Neutron imaging
न्यूट्रॉन इमेजिंग न्यूट्रॉन के साथ एक छवि बनाने की प्रक्रिया है। परिणामी छवि छवि वाली वस्तु के न्यूट्रॉन क्षीणन गुणों पर आधारित होती है। परिणामी छवियों में औद्योगिक एक्स-रे छवियों के साथ बहुत कुछ समान है, लेकिन चूंकि छवि एक्स-रे क्षीणन गुणों के बजाय न्यूट्रॉन क्षीणन गुणों पर आधारित है, इसलिए न्यूट्रॉन इमेजिंग के साथ आसानी से दिखाई देने वाली कुछ चीजें एक्स-रे इमेजिंग तकनीकों (और इसके विपरीत) के साथ देखना बहुत चुनौतीपूर्ण या असंभव हो सकता है। एक्स-रे को सामग्री के घनत्व के आधार पर क्षीण किया जाता है। घनी सामग्री अधिक एक्स-रे को रोकेगी। न्यूट्रॉन के साथ, किसी पदार्थ के न्यूट्रॉन के क्षीण होने की संभावना उसके घनत्व से संबंधित नहीं है। बोरॉन जैसे कुछ प्रकाश पदार्थ न्यूट्रॉन को अवशोषित करेंगे जबकि हाइड्रोजन आम तौर पर न्यूट्रॉन को बिखेर देगा, और कई सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली धातुएं अधिकांश न्यूट्रॉन को उनके माध्यम से गुजरने देती हैं। यह एक्स-रे इमेजिंग की तुलना में कई उदाहरणों में न्यूट्रॉन इमेजिंग को बेहतर बना सकता है; उदाहरण के लिए, धातु घटकों के अंदर ओ-रिंग की स्थिति और अखंडता को देखते हुए, जैसे कि सॉलिड रॉकेट बूस्टर के खंड जोड़। न्यूट्रॉन की खोज 1932 में जेम्स चैडविक ने की थी। न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी का पहला प्रदर्शन 1930 के दशक के अंत में हार्टमट कैलमैन और ई. कुह्न द्वारा किया गया था। उन्होंने पाया कि न्यूट्रॉन के साथ बमबारी पर, कुछ सामग्री विकिरण उत्सर्जित करती हैं जो फिल्म को उजागर कर सकती हैं। यह खोज 1946 तक एक जिज्ञासा बनी रही जब पीटर्स द्वारा निम्न गुणवत्ता वाले रेडियोग्राफ बनाए गए। उचित गुणवत्ता के पहले न्यूट्रॉन रेडियोग्राफ 1955 में जे. थेलिस (यूके) द्वारा बनाए गए थे। 1960 के आसपास, हेरोल्ड बर्जर (यूएस) और जॉन पी. बार्टन (यूके) ने विकिरणित रिएक्टर ईंधन की जांच के लिए न्यूट्रॉन का मूल्यांकन करना शुरू किया। इसके बाद, कई शोध सुविधाओं का विकास किया गया। पहली वाणिज्यिक सुविधाएं 1960 के दशक के अंत में ऑनलाइन आईं, ज्यादातर संयुक्त राज्य अमेरिका और फ्रांस में, और अंततः कनाडा, जापान, दक्षिण अफ्रीका, जर्मनी और स्विट्जरलैंड सहित अन्य देशों में। प्रक्रिया एक न्यूट्रॉन छवि का उत्पादन करने के लिए, न्यूट्रॉन का एक स्रोत, उत्सर्जित न्यूट्रॉन को काफी मोनो-दिशात्मक बीम में आकार देने के लिए एक कॉलिमेटर, एक वस्तु जिसे चित्रित किया जाना है, और छवि को रिकॉर्ड करने की कुछ विधि की आवश्यकता होती है। न्यूट्रॉन स्रोत आम तौर पर न्यूट्रॉन स्रोत एक शोध रिएक्टर होता है, जहाँ प्रति इकाई क्षेत्र (फ्लक्स) में बड़ी संख्या में न्यूट्रॉन उपलब्ध