La evaluación no destructiva de terahercios se refiere a dispositivos y técnicas de análisis que ocurren en el dominio de terahercios de la radiación electromagnética . Estos dispositivos y técnicas evalúan las propiedades de un material, componente o sistema sin causar daños. [1]
Las imágenes de terahercios son una técnica de evaluación no destructiva (NDE) emergente e importante que se utiliza para el análisis de materiales dieléctricos (no conductores, es decir, un aislante ) y el control de calidad en las industrias farmacéutica , biomédica , de seguridad, de caracterización de materiales y aeroespacial . [3] [4] Ha demostrado ser eficaz en la inspección de capas de pinturas y revestimientos, [5] detectando defectos estructurales en materiales cerámicos y compuestos [6] y generando imágenes de la estructura física de pinturas [7] y manuscritos. [8] [9] El uso de ondas THz para evaluación no destructiva permite la inspección de estructuras de múltiples capas y puede identificar anomalías por inclusiones de materiales extraños, desunión y delaminación, daños por impacto mecánico, daños por calor e ingreso de agua o fluido hidráulico. [10] Este nuevo método puede desempeñar un papel importante en varias industrias para aplicaciones de caracterización de materiales donde el mapeo de espesor de precisión (para asegurar las tolerancias dimensionales del producto dentro de un producto y de un producto a otro) y el mapeo de densidad (para asegurar la calidad del producto dentro de un producto y de producto a producto). [11]
Se emplean sensores e instrumentos en el rango de 0,1 a 10 THz para una evaluación no destructiva , que incluye la detección. [11] [12]
El generador de imágenes de espesor de densidad de terahercios es un método de inspección no destructivo que emplea energía de terahercios para mapear densidad y espesor en materiales dieléctricos , cerámicos y compuestos . Este método de obtención de imágenes y medición electromagnética de terahercios de un solo lado y sin contacto caracteriza la microestructura y la variación del espesor en materiales dieléctricos ( aislantes ). Este método se demostró para el aislamiento de espuma rociada del tanque externo del Transbordador Espacial y ha sido diseñado para usarse como método de inspección para sistemas de protección térmica actuales y futuros de la NASA y otras aplicaciones de inspección de materiales dieléctricos donde no se puede hacer contacto con la muestra debido a fragilidad y no es práctico utilizar métodos ultrasónicos . [11]
La espectroscopia rotacional utiliza radiación electromagnética en el rango de frecuencia de 0,1 a 4 terahercios (THz). Este rango incluye longitudes de onda milimétricas y es particularmente sensible a las moléculas químicas. La absorción de THz resultante produce un patrón espectral único y reproducible que identifica el material. La espectroscopia THz puede detectar trazas de explosivos en menos de un segundo. Debido a que los explosivos emiten continuamente trazas de vapor, debería ser posible utilizar estos métodos para detectar explosivos ocultos a distancia. [12]
El radar de ondas THz puede detectar fugas de gas, productos químicos y materiales nucleares. En pruebas de campo, el radar de ondas THz detectó sustancias químicas a un nivel de 10 ppm a 60 metros de distancia. Este método se puede utilizar en una cerca o en un sistema montado en un avión que funcione de día o de noche en cualquier clima. Puede localizar y rastrear columnas químicas y radiactivas. Un radar de ondas THz que puede detectar columnas de humo radiactivo de plantas nucleares ha detectado columnas de humo a varios kilómetros de distancia basándose en los efectos de ionización del aire inducidos por la radiación. [12]
Las técnicas de tomografía de THz son métodos no destructivos que pueden utilizar haces pulsados de THz o fuentes de rango milimétrico para localizar objetos en 3D. [13] Estas técnicas incluyen la tomografía, la tomosíntesis, el radar de apertura sintética y el tiempo de vuelo. Estas técnicas pueden resolver detalles en escalas de menos de un milímetro en objetos de varias decenas de centímetros de tamaño.
Actualmente, las imágenes de seguridad se realizan mediante métodos tanto activos como pasivos. Los sistemas activos iluminan al sujeto con radiación de THz, mientras que los sistemas pasivos simplemente ven la radiación natural del sujeto.
Evidentemente, los sistemas pasivos son intrínsecamente seguros, mientras que se puede argumentar que cualquier forma de "irradiación" de una persona es indeseable. Sin embargo, desde el punto de vista técnico y científico, los sistemas de iluminación activa son seguros según todas las leyes y normas vigentes.
