Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị chụp cắt lớp điện toán ứng dụng trong công nghiệp dầu khí ở Việt Nam (17/06/2017)

Kỹ thuật chụp cắt lớp (CT) không chỉ được sử dụng trong y khoa mà còn được dùng để phục vụ nhiều mục đích khác trong nghiên cứu khoa học, kiểm tra không phá hủy, chẩn đoán tình trạng các thiết bị, quá trình trong công nghiệp. Các nhà máy chế biến dầu khí, hóa chất thường bao gồm hàng chục khối công nghệ với hàng trăm mét đường ống với hình dạng, kích thước khác nhau. Mỗi dây chuyền thiết bị trong nhà máy có những vấn đề khác nhau cần phải khảo sát, chẩn đoán trong quá trình vận hành hoặc bảo dưỡng. Thiết bị ứng dụng để khảo sát các đối tượng công nghiệp như kiểm tra khuyết tật đường ống, chụp cấu trúc bên trong vật thể, trụ bê tông, cột công trình xây dựng, và cả thân cây. Nguyên lý hoạt động của máy là dùng tia gamma chụp vào lõi các vật thể để xác định cấu tạo bên trong, cho hình ảnh kín của hiện vật để tìm ra khuyết tật mà không cần phải mở hoặc mổ xẻ hiện vật.

Nhằm tiếp tục phát triển các thành tựu đạt được trong hướng nghiên cứu CT được hình thành từ năm 2008 của Trung tâm Ứng dụng Kỹ thuật hạt nhân trong công nghiệp (CANTI), cụ thể là thiết bị CT công nghiệp một nguồn một đầu dò với tên gọi iGomet - thiết bị này được các chuyên gia IAEA đánh giá cao và đặt hàng Canti sản xuất cung cấp và đào tạo sử dụng cho 6 nước trong khu vực bao gồm Philippin, Myanmar, Pakistan, Bangladesh, Thailand và Sri Lanka. Nhóm nghiên cứu do KS. Nguyễn Hữu Quang, CANTI đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thiết bị chụp cắt lớp điện toán ứng dụng trong công nghiệp dầu khí ở Việt Nam”. Đây đề tài thuộc chương trình Nghiên cứu ứng dụng và phát triển công nghệ năng lượng cấp nhà nước.

Sau một thời gian triển khai, nhóm nghiên cứu đã thiết kế chế tạo thành công thiết bị CT thế hệ mới có tên gọi là GammaComet. Thiết bị này đã được sử dụng để khảo sát các đối tượng tại hiện trường như các đóng cặn, ăn mòn vật liệu hay tình trạng lớp bảo ôn đường ống với độ ổn định trong hoạt động cơ khí, thu nhận số liệu và kết quả hình ảnh tái tạo có độ nét cao. Đồng thời cũng được sử dụng để phục vụ các nghiên cứu về cấu trúc và vật liệu trong phòng thí nghiệm.

Tuy kỹ thuật CT phục vụ nghiên cứu, y tế, công nghiệp ở các nước phát triển hiện nay đã đạt được nhiều thành tựu nhưng công nghệ của kỹ thuật này là một bí mật. Hơn nữa, ở các nước Đông Nam Á, thiết bị CT chủ yếu phải nhập khẩu để phục vụ trong y tế do đó việc chế tạo thành công thiết bị GammaComet ở Việt nam là cơ sở cho việc làm chủ công nghệ, nội địa hóa chế tạo một hệ thử nghiệm (prototype) chụp ảnh cắt lớp điện toán ứng dụng trong công nghiệp dầu khí phù hợp với điều kiện trong nước và khả năng sản xuất hàng loạt theo nhu cầu thị trường.

GammaComet là thiết bị CT lai ghép 3 cấu hình CT1, CT2 và CT3. Đồng thời, mặt phẳng đo có thể xoay một góc bất kỳ.

Thiết bị sử dụng 1 nguồn phóng xạ Cs-137 (dùng chung cho 3 cấu hình) và hai hệ thống đầu dò phóng xạ, gồm: Hệ thống 12 đầu dò NaI(Tl) và hệ thống 8 đầu dò LYSO. Trong đó:

- Cấu hình thứ nhất sử dụng 1 đầu dò NaI(Tl) kích thước ½ x 1 inch.

- Đầu dò này là 1 đầu dò bất kỳ trong hệ thống 12 đầu dò NaI(Tl).

- Cấu hình thế hệ thứ hai sử dụng một hệ thống 8 đầu dò LYSO.

- Cấu hình thế hệ thứ ba sử một hệ thống 12 đầu dò NaI(Tl) hình quạt

- Vi điều khiển AT89C52 được sử dụng để nhận tín hiệu từ 5 cảm biến quang, 2 cảm biến nhiệt, điều khiển chuyển động của 3 motor và thu nhận dữ liệu từ các detector.

Phần mềm iComet được viết và đăng ký bản quyền bởi CANTI cho ba cấu hình CT1, CT2 và CT3 với các thuật toán được sử dụng là: Chiếu ngược có lọc (FBP), tái tạo đại số (ART), tối đa hóa kỳ vọng (EM). Ngoài tái tạo ảnh, phần mềm có thêm các công cụ xử lý và phân tích sơ bộ trên bộ dữ liệu đo và phân tích kết quả hình ảnh đã tái tạo. Hình ảnh tái tạo có độ phân giải không gian tốt, có độ phân giải vật liệu cao. Đặc biệt thiết bị hoạt động tốt trong điều kiện hiện trường.

Thiết bị được chế tạo cho mục đích sử dụng ngoài hiện trường, đây là thiết bị chụp cắt lớp điện toán công nghiệp đầu tiên ở Việt Nam có cấu hình lai ghép 3 thế hệ. Riêng với cấu hình thế hệ thứ 3 thì trên thế giới cũng không có nhiều thiết bị tương tự có khả năng sử dụng ngoài hiện trường như thiết bị này. Phần công việc quan trọng có ý nghĩa khác của đề tài là phần xây dựng phần mềm tái tạo hình ảnh chụp cắt lớp với nhiều thuật toán tái tạo ảnh. Việc nắm bắt được thuật toán, làm chủ được cách thức lập trình phù hợp với thiết bị là cơ sở để Trung tâm có thể chủ động nghiên cứu phát triển các thế hệ thiết bị tiếp theo.

Như vậy,có thể thấy những nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn cấu hình về kỹ thuật chụp cắt lớp điện toán công nghiệp; nghiên cứu và hoàn thành phần mềm tái tạo ảnh cắt lớp điện toán, chế tạo hoàn thiện thiết bị, thử nghiệm và đánh giá khả năng ứng dụng của thiết bị vào thực tế của đề tài phù hợp với yêu cầu, mục tiêu.

Thiết bị này đang được nhóm nghiên cứu tiến hành xin đăng ký bảo hộ độc quyền kiểu dáng công nghiệp tại Cục Sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học và Công nghệ. Phần mềm tái tạo hình ảnh đã được Cục bản quyền tác giả, Bộ Văn hóa, thể thao và du lịch cấp giấy chứng nhận quyền tác giả số 5374/2015/QTG ngày 03/12/2015.

Nguồn: vista.gov.vn