होते हैं। न्यूट्रॉन के समस्थानिक स्रोतों के साथ कुछ काम पूरा हो चुका है (कैलिफोर्निया-252 का काफी हद तक सहज विखंडन, लेकिन एम-बी समस्थानिक स्रोत और अन्य भी)। इन प्रस्तावों ने पूंजी लागत में कमी की और गतिशीलता में वृद्धि की, लेकिन बहुत कम न्यूट्रॉन तीव्रता और काफी कम छवि गुणवत्ता की कीमत पर। इसके अतिरिक्त, न्यूट्रॉन के त्वरक स्रोतों की उपलब्धता में वृद्धि हुई है, जिसमें स्पेलेशन लक्ष्यों के साथ बड़े त्वरक शामिल हैं और ये न्यूट्रॉन इमेजिंग के लिए उपयुक्त स्रोत हो सकते हैं। ड्यूटेरियम-ड्यूटेरियम या ड्यूटेरियम-ट्रिटियम की न्यूट्रॉन उपज संलयन प्रतिक्रियाओं का उपयोग करने वाले पोर्टेबल त्वरक आधारित न्यूट्रॉन जनरेटर। मॉडरेशन न्यूट्रॉन के उत्पादन के बाद, उन्हें इमेजिंग के लिए वांछित गति तक धीमा (गतिज ऊर्जा में कमी) करने की आवश्यकता होती है। यह थर्मल न्यूट्रॉन का उत्पादन करने के लिए कमरे के तापमान पर कुछ लंबाई के पानी, पॉलीइथिलीन या ग्रेफाइट का रूप ले सकता है। मॉडरेटर में न्यूट्रॉन परमाणुओं के नाभिक से टकराएंगे और इसलिए धीमा हो जाएंगे। अंततः इन न्यूट्रॉनों की गति मध्यस्थ के तापमान (गतिज ऊर्जा की मात्रा) के आधार पर कुछ वितरण प्राप्त करेगी। यदि उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन वांछित हैं, तो एक ग्रेफाइट मॉडरेटर को उच्च ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन (एपिथर्मल न्यूट्रॉन कहा जाता है) का उत्पादन करने के लिए गर्म किया जा सकता है। कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन के लिए, तरल ड्यूटेरियम (हाइड्रोजन का एक समस्थानिक) जैसे ठंडे मध्यस्थ का उपयोग कम ऊर्जा वाले न्यूट्रॉन (ठंडे न्यूट्रॉन) का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। यदि कोई या कम मॉडरेटर मौजूद नहीं है, तो उच्च ऊर्जा न्यूट्रॉन (जिसे तेज न्यूट्रॉन कहा जाता है) का उत्पादन किया जा सकता है। मध्यस्थ का तापमान जितना अधिक होगा, न्यूट्रॉन की परिणामी गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी और न्यूट्रॉन उतनी ही तेजी से यात्रा करेंगे। आम तौर पर, तेज न्यूट्रॉन अधिक भेदक होंगे, लेकिन इस प्रवृत्ति से कुछ दिलचस्प विचलन मौजूद हैं और कभी-कभी न्यूट्रॉन इमेजिंग में इसका उपयोग किया जा सकता है। आम तौर पर एक इमेजिंग प्रणाली को न्यूट्रॉन की केवल एक ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए डिज़ाइन और स्थापित किया जाता है, जिसमें अधिकांश इमेजिंग सिस्टम थर्मल या ठंडे न्यूट्रॉन का उत्पादन करते हैं। कुछ स्थितियों में, केवल न्यूट्रॉन की एक विशिष्ट ऊर्जा का चयन वांछित हो सकता है। न्यूट्रॉन की एक विशिष्ट ऊर्जा को अलग करने के लिए, एक क्रिस्टल से