การถ่ายภาพด้วยนิวตรอน
(Neutron Radiography)

นายเทอดศักดิ์ ขาวผ่อง
นางสาววรภา เชาว์ดีกรพันธุ์

ภาควิชาฟิสิกส์ คณะวิทยาศาสตร ์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี

     
บทนำ

บทนำ

ในชีวิตประจำวันทั่วไป การถ่ายรูปภาพนั้น เราจะเห็นเฉพาะรูปร่างภายนอก
ของวัตถุเนื่องจากแสงที่ใช้ในการถ่ายรูปภาพ เป็นแสงที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่น
ที่ตาเรามองเห็นมีพลังงานไม่สูงพอ ที่จะสามารถผ่านเข้าไปในโครงสร้างภายใน
ของวัตถุได้ จึงไม่สามารถเห็นรายละเอียดภายในโครงสร้างวัตถุหรือชิ้นงานได้
แต่ถ้าเราใช้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า จำพวก รังสีเอกซ์ หรือ รังสีแกมมา หรือ
อนุภาคกัมมันตภาพรังสี ในที่นี้คือ นิวตรอน ( เทอร์มาลนิวตรอน ) ซึ่งมีพลังงานที่
สูงเพียงพอที่จะสามารถทะลุทะลวงผ่านเข้าไปที่โครงสร้างภายในของวัตถุ
ทำให้ความเข้มของรังสี ที่ผ่านเข้ามาในโครงสร้างภายในของวัตถุลดลงแตกต่างกันไปตามชนิด ขนาด ความหนาแน่น ของวัสดุภายในและภายนอกของชิ้นงาน
ที่เราต้องการศึกษาโครงสร้างภายใน จากการที่ความเข้มของรังสี ที่ผ่านออกมา
จากชิ้นงานแตกต่างกันในแต่ละบริเวณของชิ้นงาน ก็ทำให้เกิดเป็นภาพเกิดขึ้นแฝง
อยู่บนตัวบันทึกภาพ อาทิเช่น film หรือ imaging plates(ชึ่งจะกล่าวรายละเอียดใน
หัวข้อถัดไป) การทำให้เห็นภาพก็จะต้องทำการล้างภาพแฝงที่อยู่บนตัวบันทึกภาพ
ด้วยวิธีการที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทของตัวบันทึกภาพ

การถ่ายภาพด้วยรังสีที่กล่าวมาแล้วนั้น ก็สามารถตรวจสอบโครงสร้างภายใน
ของชิ้นงานที่เราต้องการศึกษา ซึ่งเป็นวิธีหนึ่งของการตรวจสอบโดยไม่ทำลายตัวอย่าง(NDT) ที่นิยมใช้กันทั่วไปคือการถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์ (X-ray Radiography) และการถ่ายภาพด้วยรังสีแกมมา (Gamma ray Radiography) ซึ่งให้ผลที่ดีสำหรับวัสดุชนิดต่างๆที่มีเนื้อเดียวกันเช่นพลาสติก,งานเชื่อม,
งานหล่อด้วยโลหะเป็นต้น แต่ในกรณีที่มี โลหะหนักปนอย ู่ กับวัสดุที่มีเลขอะตอมต่ำๆ จะเห็นรายละเอียดเฉพาะส่วนที่เป็นโลหะหนักเท่านั้น
เนื่องจากโลหะหนักสามารถดูดกลืน X-rayได้ดี ทำให้รายละเอียดบนฟิล์ม
เห็นโลหะหนักค่อนข้างชัด

สำหรับกรณีการถ่ายภาพด้วยนิวตรอน ( Neutron Radiography ) สามารถ
ให้รายละเอียดของชิ้นงานได้ดีกว่า การถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์ และการถ่ายภาพด้วยรังสีแกมมา เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิด มีสัมประสิทธิ์ ค่าการดูดกลืนนิวตรอน แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง กล่าวคือ ไม่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับเลขอะตอม ของวัสดุแต่ละชนิด (X-ray มีค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนในเนื้อวัสดุแปรผันตามเลขอะตอมของธาตุ) แต่สำหรับวัสดุ ที่มีความหนาแน่นต่ำ บางอย่างเช่น ยาง พลาสติก โพลิเมอร์ และวัสดุที่ประกอบด้วยธาต ุที่มีค่าภาคตัดขวาง ต่อการเกิดปฏิกิริยากับนิวตรอนสูงเช่น โบรอน(B) ลิเทียม ( Li )แคดเมียม (Cd ) เป็นต้น จะมีรายละเอียดที่ชัดเจนมากสำหรับการถ่ายภาพด้วยนิวตรอน เนื่องจากวัสดุที่กล่าวมานั้น สามารถดูดกลืน นิวตรอนได้สูง ขณะที่ X-ray มีค่าสัมประสิทธิ์การลดทอนต่อวัสดุพวกนี้ต่ำ จึงเห็นรายละเอียดไม่ชัดเจน ในการที่จะศึกษาวัสดุประเภทนี้ด้วยการถ่ายภาพด้วย X-ray

โดยวิธีการถ่ายภาพด้วยนิวตรอนนั้นจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
การถ่ายภาพโดยวิธีตรง ( Direct Method ) โดยใช้ฉากเปลี่ยนนิวตรอนเป็นอนุภาค
หรือรังสีอื่นขึ้นอยู่กับชนิดของฉากเปลี่ยนนิวตรอน โดยที่เปลี่ยนเป็นอนุภาค
หรือรังสีอื่นที่ไวต่อตัวบันทึกภาพ ( film ) หรือ Imaging plates โดยบันทึกภาพ
จากนิวตรอนได้เลยไม่ต้องใช้ฉากเปลี่ยนนิวตรอน เนื่องด้วยคุณสมบัติของตัวมันเองซึ่งในการถ่ายภาพ โดยวิธีถ่ายตรงนี้ ใช้เวลาในการได้มาซึ่งภาพน้อยกว่า การถ่ายภาพด้วยนิวตรอนอีกวิธี คือการถ่ายภาพโดยวิธีถ่ายทอด ( Transfer Method ) แต่มีข้อดีคือใช้ได้กับ กรณีที่ต้นกำเนิดนิวตรอน มีรังสีแกมมาปนเปื้อน หรือวัสดุ อุปกรณ์ต่างๆในการถ่ายภาพ หรือแม้กระทั่ง วัตถุที่ต้องการถ่ายภาพ มีกัมมันตภาพรังสี ซึ่งการถ่ายภาพโดยวิธีหลังนี้ จะให้ภาพที่ มีความคมชัดกว่า เนื่องจากไม่มีผลรบกวนจากรังสีแกมมา เหมือนกับวิธีแรก ซึ่งรายละเอียดต่างๆ ที่ได้กล่าวมาข้างต้นนี้ จะกล่าวอย่างละเอียดอีกที ในหัวข้อหน้าถัดไป