digitale. Per raggiungere la finalità illustrata sono state utilizzate due delle strumentazioni maggiormente presenti sul mercato per realizzare l equivalente delle curve densitometriche delle pellicole, necessarie per la valutazione del contrasto, utilizzando diverse energie radiografiche (raggi X, sorgenti gamma con selenio o iridio). Per strumentazione Computed Radiography (CR) si intende in sistema plate-scanner, in cui il plate è un pannello (Imaging Plate IP) con grani di fosforo sensibili alla 1

2 radiazione, che viene convertita in luce tramite uno scanner laser appositamente realizzato ed infine trasformata in immagine digitale. [3]. I parametri più importanti per la performance di un sistema CR sono il plate e le dimensioni dello spot dello scanner, nota ovviamente la sorgente di radiazioni. In particolare a plate molto sensibile corrisponde elevata risoluzione, elevato disturbo (SNR) e maggiori tempi di esposizione; a dimensioni dello spot ridotte corrispondono elevata qualità di immagine, elevata risoluzione ed elevati tempi di scansione; ovviamente spot dello scanner piccoli su grana grossolana non conducono a miglioramenti della qualità dell immagine [4]. Ovviamente a valle del sistema esiste un software in grado di gestire l acquisizione, salvarla ed eventualmente elaborarla per visualizzarla in modo ottimale. 2. Test sperimentali I test sperimentali sono stati realizzati, come già evidenziato, utilizzando due sistemi CR con differenti sorgenti radiografiche e gamma grafiche. Le misure sono state effettuate con un cuneo a gradini da 1 a 1 mm di acciaio. Nella tecnica CR si misura il valore di grigio (Grey Value, GV o Digital Value, DV) per verificare l esposizione a cui è stato sottoposto il pixel dello schermo, il cui valore è più piccolo quando meno esposto a radiazioni. Il DV va da (bianco) a 495 (nero). Le prove effettuate sono descritte nella seguenti tabelle: Sorgente Distanza Fuoco Film [mm] Tempo [min] Esposizione [ma*min] Tubo RX 14 kv Tubo RX 16 kv Tubo RX 29 kv 7 1, Selenio 8 Ci Iridio 19 Ci Tabella 1: prove realizzate con il sistema CR1 Sorgente Distanza Fuoco Film [mm] Tempo [min] Esposizione [ma*min] Tubo RX 14 kv Selenio 8 Ci 7 12 Iridio 19 Ci 7 2 Tabella 2: prove realizzate con il sistema CR2 Nelle figure successive si presentano i risultati ottenuti, divisi per sistema CR utilizzato e sorgente. 2

3 Digital Value Sistema CR 1 - RX 14 kv 1 ma*min 2 ma*min 3mA*min Figura 1: Digital Value ottenuti con il sistema CR1 e tubo radiogeno a 14 kv 35 3 Sistema CR 2 - RX 14 kv ma * min 2 ma * min 3 ma * min 6 ma *min 9 ma * min Figura 2: Digital Value ottenuti con il sistema CR2 e tubo radiogeno a 14 kv 3

4 Digital Value Sistema CR 1 - RX 16 kv 1 ma*min 2 ma*min 3 ma*min 4 ma*min Figura 3: Digital Value ottenuti con il sistema CR1 e tubo radiogeno a 16 kv Sistema CR1 - RX 29 kv 1 ma * min 2 ma * min 3 ma * min 4 ma * min,5 ma * min Figura 4: Digital Value ottenuti con il sistema CR1 e tubo radiogeno a 29 kv 4

5 Digital Value Sistema CR 1 - Sorgenti Se 8 Ci - 2' Se 8 Ci - 4' Se 8 Ci - 6' Se 8 Ci - 8' Ir 19 Ci - 8' Ir 19 Ci - 3' Figura 5: Digital Value ottenuti con il sistema CR1 e sorgenti Sistema CR 2 - Sorgenti Ir 19 Ci - 2' Se 8 Ci - 12' Figura 6: Digital Value ottenuti con il sistema CR2 e sorgenti 5

6 Figura 7: Esempio di Immagine ottenuta con tubo radiogeno Figura 8: Esempio di Immagine ottenuta con sorgente di Selenio 6

