Neutron imaging of hydrogen in iron and steel

Abstract

Neutron radiography and tomography have been used for a time resolved in situ analysis and a 3D mapping of hydrogen diffusion in iron and steel. Samples were electrochemically charged with hydrogen and afterwards neutron transmission images were taken. Hydrogen diffusion coefficients in duplex stainless steel were determined at 623 K by measuring and comparing the sample's mean intensity with a hydrogen-free reference sample and subsequent normalisation to standards with known hydrogen content. In technical iron and in supermartensitic stainless steel the hydrogen distributions have been investigated. The radiographic images in iron show blisters, cracks and the distribution of molecular hydrogen inside cracks. The analysis of the diffusion behaviour of hydrogen out of a blister illustrates the capabilities of the method with respect to time and spatial resolution. The neutron tomography of supermartensitic tensile stressed samples illustrates the capability to visualise hydrogen distributions three-dimensionally.On a utilisé la radiographie neutronique et la tomographie pour une analyse in situ à ré solution temporelle et une cartographie 3D de la diffusion de l'hydrogè ne dans le fer et l'acier. On a chargé des é chantillons par é lectrochimie avec de l'hydrogè ne et ensuite on a pris des images par é mission de neutrons. On a dé terminé les coefficients de diffusion de l'hydrogè ne dans l'acier inoxydable duplex à 623 K en mesurant et en comparant l'intensité moyenne de l'é chantillon avec un é chantillon de ré fé rence sans hydrogè ne et une normalisation subsé quente à des é chantillons ré fé rences à teneur connue en hydrogè ne. On a examiné la distribution d'hydrogè ne dans le fer technique et dans l'acier inoxydable supermartensitique. Les images radiographiques du fer montrent des soufflures, des fissures, et la distribution de l'hydrogè ne molé culaire à l'inté rieur des fissures. L'analyse du comportement de diffusion de l'hydrogè ne hors d'une soufflure illustre les possibilité s de la mé thode par rapport à la ré solution temporelle et spatiale. La tomographie neutronique des é chantillons supermartensitiques chargé s en traction illustre la capacité de visualiser les distributions d'hydrogè ne en trois dimensions.

Development of a Neutron Radiography System based on a 10 MeV Electron Linac

“…Thermal neutrons are usually used for NR imaging because most materials show higher attenuation for low energy neutrons. For this reason, thermal NR is the most popular NR NDT method used in many fields of research and industry such as security applications [1]- [9] medicine [10][11][12][13][14][15][16][17], material sciences [18][19][20][21][22][23][24][25][26][27][28][29], geology [30], archeology [31][32] etc. A suitable neutron beam is necessary in order to establish a thermal NR facility.…”