Jaké jsou nejdůležitější parametry rentgenů?

Jaké jsou nejdůležitější parametry rentgenů?

Další článek ze série o rentgenové defektoskopii odpovídá na otázky, jaké parametry by měl mít RTG přístroj pro defektoskopii v SMT nebo zda je možné u RTG přístrojů nastavovat parametry.

Pokud jste pravidelný čtenář této série, tak Vám jistě již několikrát v hlavě zněly otázky typu: „Jaké parametry by měl mít RTG přístroj pro defektoskopii v SMT?“, „Jaké parametry je možné u RTG přístrojů nastavovat?“, a podobné. Jestli tomu tak bylo, tak tento článek Vám odpoví na Vaše otázky. Pokud zatím ne, tak je správný čas si je položit a odpovědět.

Pojďme se podívat trochu zpět do základů rentgenového záření. Zatím tyto články popisovaly spíše využití pro inspekci ve výrobě či vývoji. Nejdříve pojďme společně pochopit, proč je vůbec možné pro takovéto účely RTG používat.

Anodové napětí

Asi nejdůležitějším parametrem u rentgenového záření je jeho energie. Ta určuje, jak prochází různě hmotnými materiály. Čím má záření větší energii, tím hmotnějšími materiály a předměty může prostupovat. Proč tomu tak je, si hned objasníme.

Úplným základem je vědět, jak RTG záření vzniká. Děje se tomu v tzv. Rentgenkách, což jsou elektronky-diody. Princip je velmi jednoduše pochopitelný. Jedná se totiž o malý urychlovač částic. Na žhavené katodě dochází k emisi elektronů, ty se díky vysokému napětí (mezi anodou a  katodou) urychlí, čímž získají velkou kinetickou energii. Poté jim však v cestě překáží anoda s (většinou) wolframovým terčíkem, do kterého elektrony narazí. Zde jsou dva způsoby, jak zabrzdí a při zbrzdění ztratí kinetickou energii. Při tom vznikne foton, který má energii přímo úměrnou původní kinetické energii elektronu. Řada z Vás již nyní tuší, jak se bude regulovat energie výsledného záření – stačí zvýšit urychlovací napětí a výsledné fotony budou mít vyšší energii. Vyplývá z toho jedno základní pravidlo pro určení maximální energie  RTG záření: „maximální energie RTG zářením je dána hodnotou anodového urychlovacího napětí na rentgence“. Pokud tedy chceme „prosvítit“ plasty, potřebujeme nízké anodové napětí (v praxi kolem 50kV), pokud kovy, tak  potřebujeme vysoké anodové napětí (cca 140kV).

Pokud by někoho zajímalo jak je možné, že foton s větší energií má schopnost prostoupit skrze hutnější materiál, tak asi nejjednodušší představa (složité představy totiž sahají do hloubi jaderné a kvantové fyziky) může být taková, že foton díky vyšší energii je více zabalený do sebe (něco, jako kdyby se hroutil do sebe pod množstvím energie, které uchovává) a díky tomu, že je „rozměrově“ menší, má menší pravděpodobnost, že narazí do atomů v hmotě předmětu, kterým prostupuje.

Maximální proud

Druhým důležitým parametrem rentgenového záření je intenzita záření. Intenzita záření vyjadřuje množství fotonů, které ve svazku záření jsou. Čím více fotonů bude ve svazku, tím více jich dopadne na detektor. Díky tomu se rychleji provede expozice, nebo je možné udělat snímek opravdu velmi hmotného předmětu. Většina fotonů sice skrze předmět neprojde, nicméně pokud je jich dost, tak jich stejně dostatečné množství projde a exponuje detektor. Pozorný čtenář si jistě všimnul, že jeden elektron vytvoří jeden foton (v ideálním případě jsou to fotony RTG záření, v praxi je však cca 99% energie přeměněno na teplo). Intenzitu záření je tedy možné regulovat pomocí množství elektronů. Intenzita záření se většinou dá odvozovat z proudu, který rentgenkou protéká.  Rentgen, který má maximální anodový proud 500µA bude generovat menší intenzitu záření než rentgen s maximálním anodovým proudem 5mA. Pokud tedy hledáte RTG pro kontrolu strojních výrobků, tak  je pravděpodobné, že byste se měli dívat po RTG, který je schopný dosáhnout větších proudů.

