테라헤르츠 비파괴 평가

테라헤르츠 비파괴 평가()는 테라헤르츠 영역의 전자기파에서 발생하는 장치 및 분석 기술과 관련이 있다. 이러한 장치와 기술은 손상을 일으키지 않고 재료, 부품 또는 시스템의 특성을 평가한다.

테라헤르츠 이미징
섬네일|313x313px|패키징된 IC의 엑스레이, 광학, 테라헤르츠 이미지. 
테라헤르츠 이미징()은 제약산업, 생체의학, 보안, 재료 특성 분석 및 항공우주 산업에서 유전체(비전도성, 즉 절연체) 재료 분석 및 품질 관리에 사용되는 새롭고 중요한 비파괴 평가 (NDE) 기술이다. 도료 및 코팅의 층 점검,
세라믹 및 복합 재료의 구조적 결함 감지,
회화 및 필사본의 물리적 구조를 이미징하는 데 효과적인 것으로 입증되었다.

비파괴 평가를 위한 테라헤르츠파의 사용은 다층 구조의 검사를 가능하게 하며, 이물질 혼입, 이탈 및 박리, 기계적 충격 손상, 열 손상, 물 또는 유압유 침투로 인한 이상을 식별할 수 있다.
이 새로운 방법은 정밀한 두께 매핑(제품 내 및 제품 간 제품 치수 공차를 보장하기 위함) 및 밀도 매핑(제품 내 및 제품 간 제품 품질을 보장하기 위함)이 요구되는 재료 특성 분석 분야에서 여러 산업에서 중요한 역할을 할 수 있다.

비파괴 평가
센서와 기기는 탐지를 포함하는 비파괴 평가를 위해 0.1 THz에서 10 THz 범위에서 사용된다.

테라헤르츠 밀도 두께 이미저
테라헤르츠 밀도 두께 이미저는 유전체, 세라믹, 복합 재료의 밀도 및 두께 매핑을 위해 테라헤르츠 에너지를 사용하는 비파괴 점검 방법이다. 이 비접촉, 단면 테라헤르츠 전자기파 측정 및 이미징 방법은 유전체(절연체) 재료의 미세 구조 및 두께 변화를 특성화한다. 이 방법은 우주왕복선 외부 연료 탱크의 분사식 폼 단열재에 대해 시연되었으며, 취약성으로 인해 샘플과 접촉할 수 없고 초음파 검사 방법을 사용하기 비현실적인 경우 현재 및 미래의 NASA 열 보호 시스템 및 기타 유전체 재료 검사 응용 분야를 위한 점검 방법으로 설계되었다.

회전 분광법
회전 분광법은 0.1 THz에서 4 THz 사이의 주파수 범위에서 전자기파를 사용한다. 이 범위는 밀리미터 파장 범위를 포함하며 화학 분자에 특히 민감하다. 결과적으로 발생하는 THz 흡수는 재료를 식별하는 고유하고 재현 가능한 스펙트럼 패턴을 생성한다. THz 분광법은 1초 이내에 미량의 폭발물을 감지할 수 있다. 폭발물은 지속적으로 미량의 증기를 방출하므로 이러한 방법을 사용하여 숨겨진 폭발물을 원거리에서 감지하는 것이 가능할 것이다.

THz-파 레이더
THz-파 레이더는 가스 누출, 화학 물질 및 핵 물질을 감지할 수 있다. 현장 시험에서 THz-파 레이더는 60미터 거리에서 10-ppm 수준의 화학 물질을 감지했다. 이 방법은 주야간 모든 날씨에 작동하는 울타리 라인 또는 항공기 장착 시스템에 사용될 수 있다. 화학 및 방사성 플룸을 찾고 추적할 수 있다. 핵 발전소에서 나오는 방사성 플룸을 감지할 수 있는 THz-파 레이더는 공기 중의 방사선 유도 이온화 효과를 기반으로 수 킬로미터 떨어진 플룸을 감지했다.

THz 단층촬영술

THz 단층촬영술 기술은 THz 펄스 빔 또는 밀리미터 파장 소스를 사용하여 3D로 물체를 찾는 비파괴 방법이다. 이러한 기술에는 단층촬영술, 단층합성술, 합성 개구 레이더 및 비행 시간이 포함된다. 이러한 기술은 수십 센티미터 크기의 물체에서 1밀리미터 미만의 세부 사항을 해결할 수 있다.

수동/능동 이미징 기술
보안 이미징은 현재 능동 및 수동 방법 모두로 이루어지고 있다. 능동 시스템은 THz 방사선으로 피사체를 비추는 반면 수동 시스템은 피사체에서 자연적으로 발생하는 방사선을 단순히 본다.

분명히 수동 시스템은 본질적으로 안전하지만, 사람에게 어떤 형태의 "조사"도 바람직하지 않다는 주장이 제기될 수 있다. 그러나 기술적이고 과학적인 용어로 볼 때, 능동 조명 방식은 모든 현재 법규 및 표준에 따라 안전하다.