न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन या न्यूट्रॉन किरण को उनकी गति के आधार पर न्यूट्रॉन को अलग करने के लिए काटना विकल्प हैं, लेकिन यह आम तौर पर बहुत कम न्यूट्रॉन तीव्रता पैदा करता है और बहुत लंबे एक्सपोजर की ओर ले जाता है। आम तौर पर यह केवल शोध अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। यह चर्चा थर्मल न्यूट्रॉन इमेजिंग पर केंद्रित है, हालांकि यह जानकारी ठंड और एपिथर्मल इमेजिंग पर भी लागू होती है। तेज़ न्यूट्रॉन इमेजिंग मातृभूमि सुरक्षा अनुप्रयोगों के लिए रुचि का एक क्षेत्र है, लेकिन वर्तमान में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं है और आम तौर पर यहाँ वर्णित नहीं है। संयोजी में, न्यूट्रॉन कई अलग-अलग दिशाओं में यात्रा करेंगे। एक अच्छी छवि बनाने के लिए, न्यूट्रॉन को काफी समान दिशा (आम तौर पर थोड़ा अलग) में यात्रा करने की आवश्यकता होती है। इसे पूरा करने के लिए, एक छिद्र (एक उद्घाटन जो न्यूट्रॉन को न्यूट्रॉन अवशोषित करने वाली सामग्री से घिरा हुआ है), कॉलिमेटर में प्रवेश करने वाले न्यूट्रॉन को सीमित करता है। न्यूट्रॉन अवशोषण सामग्री के साथ कॉलिमेटर की कुछ लंबाई (जैसे। बोरॉन) तब न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है जो वांछित दिशा में कॉलिमेटर की लंबाई की यात्रा नहीं कर रहे हैं। छवि की गुणवत्ता और एक्सपोजर समय के बीच एक समझौता मौजूद है। एक छोटी कॉलिमेशन प्रणाली या बड़ा एपर्चर एक अधिक तीव्र न्यूट्रॉन बीम का उत्पादन करेगा लेकिन न्यूट्रॉन विभिन्न प्रकार के कोणों पर यात्रा करेंगे, जबकि एक लंबा कॉलिमेटर या एक छोटा एपर्चर न्यूट्रॉन की यात्रा की दिशा में अधिक एकरूपता पैदा करेगा, लेकिन काफी कम न्यूट्रॉन मौजूद होंगे और एक लंबा एक्सपोजर समय होगा। ऑब्जेक्ट ऑब्जेक्ट को न्यूट्रॉन बीम में रखा जाता है। एक्स-रे प्रणालियों के साथ पाए जाने वाले लोगों से ज्यामितीय अस्पष्टता में वृद्धि को देखते हुए, वस्तु को आम तौर पर छवि रिकॉर्डिंग उपकरण के जितना संभव हो उतना करीब रखने की आवश्यकता होती है। हालांकि कई अलग-अलग छवि रिकॉर्डिंग विधियाँ मौजूद हैं, न्यूट्रॉन को आम तौर पर आसानी से मापा नहीं जाता है और उन्हें विकिरण के किसी अन्य रूप में परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है जिसका अधिक आसानी से पता लगाया जा सके। इस कार्य को करने के लिए आम तौर पर रूपांतरण स्क्रीन के कुछ रूपों का उपयोग किया जाता है, हालांकि कुछ छवि पकड़ने की विधियों में रूपांतरण सामग्री को सीधे छवि रिकॉर्डर में शामिल किया जाता है। अक्सर यह गैडोलिनियम की एक पतली परत का रूप लेता है, जो थर्मल न्यूट्रॉन के लिए एक बहुत मजबूत अवशोषक है। गैडोलिनियम की 25 माइक्रोमीटर की एक परत उस पर होने वाले 90 प्रतिशत तापीय