7 3. Discussione dei risultati I risultati ottenuti evidenziano un differente comportamento degli schermi al fosforo, e quindi del sistema CR, a seconda che la radiazione sia generata dal tubo radiogeno o dalle sorgenti. In particolare quando si utilizza un tradizionale tubo a raggi X, la curva mostra una maggiore sensibilità verso gli spessori bassi, che diminuisce all aumentare dello spessore; utilizzando delle sorgenti di raggi il risultato è un comportamento dello schermo molto più lineare al variare dello spessore. Il comportamento è stato riscontrato in entrambi i sistemi CR Sistema CR kv - 1 ma * min 29 kv - 1 ma * min Log. (16 kv - 1 ma * min) y = -1437ln(x) ,8 R² =,9947 Log. (29 kv - 1 ma * min) y = -858,2ln(x) ,3 R² =, Figura 9: confronto tra sorgenti RX nel sistema CR1 7

8 Sistema CR1 y = -3,28x 2-83,58x ,9 R² =,9965 Se 8 Ci - 4' Ir 19 Ci - 3' Poli. (Se 8 Ci - 4') Poli. (Ir 19 Ci - 3') 15 y = -5,7576x ,152x + 214,3 R² =, Figura 1: confronto tra sorgenti nel sistema CR1 Questo comportamento è ben rappresentato in figura 9 e 1, in cui sono stati messi a confronto i risultati ottenuti nel sistema CR1 con differenti sorgenti. Le sorgenti di raggi X, sia a 16 kv che a 29 kv, hanno un comportamento logaritmico, come si evidenzia in figura 9. Il comportamento con l Iridio ed il Selenio risulta essere differente, ovvero la pendenza della curva tende a crescere leggermente verso gli spessori maggiori, tanto da essere meglio approssimata da un polinomiale di ordine 2. A partire da questo risultato, la pianificazione dei controlli può essere meglio orientata tenendo presente che, nel caso in cui si debbano ispezionare spessori molto differenti tra loro, è preferibile utilizzare sorgenti, mentre se gli spessori analizzati sono tra di loro vicini e si riesce a centrare la massima pendenza della curva dei raggi X, questi offrono una capacità di discriminazione migliore, in quanto migliore è il contrasto. 4. Conclusioni Nel presente lavoro sono stati presentati i primi risultati sperimentali con differenti sistemi CR e differenti sorgenti ed energie radiografiche, con la finalità di caratterizzare la potenzialità dei sistemi CR per la misura di spessori di parete in grandi tubazioni. Per questo sono state effettuate delle prove con cuneo a gradini da 1 a 1 mm. I risultati ottenuti dimostrano un comportamento differente di entrambi i sistemi CR impiegati tra la 8

9 sorgente RX e la sorgente di raggi. Dall analisi dei risultati si evince che nel caso di pezzi con piccola variazione di spessore può essere preferibile utilizzare sorgenti RX, mentre nel caso di ampio range di spessori è consigliabile l impiego delle sorgenti, che sono caratterizzate da una maggiore costanza della pendenza della curva densitometrica al variare dello spessore. Per proseguire l indagine e per effettuare un confronto più esaustivo, si intende eseguire delle prove con pellicole standard, successivamente digitalizzate, sia sul cuneo a gradini sia su pezzi campione opportunamente selezionati. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI [1] ISO :211 - Industrial computed radiography with storage phosphor plates- Classification of systems [2] della UNI EN ISO :213 - Controllo radiografico Parte 2: Tecniche a raggi X e gamma con rivelatore digitale [3] Advancement in CR radiography Jimmy Opdekamp GE Inspection Technologies, Workshop Radiografia Digitale Conferenza Nazionale sulle Prove non Distruttive, Monitoraggio e Diagnostica, Milano, Ottobre 27 [4] Caratterizzazione della radiografia computerizzata (CR/DR) con schermi al fosforo e confronto con la radiografia convenzionale a film (FR), M. Bianchi, F, Rivara, S. Rusca, IIS di Genova, Il giornale delle PnD, Monitoraggio Diagnostica 3/29 9