Velikost ohniska rentgenky

Dalším velmi významným parametrem rentgenového záření je velikost ohniska rentgenky. Tento parametr může vypovídat o tom, jak moc ostrý obraz z RTG získáme. Pokud potřebujeme vidět detaily v řádu desetin milimetrů, tak často tento parametr není tak kritický. Pokud je potřeba shlédnout detail v řádu jednotek mikrometrů, pak je již velikost ohniska kritická a je potřeba se na tento parametr doptat výrobce. Jaký vliv má velikost ohniska hezky vyplývá z následujícího obrázku:

Pokud máme velké ohnisko (f), tak se nám jediný bod na detektoru nezobrazí jako bod. Úroveň rozostření je přímo úměrná pozici předmětu ve scéně (x:y). Pokud budete chtít použít principu geometrického zvětšení předmětu (předmět je blízko u RTG zdroje), pak bude úroveň rozostření (n) největší.

Dnes je možné zakoupit rentgenky s ohniskem v řádu nanometrů. Tyto rentgenky umožňují dosáhnout obrovského zvětšení předmětu, avšak u malého ohniska není možné dosáhnout velkých výkonů, protože se velmi ohřívá. Takže v případě, že potřebujete vidět super detaily, tak je potřeba se připravit, že k velmi drahé speciální rentgence, bude potřeba mít i super-citlivý detektor, který dokáže detekovat tak malé intenzity záření. Tyto rentgenky navíc zpravidla vyžadují pravidelnou výměnu terčíků, které se díky miniaturnímu ohnisku vypalují.

  

Vlevo RTG snímek plošného spoje bez využití geometrického zvětšení; Vpravo přiblížený RTG snímek s využití geometrického zvětšení.

Tři výše zmíněné parametry jsou asi nejvíce klíčové při výběru RTG. Zde je pro přehled orientační přehled vhodných parametrů pro různé aplikace:

Aplikace Anodové napětí (kV) Anodový proud (µA) Velikost ohniska (µm)
Kontrola SMT 60 až 120 kV 200 až 2 000 µA 5 až 700 µm
Kontrola kovových odlitků 100 až 225 kV 500 až 5 000 µA 5 až 1000 µm
Kontrola kompletních produktů 80 až 120 kV 500 až 3 000 µA 400 až 1000 µm
Kontrola plastových odlitků 40 až 80 kV 200 až 10 000 µA 30 až 700 µm
Bezpečnostní  kontrola balíků/zavazadel 80 až 120 kV 1 000 až 5 000 µA 400 až 1000 µm

 

Pracovní prostor rentgenu

U parameterů RTG přístrojů stojí ještě za zmínku rozměry. Celkový rozměr přístroje není tak kritický. Velmi důležité jsou však rozměry snímací plochy a rozměry manipulačního prostoru. Pokud totiž bude manipulační prostor malý, tak  nebude možné naskenovat větší předměty v přiblížení.

Na obrázku je vidět, jak manipulační prostor může omezit snímání detailů. Na levém snímku je možné sejmout detail zapájené součástky, která je uprostřed desky. Pokud je však potřeba snímat v detailu součástky po okraji desky, pak již  manipulační prostor nestačí. Při výběru RTG je tedy vhodné se zamyslet nad maximálním rozměrem předmětů, které je potřeba kontrolovat a to jestli je bude potřeba v detailu kontrolovat i  po okrajích.  Pokud ano, pak se tomu musí přizpůsobit manipulační prostor.

Parametrů RTG přístrojů je samozřejmě více, než bylo výše uvedeno, nicméně tyto jsou ty nejdůležitější, na které je potřeba se soustředit. Nejlepší je však obrátit se na odborníky, kterým dáte vzorky toho, co chcete snímat a oni Vám na míru určí potřebné parametry či přizpůsobí přístroj Vašim potřebám.

Pokud se chcete o parametrech rentgenů dozvědět více nebo byste chtěli znát potřebné parametry pro Vaše aplikace, obraťte se na zástupce společnosti ELEDUS, kteří Vám rádi s výběrem vhodného rentgenového řešení pomohou.

Leave a Comment

Your email address will not be published.