न्यूट्रॉन को अवशोषित करने के लिए पर्याप्त है। कुछ स्थितियों में, बोरॉन, इंडियम, सोना या डिस्प्रोसियम जैसे अन्य तत्वों का उपयोग किया जा सकता है या एल. आई. एफ. सिंटिलेशन स्क्रीन जैसी सामग्री का उपयोग किया जा सकता है जहां रूपांतरण स्क्रीन न्यूट्रॉन को अवशोषित करती है और दृश्य प्रकाश का उत्सर्जन करती है। छवि रिकॉर्डिंग आमतौर पर न्यूट्रॉन के साथ छवियों का उत्पादन करने के लिए विभिन्न तरीकों का उपयोग किया जाता है। हाल तक, न्यूट्रॉन इमेजिंग को आम तौर पर एक्स-रे फिल्म पर रिकॉर्ड किया जाता था, लेकिन अब विभिन्न प्रकार के डिजिटल तरीके उपलब्ध हैं। न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी (फिल्म) न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी एक न्यूट्रॉन छवि के उत्पादन की प्रक्रिया है जिसे फिल्म पर दर्ज किया जाता है। यह आम तौर पर न्यूट्रॉन इमेजिंग का उच्चतम रिज़ॉल्यूशन रूप है, हालांकि आदर्श सेटअप के साथ डिजिटल तरीके हाल ही में तुलनीय परिणाम प्राप्त कर रहे हैं। सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला दृष्टिकोण न्यूट्रॉन को उच्च ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों में बदलने के लिए एक गैडोलीनियम रूपांतरण स्क्रीन का उपयोग करता है, जो एक एकल पायस एक्स-रे फिल्म को उजागर करता है। प्रत्यक्ष विधि बीमलाइन में मौजूद फिल्म के साथ की जाती है, इसलिए न्यूट्रॉन को रूपांतरण स्क्रीन द्वारा अवशोषित किया जाता है जो तुरंत किसी प्रकार के विकिरण का उत्सर्जन करता है जो फिल्म को उजागर करता है। अप्रत्यक्ष विधि में बीमलाइन में सीधे फिल्म नहीं होती है। रूपांतरण पटल न्यूट्रॉन को अवशोषित करता है लेकिन विकिरण की रिहाई से पहले कुछ समय की देरी होती है। रूपांतरण स्क्रीन पर छवि को रिकॉर्ड करने के बाद, रूपांतरण स्क्रीन को फिल्म पर एक छवि बनाने के लिए कुछ समय (आम तौर पर घंटों) के लिए एक फिल्म के साथ निकट संपर्क में रखा जाता है। रेडियोधर्मी वस्तुओं, या उच्च गामा संदूषण के साथ इमेजिंग सिस्टम से निपटने में अप्रत्यक्ष विधि के महत्वपूर्ण फायदे हैं, अन्यथा आम तौर पर प्रत्यक्ष विधि को प्राथमिकता दी जाती है। न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेवा है, जिसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस उद्योग में हवाई जहाज के इंजनों के लिए टरबाइन ब्लेड, अंतरिक्ष कार्यक्रमों के लिए घटकों, उच्च विश्वसनीयता वाले विस्फोटकों और उत्पाद विकास चक्रों के दौरान समस्याओं की पहचान करने के लिए अन्य उद्योग में कुछ हद तक परीक्षण के लिए उपयोग किया जाता है। "न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी" शब्द को अक्सर सभी न्यूट्रॉन इमेजिंग विधियों को संदर्भित करने के