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A comparative study on the performance of digital detector systems for high energy applications
(2014)
For cast components reaching or exceeding total material thicknesses of 150mm, high energy sources such as linear accelerators or Betatrons are required in order to obtain reasonable exposure times. In this study, the performance of digital detector systems, involving imaging plates (IP) and digital detector arrays (DDA), was evaluated with respect to the testing class B requirements as formulated in the standard EN ISO 17636-2. As a reference, traditional radiographic film and a Cobalt-60 source was used. With film exposures, testing class B was achieved with Co-60 and Betatron (7.5 MV) at longer exposure times. The preliminary results show that the testing class B was not obtained with the examined digital detector arrays (DDA) and the high resolution imaging plates (IP) , even at 40, 60 and 80 minutes exposure time with a 7.5 MV Betatron. Class A was achieved using high resolution imaging plates with optimized metal filters between object and IPs and a high resolution DDA with intermediate Cu filters. Class A was also achieved applying a DDA with lower basic spatial resolution than required by Table B.13 of EN ISO 17636-2, but using the compensation principle as described in this standard. The next generation of digital detector arrays might potentially be able to obtain class B performance with the expected spatial resolution and sensitivity improvements.
Hot crack assessment during production and processing of metallic materials is an essential prerequisite for the safety of welded structures. The hot cracking investigations presented here were carried out as part of a study aimed at the development of Cr/Ni low transformation temperature filler materials. Low transformation temperature alloys open up the possibility for welding high strength steels. The externally loaded Modified Varestraint Transvarestraint hot cracking test was employed in the experiments described. The hot cracking resistance was evaluated with the help of light microscopy applied at the specimen surface. The proportionality between hot cracking susceptibility and Cr/Ni alloy content was explained by the altered solidification kinetics and by the enlarged solidification interval. The internal crack paths and the three-dimensional structure of the crack net in the material volume were examined using X-ray computer tomography. The total crack lengths for different material depths and circumjacent rectangular volumes, respectively, were be determined. An increasing hot cracking susceptibility with increasing Cr/Ni alloy content was also be established for the specimen volume.
The progress in X-ray detector electronics (sensitivity and speed) allows meanwhile fast single photon detection by a matrix detector. Combined photon counting and energy discrimination is implemented in the electronic circuit of each detector pixel. The company XCounter developed detectors based on CdTe single crystals, which can be tiled to larger areas and have a pixel size of 100ìm. The largest area available in beginning of 2014 is 50x75 mm². These detectors have very promising properties, which make them very suitable for NDT applications:
1. A CdTe attenuation layer of 750 µm thickness allows efficient X-ray detection up to ca. 300 keV. In counting mode only photon noise is important; no other detector noise sources need to be considered. There is no Offset signal without radiation.
2. Each of the detector pixels has two energy thresholds. These can be used for dual energy imaging for materials separation. Also the suppression of scattered radiation by energy thresholding will improve the image contrast sensitivity. First experiments will be presented which demonstrate the advantages of this new detector technology over the conventional charge integrating detectors.
A challenge is the development of a modified detector calibration procedure, which becomes critical at longer exposure times.
In this contribution, we present a dual high-energy X-ray imaging technique for cargo container inspection using the 'spectral high-energy X-ray attenuation method'. This method is based on attenuation of continuous highenergy spectra. The developed experimental technique consists of a betatron as high-energy (up to 7.5 MeV) X-ray source and a matrix detector with high spatial resolution (400 ìm) for digital X-ray imaging. In order to evaluate the material discrimination capability using dual high-energy X-ray imaging, a test specimen is proposed, comprising step wedges of different low and high atomic number (Z) materials. The selected X-ray spectra for the dual-energy experiments correspond to 3 MV and 7.5 MV acceleration potential of the betatron. We evaluated the ratio between low- and high-energy X-ray attenuation coefficients quantitatively based on simulated poly-energetic high-energy X-ray source spectra and the detector sensitivity using the 'analytical Radiographic Testing inspection simulation tool' (aRTist) developed at BAM. The simulated effective attenuation coefficients are compared with corresponding experimental results in order to establish a method for identification of low- and high-Z materials in the container. Finally, important applications of the proposed technique in the context of aviation security are discussed.
Speicherfoliensysteme werden seit den 80-iger Jahren in der Röntgendiagnostik
eingesetzt. Die technische Modifizierung der anfänglich im medizinischen Bereich
genutzten Speicherfoliensysteme ermöglichte die Einführung der Computer-Radiographie
(CR) in die Digitale Industrielle Röntgenprüfung mit dem Ziel des Filmersatzes. Die Speicherfolien
detektieren im Vergleich zum Röntgenfilm einen wesentlich größeren
Dosisbereich. Die daraus resultierende Dynamik befähigt die Speicherfoliensysteme zur
Abbildung eines großen Objektumfanges und verringert zugleich das Risiko einer Fehlbelichtung.