El propósito de utilizar fuentes de iluminación activas es principalmente mejorar la relación señal-ruido. Esto es análogo a usar un flash en una cámara de luz óptica estándar cuando el nivel de iluminación ambiental es demasiado bajo.
Para fines de imágenes de seguridad, las frecuencias operativas suelen estar en el rango de 0,1 THz a 0,8 THz (100 GHz a 800 GHz). En este rango la piel no es transparente, por lo que los sistemas de imágenes pueden mirar a través de la ropa y el cabello, pero no dentro del cuerpo. Existen problemas de privacidad asociados con tales actividades, especialmente en torno a los sistemas activos, ya que los sistemas activos, con sus imágenes de mayor calidad, pueden mostrar características anatómicas muy detalladas.
Los sistemas activos como L3 Provision y Smiths eqo son en realidad sistemas de imágenes de ondas mm en lugar de sistemas de imágenes de terahercios como los sistemas Millitech. Estos sistemas ampliamente implementados no muestran imágenes, lo que evita problemas de privacidad. En su lugar, muestran contornos genéricos de "maniquí" con las regiones anómalas resaltadas.
Dado que el control de seguridad busca imágenes anómalas, aparecerán elementos como piernas postizas, brazos postizos, bolsas de colostomía, urinarios corporales, bombas de insulina corporales y aumentos de senos externos. Tenga en cuenta que los implantes mamarios, al estar debajo de la piel, no se revelarán.
Se pueden utilizar técnicas de imágenes activas para realizar imágenes médicas. Debido a que la radiación THz es biológicamente segura (no ionizante), se puede utilizar en imágenes de alta resolución para detectar cáncer de piel. [12]
Las inspecciones del transbordador espacial de la NASA son un ejemplo de la aplicación de esta tecnología.
Después del accidente del Shuttle Columbia en 2003, la recomendación R3.2.1 de la Junta de Investigación de Accidentes de Columbia establecía: "Iniciar un programa agresivo para eliminar todos los desechos del sistema de protección térmica del tanque externo que se desprendan en la fuente..." Para respaldar esta recomendación, en la NASA se están evaluando, desarrollando y perfeccionando métodos de inspección para detectar defectos en la espuma. [1] [11] [12]
STS-114 empleó el transbordador espacial Discovery y fue la primera misión del transbordador espacial de "regreso al vuelo" después del desastre del transbordador espacial Columbia . Se lanzó a las 10:39 EDT del 26 de julio de 2005. Durante el vuelo STS-114 se observó un importante desprendimiento de espuma. Por lo tanto, la capacidad de detectar y caracterizar de forma no destructiva la espuma triturada después de ese vuelo se convirtió en una prioridad importante cuando se creía que el personal que procesaba el tanque había aplastado la espuma al caminar sobre él o por daños causados por granizo cuando el transbordador estaba en la plataforma de lanzamiento o durante otros preparativos para el lanzamiento.
Además, las variaciones de densidad en la espuma también fueron puntos potenciales de inicio de fallas que provocaron el desprendimiento de espuma. La innovación que se describe a continuación respondió al llamado para desarrollar un método no destructivo, totalmente sin contacto y sin acoplamiento líquido que pudiera caracterizar de manera simultánea y precisa la variación del espesor (de la espuma triturada debido a la manipulación de los trabajadores y los daños por granizo) y la variación de la densidad en los materiales de espuma. Era fundamental contar con un método que no requiriera acoplamiento de fluido (agua); es decir; Los métodos de prueba ultrasónicos requieren acoplamiento de agua.
Hay millones de dólares en equipos ultrasónicos en el campo y en el mercado que se utilizan como medidores de espesor y densímetros . Cuando la evaluación no destructiva de terahercios se comercialice completamente en una forma más portátil y sea menos costosa, podrá reemplazar los instrumentos ultrasónicos para materiales estructurales de plástico , cerámica y espuma . Los nuevos instrumentos no requerirán acoplamiento líquido, lo que mejorará su utilidad en aplicaciones de campo y posiblemente para aplicaciones in situ de alta temperatura donde el acoplamiento líquido no es posible. Con esta tecnología se puede desarrollar un nuevo segmento de mercado potencial. [11] [12]
Este artículo incorpora material de dominio público de Terahertz Density Thickness Imager. Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio . Consultado el 1 de marzo de 2011 . Este artículo incorpora material de dominio público de Ron Roth para Glenn Research Center. Medición sin contacto de la variación de densidad y espesor en materiales dieléctricos. Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio . Consultado el 1 de marzo de 2011 . Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos del Departamento de Energía de Estados Unidos .