लिए गलत तरीके से लागू किया जाता है। ट्रैक ईच ट्रैक ईच काफी हद तक अप्रचलित विधि है। एक रूपांतरण स्क्रीन न्यूट्रॉन को अल्फा कणों में परिवर्तित करती है जो सेलूलोज़ के एक टुकड़े में क्षति ट्रैक का उत्पादन करते हैं। एक एसिड बाथ का उपयोग सेलूलोज़ को तराशने के लिए किया जाता है, ताकि सेलूलोज़ का एक टुकड़ा बनाया जा सके जिसकी मोटाई न्यूट्रॉन एक्सपोजर के साथ बदलती रहती है। डिजिटल न्यूट्रॉन इमेजिंग थर्मल न्यूट्रॉन के साथ डिजिटल न्यूट्रॉन छवियां लेने के लिए कई प्रक्रियाएं मौजूद हैं जिनके अलग-अलग फायदे और नुकसान हैं। इन इमेजिंग विधियों का व्यापक रूप से शैक्षणिक हलकों में उपयोग किया जाता है, क्योंकि वे फिल्म प्रोसेसर और अंधेरे कमरों की आवश्यकता से बचने के साथ-साथ विभिन्न प्रकार के लाभ प्रदान करते हैं। इसके अतिरिक्त फिल्म छवियों को संचरण स्कैनर के उपयोग के माध्यम से डिजिटल किया जा सकता है। न्यूट्रॉन कैमरा (डी. आर. सिस्टम) एक न्यूट्रॉन कैमरा एक डिजिटल कैमरा या इसी तरह के डिटेक्टर सरणी पर आधारित एक इमेजिंग सिस्टम है। न्यूट्रॉन छवि के लिए वस्तु के माध्यम से गुजरते हैं, फिर एक चमक स्क्रीन न्यूट्रॉन को दृश्य प्रकाश में बदल देती है। यह प्रकाश फिर कुछ प्रकाशिकी से गुजरता है (जिसका उद्देश्य कैमरे के आयनीकरण विकिरण के संपर्क को कम करना है), फिर छवि को सी. सी. डी. कैमरे द्वारा कैप्चर किया जाता है (कई अन्य कैमरा प्रकार भी मौजूद हैं, जिनमें सी. एम. ओ. एस. और सी. आई. डी. शामिल हैं, जो समान परिणाम देते हैं)। न्यूट्रॉन कैमरे वास्तविक समय की छवियों (आम तौर पर कम रिज़ॉल्यूशन के साथ) की अनुमति देते हैं, जो अपारदर्शी पाइपों में दो चरण के द्रव प्रवाह, ईंधन कोशिकाओं में हाइड्रोजन बुलबुला गठन और इंजनों में स्नेहक गति का अध्ययन करने के लिए उपयोगी साबित हुए हैं। यह इमेजिंग प्रणाली एक रोटरी टेबल के संयोजन में, विभिन्न कोणों पर बड़ी संख्या में छवियां ले सकती है जिन्हें त्रि-आयामी छवि (न्यूट्रॉन टोमोग्राफी) में पुनर्निर्मित किया जा सकता है। जब एक पतली चमक स्क्रीन और अच्छे प्रकाशिकी के साथ जोड़ा जाता है तो ये प्रणालियाँ फिल्म इमेजिंग के समान एक्सपोजर समय के साथ उच्च रिज़ॉल्यूशन छवियों का उत्पादन कर सकती हैं, हालांकि उपलब्ध सीसीडी कैमरा चिप्स पर पिक्सेल की संख्या को देखते हुए इमेजिंग प्लेन आमतौर पर छोटा होना चाहिए। हालाँकि ये प्रणालियाँ कुछ महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती हैं (वास्तविक समय इमेजिंग करने की क्षमता, सरलता और अनुसंधान अनुप्रयोग के लिए सापेक्ष कम लागत, संभावित रूप से उचित रूप से उच्च रिज़ॉल्यूशन, त्वरित छवि देखने की क्षमता), महत्वपूर्ण नुकसान मौजूद हैं जिनमें कैमरे पर मृत पिक्सेल (जो विकिरण जोखिम