능동 조명 소스를 사용하는 주된 목적은 신호 대 잡음비를 향상시키는 것이다. 이는 주변 조명 수준이 너무 낮을 때 표준 광학 카메라에 플래시를 사용하는 것과 유사하다.

보안 이미징 목적으로 사용되는 작동 주파수는 일반적으로 0.1 THz에서 0.8 THz (100 GHz에서 800 GHz) 범위이다. 이 범위에서 피부는 투명하지 않으므로 이미징 시스템은 의류와 머리카락을 통해 볼 수 있지만 몸 내부를 볼 수는 없다. 이러한 활동과 관련된 사생활 문제가 있으며, 특히 능동 시스템은 더 높은 품질의 이미지로 매우 상세한 해부학적 특징을 보여줄 수 있기 때문에 능동 시스템을 둘러싸고 있다.

L3 Provision 및 Smiths eqo와 같은 능동 시스템은 밀리테크 시스템과 같은 테라헤르츠 이미징 시스템이라기보다는 실제로 밀리미터파 이미징 시스템이다. 이러한 광범위하게 배포된 시스템은 이미지를 표시하지 않아 개인 정보 문제를 피한다. 대신, 이상 영역이 강조 표시된 일반적인 "마네킹" 윤곽선을 표시한다.

보안 검색은 비정상적인 이미지를 찾기 때문에 의족, 의수, 결장루 백, 착용식 소변기, 착용식 인슐린 펌프 및 외부 유방 확대물과 같은 품목이 나타난다. 피부 아래에 있는 유방 보형물은 드러나지 않는다.

능동 이미징 기술은 의료 영상 촬영에 사용될 수 있다. THz 방사선은 생물학적으로 안전하므로(비이온화성) 고해상도 이미징에서 피부암을 감지하는 데 사용할 수 있다.

우주왕복선 점검
NASA 우주왕복선 점검은 이 기술 응용의 한 예이다.

2003년 컬럼비아 우주왕복선 사고 이후, 컬럼비아 우주왕복선 공중분해 사고 조사위원회 권고 R3.2.1은 "모든 외부 탱크 열 보호 시스템 파편 탈락을 근원에서 제거하기 위한 공격적인 프로그램 시작..."을 명시했다. 이 권고를 지원하기 위해 NASA에서는 폼 결함 점검 방법을 평가, 개발 및 개선하고 있다.

STS-114는 우주왕복선 디스커버리를 사용했으며, 컬럼비아 우주왕복선 재앙 이후 첫 번째 "비행 복귀" 우주왕복선 임무였다. 2005년 7월 26일 EDT 오전 10시 39분에 발사되었다. STS-114 비행 중 상당한 폼 탈락이 관찰되었다. 따라서 우주왕복선이 발사대에 있거나 발사를 위한 다른 준비 중에 직원들이 걸어서 폼을 으깨거나 우박 피해로 인해 폼이 으깨졌다고 믿어진 후, 해당 비행 후 으깨진 폼을 비파괴적으로 감지하고 특성화하는 능력이 중요한 우선순위가 되었다.

또한 폼의 밀도 변화는 폼 탈락을 유발하는 결함 발생의 잠재적 지점이었다. 아래에 설명된 혁신은 액체 결합이 필요 없는 비파괴적, 완전 비접촉식 방법을 개발하라는 요구에 부응했다. 이 방법은 (작업자 취급 및 우박 피해로 인한 폼 압착으로 인한) 두께 변화와 폼 재료의 밀도 변화를 동시에 정밀하게 특성화할 수 있었다. 액체(물) 결합이 필요 없는 방법, 즉 초음파 검사 방법이 물 결합을 필요로 하지 않는 것이 중요했다.

현장 및 시장에는 두께 측정기 및 밀도 측정기로 사용되는 수백만 달러의 초음파 장비가 있다. 테라헤르츠 비파괴 평가가 더 휴대 가능한 형태로 완전히 상업화되고 비용이 저렴해지면 구조용 플라스틱, 세라믹 및 폼 재료에 대한 초음파 장비를 대체할 수 있을 것이다. 새로운 장비는 액체 결합이 필요하지 않아 현장 적용 및 액체 결합이 불가능한 고온 현장 적용에서의 유용성이 향상될 것이다. 이 기술로 잠재적인 새로운 시장 부문을 개발할 수 있다.

 같이 보기 

 파괴 검사
 점검
 유지 보수 테스트
 제품 인증
 품질 관리
 위험 기반 점검
 고장 분석
 포렌식 공학
 재료과학
 예측 유지 보수
 신뢰성 공학
 스트레스 테스트
 테라헤르츠파
 테라헤르츠 메타물질

 각주 

추가 자료

이 페이지에서 테라헤르츠 도메인의 사용에 대한 다음 섹션도 참조: 소형 유기 분자 결정 / 재료 특성 (유리 등), 테라헤르츠 주파수에서의 진동 모드 이해, 양자 캐스케이드 레이저 응용, 새로운 감지 패러다임 구현, 생체 분자의 동역학.

Original PhD. dissertation by Christopher D. Stoik, Lieutenant Colonel, USAF. December 2008.
 Free online article.

분류:재료과학
분류:테라헤르츠 기술