)
(Ag
ZnS
30 110
«Р-9»
)
(Tb
S
2
O
2
Cd
120 120 ложкой передвигают над проволочным электродом, находящимся под напряжением 5-10 кВ относительно заземлённой подложки.
В результате возникает коронный разряд, и поверхность селенового слоя, обращённая к электроду, заряжается до потенциала 600 В
относительно подложки.
Операция сенсибилизации и последующего экспонирования пластины проводится в темноте. Сенсибилизированную пластину помещают в светонепроницаемую кассету и располагают за КО.
Под действием ионизирующего излучения электропроводность пластины возрастает и потенциал селенового покрытия снижается пропорционально дозе излучения, поглощённого в слое селена под заряженным участком. На следующей стадии ксерорадиографи- ческого процесса образовавшийся на селеновом слое потенциаль- ный рельеф проявляют, для чего на поверхность пластины со стороны селенового слоя напыляют предварительно заряженные частицы мелкодисперсионного порошка красителя. В результате электростатического взаимодействия заряженных частиц с потенциальным рельефом селенового слоя пластины получают пространственное распределение слоя красителя, отображающее распределение интенсивности излучения за КО.
После проявления изображения на ксерографической пластине его переносят на бумагу и закрепляют.
Бумагу с липким слоем резиновым валиком прикатывают к пластине, затем бумагу выдерживают в парах органического раст- ворителя или нагревают. При этом липкий слой бумаги размяг- чается и образует с красителем прочное изображение.
Ксерографическая установка позволяет эффективно конт- ролировать изделия из стали толщиной 25-30 мм. Это перспектив- ный вид контроля, разрешающая способность теоретически составляет 50 линий/мм. В настоящее время качество выпускаемых пластин позволяет получить разрешающую способность около 10
линий/мм и более (у рентгенографических плёнок разрешающая способность пока выше). При низких энергиях излучения чувст- вительность ксерографических пластин превышает чувствитель- ность радиографических плёнок, поэтому их применение перспек- тивно при контроле тонких стальных изделий и изделий из лёгких сплавов.
152 153
При радиографическом методе контроля важен правильный выбор расстояний между источником, контролируемым объектом и детектором. Фокусное расстояние F – расстояние от источника излучения до детектора, линейный размер фокусного пятна Ф, рас- стояние от источника до дефекта a и от дефекта до пленки b связаны соотношением
)
–
/(
=
/
=
bFbФаbФUг, где
Uг – гео- метрическая нерезкость (рис. 7.16).
Из формулы видно, что геометрическая нерезкость может быть уменьшена применением источника с возможно малым ли- нейным размером фокусного пятна, установкой кассеты с пленкой вплотную к просвечиваемому участку и увеличением фокусного расстояния.
Если расстояние от дефекта до пленки велико (КО велик или пленку нельзя приложить вплотную к поверхности объекта),
изображение дефекта получается увеличенным, с размытыми краями, сниженным радиационным контрастом. Величина гео- метрической нерезкости имеет максимальную величину для де- фектов, расположенных на поверхности изделия, обращенной к ИИ.
От выбора фокусного расстояния F зависят производитель- ность контроля и минимальные размеры выявляемых дефектов.
Рис. 7.16. Основные геометрические соотношения при радиографическом контроле:
А – точечное пятно; Б – линейное пятно;
В, Г – изменение нерезкости при изменении расстояния между дефектом и детектором
Производительность радиографического контроля принято изме- рять линейным размером или площадью участка детали, контроли- руемого за единицу времени. При росте F
возрастает размер конт- ролируемого участка, уменьшается нерезкость. Однако чрезмерное увеличение фокусного расстояния ведет к значителному увеличе- нию времени экспозиции, что снижает производительность контроля.
При регистрации изображения дефектов геометрическая нерезкость суммируется с собственной нерезкостью радиографи- ческой пленки U
п
. Нерезкость изображения на радиографической пленке ухудшает их выявляемость, особенно когда величина нерез- кости соизмерима с размерами дефекта. Для контроля сварных и стыковых соединений, литых изделий рекомендуется соблюдать некоторые оптимальные геометрические соотношения между источником, контролируемым объектом и детектором.