के परिणामस्वरूप होते हैं), सिन्टिलेशन स्क्रीन की गामा संवेदनशीलता (इमेजिंग कलाकृतियों का निर्माण जो आमतौर पर मध्यम फ़िल्टरिंग की आवश्यकता होती है), दृश्य का सीमित क्षेत्र, और उच्च विकिरण वातावरण में कैमरों का सीमित जीवनकाल शामिल है। इमेज प्लेट (सी. आर. सिस्टम) एक्स-रे इमेज प्लेट का उपयोग प्लेट स्कैनर के साथ मिलकर न्यूट्रॉन छवियों का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है, जितना कि सिस्टम के साथ एक्स-रे छवियों का उत्पादन किया जाता है। न्यूट्रॉन को अभी भी छवि प्लेट द्वारा पकड़े जाने के लिए विकिरण के किसी अन्य रूप में परिवर्तित करने की आवश्यकता है। थोड़े समय के लिए, फ़ूजी ने न्यूट्रॉन संवेदनशील छवि प्लेटों का उत्पादन किया जिसमें प्लेट में एक परिवर्तक सामग्री थी और जो बाहरी रूपांतरण सामग्री की तुलना में बेहतर संकल्प प्रदान करती थी। छवि प्लेट एक ऐसी प्रक्रिया प्रदान करती है जो फिल्म इमेजिंग के समान है, लेकिन छवि को एक पुनः प्रयोज्य छवि प्लेट पर दर्ज किया जाता है जिसे इमेजिंग के बाद पढ़ा और साफ किया जाता है। ये प्रणालियाँ केवल स्थिर छवियाँ (स्थिर) उत्पन्न करती हैं। एक रूपांतरण स्क्रीन और एक एक्स-रे छवि प्लेट का उपयोग करते हुए, फिल्म इमेजिंग की तुलना में कम रिज़ॉल्यूशन वाली छवि बनाने के लिए तुलनीय एक्सपोजर समय की आवश्यकता होती है। अंतःस्थापित रूपांतरण सामग्री के साथ छवि प्लेटें बाहरी रूपांतरण की तुलना में बेहतर छवियों का उत्पादन करती हैं, लेकिन वर्तमान में फिल्म के रूप में अच्छी छवियों का उत्पादन नहीं करती हैं। फ्लैट पैनल सिलिकॉन डिटेक्टर (डी. आर. सिस्टम) सी. सी. डी. इमेजिंग के समान एक डिजिटल तकनीक है। न्यूट्रॉन एक्सपोजर डिटेक्टरों के छोटे जीवनकाल की ओर ले जाता है जिसके परिणामस्वरूप अन्य डिजिटल तकनीकें पसंदीदा दृष्टिकोण बन गई हैं। माइक्रो चैनल प्लेट (डी. आर. प्रणाली) एक उभरती हुई विधि है जो बहुत छोटे पिक्सेल आकार के साथ एक डिजिटल डिटेक्टर सरणी का उत्पादन करती है। उपकरण के माध्यम से छोटे (माइक्रोमीटर) चैनल होते हैं, जिसमें स्रोत पक्ष एक न्यूट्रॉन अवशोषक सामग्री (आम तौर पर गैडोलीनियम या बोरॉन) के साथ लेपित होता है। न्यूट्रॉन अवशोषित करने वाली सामग्री न्यूट्रॉन को अवशोषित करती है और उन्हें आयनकारी विकिरण में परिवर्तित करती है जो इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करती है। उपकरण पर एक बड़ा वोल्टेज लगाया जाता है, जिससे मुक्त इलेक्ट्रॉनों को प्रवर्धित किया जाता है क्योंकि वे छोटे चैनलों के माध्यम से त्वरित होते हैं और फिर एक डिजिटल डिटेक्टर सरणी द्वारा पता लगाया जाता है। न्यूट्रॉन रेडियोग्राफी और गेजिंग के व्यावहारिक अनुप्रयोग; बर्जर, हैरोल्ड, एएसटीएम न्यूट्रॉन इमेजिंग