Vor allem die Möglichkeit, unmittelbar nach dem Belichten das virtuell im Speicherleuchtstoff
gespeicherte Durchstrahlungsbild auszulesen, in digitalisierter Form im PC
zu speichern und auf dem Bildschirm betrachten zu können, verdeutlicht die Vorteile von
CR Systemen beim Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung. Eine vollständige Ablösung
des Röntgenfilmes durch digitale Techniken ist jedoch erst dann zu erwarten, wenn es gelingt,
eine Bildqualität zu erreichen, die besser oder gleichwertig zu der vom jeweiligen
Röntgenfilmsystem geforderten ist. Mit diesem Ziel hat in den letzten Jahren eine technische
Weiterentwicklung von CR Systemen für den industriellen Einsatz stattgefunden. Im
gleichen Zeitraum wurden mehrere Standards zur Bewertung von CR Systemen und zu
deren richtigen Gebrauch in der Durchstrahlungsprüfung entwickelt.
Heutzutage ist die Herstellung von Durchstrahlungsbildern mit einer entsprechend gewünschten
Bildgüte sichergestellt, was in den letzten Jahren zum verstärkten Einsatz von
CR Systemen in der Durchstrahlungsprüfung führte.
Im Rahmen einer von der EU finanzierten Studie (Filmfree) wurden anfänglich systematische
Untersuchungen zu den Einsatzmöglichkeiten und grenzen von CR Systemen für die
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnähten in Schienen durchgeführt.
Anhand der Ergebnisse ließen sich optimale Bedingungen und Strategien für die Durchstrahlungsprüfung
von Schienen ableiten, die anschließend im vor Ort Einsatz auf der
Teststrecke der Deutschen Bahn verifiziert wurden.
Im vorgestellten Beitrag werden die Vorteile des Einsatzes von CR Systemen bei der
Durchstrahlungsprüfung von aluminothermischen Schweißnahtverbindungen dargestellt
und deren Verwendung unter realen Verkehrsbedingungen im Schienenverkehr beschrieben.
Es wird gezeigt, wie unter den bestehenden Fahrbetriebsbedingungen die Durchstrahlungsprüfung
von Schweißungen in verlegten Schienen umgesetzt werden kann.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiografie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Unterschied zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.
Zur Durchstrahlung großer, dichter Objekte reichen die Energien, die mit normalen Röntgenröhren erzielt werden können, ab gewissen Schichtdicken nicht mehr aus. Als hochenergetische Strahlenquellen stehen Kobalt-60 und Elektronenbeschleuniger zur Verfügung. Als Einschränkung der Hochenergieradiographie ist der geringere Kontrast besonders beim Vorhandensein leichterer Objekte umgeben von Körpern bestehend aus schweren Elementen anzusehen. Es ist daher zu erwarten, dass Objekte aus organischen Substanzen hinter dicken Schwermetallwänden oder in Bohrungen von Metallblöcken schwer zu erkennen sind. Im Gegensatz zu einem Gammastrahler wie Kobalt-60 mit den beiden Spektrallinien um 1,3 MeV besitzt die Bremsstrahlung aus einem Beschleuniger einen wesentlichen Anteil an niederenergetischer Strahlung, der fließend zu höheren Energien übergeht. Es wird hier untersucht, welche Signaturen von leichten Materialien in einer Umgebung aus Schwermetall bis zu welcher Dicke und bis zu welchem Komplexizitätsgrad erkennbar sind. Mit einem Betatron (JME X-ray Betatron 7,5 MeV) und einem Matrixdetektor (Perkin Elmer XRD 1621) wurden Aufnahmen von unterschiedlichen leichten Objekten angefertigt, die zunehmend in eine Umgebung aus Schwermetallen gestellt wurden. Mit unterschiedlichen Energieeinstellungen wurde untersucht, inwieweit eine Materialerkennung hinter welcher Abschirmung möglich ist. Die experimentellen Ergebnisse werden mit Simulationen verglichen, die mit einer Software zur Modellierung von Durchstrahlungsverfahren (aRTist) erzeugt wurden. Dabei wird dem Problem der Aufhärtung bei Anwendung von Bremsstrahlung Rechnung getragen. Die Ergebnisse können sowohl zur Erkennung von Fremdkörpern in Maschinen oder Pumpen als auch zur Überprüfung von Frachtladungen im Bereich der öffentlichen Sicherheit und bei Zollkontrollen dienen.