При просвечивании деталей, имеющих резкие перепады толщин, получаются очень контрастные негативы. Изображение тонких частей получается слишком тёмным, а толстых – слишком светлым (оптические плотности почернений выходят за пределы оптимальных значений). В этих случаях принимают следующие меры:
1) проводят просвечивание при больших значениях напряже- ния по сравнению с оптимальными;
2) у окна защитного кожуха устанавливают фильтры (они отфильтровывают мягкое излучение и создают пучок жесткого излучения – с увеличением жёсткости излучения контрастность уменьшается);
3) используются менее контрастные плёнки без усиливаю- щего флуоресцирующего экрана;
4) применяют две плёнки с различной чувствительностью;
5) применяют специальные компенсаторы – твёрдые (прок- ладки из материала детали), сыпучие (мелкая дробь, металличес- кие или пластичные мастики, сурик, парафин) или жидкие – вод- ные растворы хлористого или йодистого бария.
Приведем основные правила просвечивания, обеспечиваю- щие высокую чувствительность радиографического метода:
- фокусное пятно должно быть возможно меньшим;
- фокусное расстояние должно быть по возможности макси- мальным;
154 155
- плёнка должна быть мелкозернистой (высококонтрастной);
- размер поля облучения должен быть как можно меньше;
- плёнка должна быть расположена как можно ближе к КО;
- ось рабочего пучка излучения должна быть направлена перпендикулярно плёнке;
- следует уменьшать действие рассеянного излучения на плёнку.
Для расшифровки результатов контроля широко используют негатоскопы. К наиболее удачным относят те, в которых в качестве источника использованы галогенные лампы. Их отличают неболь- шие габариты, мощный световой поток, хорошая равномерность освещения выходного окна.
Радиоскопический метод основан на представлении оконча- тельной информации об ионизированном излучении на флуоре- сцентном экране с помощью электронно-оптических преобразова- телей, оптических усилителей и телевизионных систем. В качестве источника ионизирующего излучения используют рентгеновские аппараты, а также
мощные источники излучения высокой энергии– линейные ускорители микротронов. При радиоскопическом контроле в качестве детекторов используются флуоресцентные или монокристаллические экраны. Изображение с этих экранов через оптическую систему передают на приёмную трубку телевизионной системы и наблюдают с нужным усилением (рис. 7.17). В качестве детекторов излучения могут быть также использованы рентген- видиконы, которые одновременно являются и детектором излу- чения, и передающей телевизионной трубкой. Изображение,
усиленное телевизионной системой, наблюдают на экране видео- контрольного устройства (рис. 7.18). Источниками излучения в таких случаях служат рентгеновские аппараты.
Обязательным элементом любой схемы является входной экран – преобразователь теневого радиационного изображения в изображение, представленное другой формой энергии.
В качестве преобразователей при радиоскопическом методе контроля используют: рентгенооптические преобразователи, пре- образующие радиационное изображение в видимое; фоторезистив- ные преобразователи, переводящие радиационное изображение в рельеф проводимости на полупроводниковом экране; рентгено-
Рис. 7.17. Схема радиоскопического контроля с использованием монокристаллического экрана:
1 – источник; 2 – контролируемый объект;
3 – монокристаллический экран; 4 – зеркало с поверхностным отражением;
5 – оптическая система; 6 – передающая телевизионная трубка;
7 – усилитель; 8 – видеоконтрольное устройство
Рис. 7.18. Схема радиоскопического контроля с использованием рентгенотелевизионной установки с рентген-видиконом:
1 – источник;
2 – контролируемый объект; 3 – рентген-видикон; 4 – усилитель
156 157
электронные преобразователи, преобразующие радиационное изо- бражение в поток электронов.
В последних двух случаях необходимо дальнейшее преоб- разование потенциального рельефа или потока электронов в опти- ческое изображение.
Радиоскопия позволяет наблюдать как непосредственное изображение объекта контроля на экране, так и дистанционную передачу изображения телевизионной системой.
