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Standard radiography simulators are based on the attenuation law complemented by built-up-factors (BUF) to describe the interaction of radiation with material. The assumption of BUF implies that scattered radiation reduces only the contrast in radiographic images but does not image object structures itself. This simplification holds for a wide range of applications like weld inspection as known from practical experience. But only a detailed description of the different underlying interaction mechanisms is capable to explain effects like mottling or others that every radiographer has experienced in practice. The application of the N-Particle Monte Carlo code MCNP is capable to handle primary and secondary interaction mechanisms contributing to the image formation process like photon interactions (absorption, incoherent and coherent scattering including electron-binding effects, pair production) and electron interactions (electron tracing including X-Ray fluorescence and Bremsstrahlung production). Additionally it opens up possibilities like the separation of influencing factors and the understanding of the functioning of intensifying screen used in film radiography. The paper intends to discuss the opportunities in applying the Monte Carlo method to investigate special features in radiography in terms of selected examples. It is important to note that the use of Monte Carlo methods is a laboratory type of technique for basic investigations because of the enormous computing power that is needed. For in-field applications such as for inspection planing simplified models are of much greater importance and increasingly in use. ©2003 American Institute of Physics
Numerical Simulation of X-Ray Scattering Processes during Radiographic Inspection of Materials
(2006)
Abstract A technique for numerical simulation of the processes of forming X-ray radiography images of complex multicomponent objects with allowance for the penetrating-radiation absorption and scattering processes is proposed. The technique proposed is based on an efficient description of complex 3D objects with piecewise-homogeneous structures and uses precisely specified shells separating homogeneous components of an object. Being combined with a developed version of the Monte Carlo method, this approach yields an efficient computational apparatus for analyzing the regularities of the formation of radiographic images of objects internal structures. This apparatus is intended for state-of-the-art multiprocessor computing systems. Having been obtained via the technique developed, the results of the numerical analysis of the effect of different mechanisms of interaction between photons and matter (including coherent and incoherent scattering with allowance for bonds of electrons in atoms) on the formed radiographic image of the objects internal structure are discussed. The advantage of the described technique over the known MCNP program complex is shown.
Die radiografische Bildqualität in ihrer klassischen Definition hängt von Kontrast, Rauschen und Unschärfe ab. Diese Parameter werden normalerweise mit Bildgüteprüfkörpern (BPK) bestimmt. Die Streustrahlung reduziert im Allgemeinen immer die Bildqualität in der Radiografie. Verschiedene Einflussgrößen werden unter Berücksichtigung von Techniken, wie Film-Radiografie, Computer-Radiografie mit Speicherfolien und digitale Radiographie mit Matrixdetektoren, analysiert. In Lehrbüchern und Standards werden das Streuverhältnis k und verschiedene Kontraste definiert. Für digitale Medien werden zusätzliche Parameter wie das Signal-Rausch-Verhältnis SNR und das Kontrast-Rausch-Verhältnis CNR eingeführt. In diesem Zusammenhang wird der Einfluss der Streustrahlung aus dem Messobjekt und dem Detektor bestehend aus Kassette bzw. Gehäuse und sensitiver Detektorschicht auf die Bildqualität ermittelt. Die numerische Modellierung wird eingesetzt, um die Streustrahlung und die Primärstrahlung aus dem Objekt separat zu bestimmen. Die Streustrahlung aus dem Objekt und Detektor erzeugen eine Abbildung des Objektes, die dem Primärstrahlungsbild überlagert ist, wobei das Streubild eine höhere Unschärfe aufweist. Dieser Effekt hängt von der Fehlergröße, dem Abstand zwischen Detektor und Objekt und der Zwischenfilterung ab.
Die Mikro- und Nanotechnologie gehört zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts mit hohen Wachstumsprognosen, wie auch die im Auftrag des BMBF durchgeführte Studie “Nanotechnologie als wirtschaftlicher Wachstumsmarkt” von 2004 ausführlich darstellt. Aus diesem Trend resultiert ein steigender Bedarf an Messsystemen, die Nanostrukturen prozessnah bzw. im Fertigungsprozess charakterisieren können. Virtuelle Messgeräte liefern Erkenntnisse zur Entwicklung neuartiger Messsysteme, Analyse und Optimierung bestehender Verfahren sowie die Bestimmung der Messunsicherheit und modellbasierten Korrektur systematischer Fehler. Der virtuelle Messprozess umfasst neben dem Messmittel auch die Probe und die Wechselwirkungen zwischen beiden. In diesem Beitrag werden virtuelle Messgeräte vorgestellt sowie deren Anwendung diskutiert.