К основным характеристикам элементов схем радиоскопи- ческого контроля относятся:
- квантовый выход – число носителей информации, генери- руемое в приёмнике на один поглощённый квант;
- эффективность выхода, или КПД съёма информации – доля носителей информации, которые могут быть использованы для дальнейшего формирования изображения;
- чувствительность преобразователя, характеризуемая отно- шением светового потока или тока электронов на выходе преоб- разователя к мощности экспозиционной дозы;
- инерционность преобразователя, характеризуемая инер- ционной постоянной
τ реакции преобразователя на включение или выключение излучения;
- контрастность преобразователя
пk, характеризуемая изме- нением радиационного изображения после преобразования; для большинства преобразователей
1
≤
пk, т.е. в лучшем случае преоб- разователь не ухудшает контраста первичного изображения;
- разрешающая способность
пr, измеряемая числом линий на миллиметр при 100% -м контрасте радиационного изображения
(
1
=
пk);
- собственная нерезкость
пU преобразователя,
ппrU5
,
1
=
;
- частотно-контрастная характеристика – функциональная связь между разрешающей способностью преобразователя и контрастом получаемого изображения.
Чаще всего в качестве экранов используют рентгенооптичес- кие преобразователи, флуороскопические и монокристаллические экраны.
Флуороскопические экраны представляют собой слой люмино- фора, смешанного со связующим веществом, нанесённый на под- ложку. Флуороскопические экраны не прозрачны для собственного излучения, толщина слоя люминофора невелика. При увеличении излучения эффективность флуороскопических экранов снижается.
Разрешающая способность не превышает 2-3 линий/мм.
Монокристаллические экраны выполнены из монокристал- лов йодистого цезия или натрия, активированного таллием.
)
Tl
(
CsJ
более чувствителен, чем
)
Tl
(
NaJ
. Они обладают мень- шим квантовым уровнем, но
большей поглощающей способ- ностью; спектр излучения лучше соответствует чувствительности фотокатодов передающих телевизионный трубок. Разрешающая способность около 10 линий/мм. Экраны прозрачны для собствен- ного излучения, толщина применяемого экрана зависит от энергии излучения. Чем больше энергия излучения, тем более эффективно применение монокристаллических экранов.
Флуороскопические и монокристаллические экраны безынерционны. Серийно выпускаются экраны различной формы:
диски (до 200 мм в диаметре), пластины (до 1500Ч1000Ч20 мм),
блоки, пленки толщиной 0,05-0,5 мм.
К другому виду преобразователей – фоторезисторные преоб- разователи – относятся рентген-видиконы. Это передающая теле- визионная трубка, чувствительная к ионизирующему излучению.
Преобразование радиационного изображения в потенциальный рельеф происходит в тонком слое полупроводника, нанесённого с внутренней стороны входного окна рентген – видикона. Малая толщина слоя полупроводника позволяет получить хорошую разрешающую способность, превышающую разрешающую спо- собность радиографического снимка. Преобразование изображе- ния на входном окне трубки имеет преимущества перед передачей оптического изображения с экрана, так как устраняются два этапа преобразования: рентген – свет и оптическая передача, ликвиди- руются потери в оптической системе. Недостаток – система обла- дает значительной инерционностью, не позволяющей наблюдать изображение в динамике, поле рентгеновского контроля ограни- чено полем фотопроводящей мишени.
158 159
Рентгеноэлектронное преобразование используют в рент- геновских электронно-оптических преобразователях (РЭОП).
Электроны, выбиваемые ионизирующим излучением из входного окна РЭОП, ускоряются высоким напряжением и фокуси- руются на выходном окне, на которое нанесён слой люминофора
(рис. 7.19). Под действием ускоренных электронов на выходном окне возникает уменьшенное оптическое изображение. Разрешаю- щая способность до 50 линий/мм.
Радиоскопический метод контроля позволяет исследовать
КО непосредственно в момент просвечивания. Малая инерцион- ность позволяет контролировать объект под различными углами,
это облегчает расшифровку результатов контроля,
позволяет отде- лить изображение КО от шума, возникающего в тракте форми- рования изображений.
Обычно максимальная толщина КО из стали не превышает
10-45 мм (реже 80-150 мм). В этом случае необходимо применение мощных источников ионизирующего излучения (микротронов или линейных ускорителей). Основной недостаток радиоскопического метода контроля – некачественная документальная запись резуль- татов контроля; сложная электронная аппаратура; большие габа- риты и масса блока преобразователя.
При радиометрическом контроле интенсивность ионизирую- щего излучения измеряют последовательно в разных точках за
Рис. 7.19. Схема рентгеновского электронно-оптического преобразователя:
1 – источник излучения; 2 – контролируемое изделие;
3 – фотокатод; 4 – фокусирующие катушки; 5 – выходной экран
КО (рис. 7.20). В качестве источников обычно используют радио- активные источники излучения или ускорители электронов. В ка- честве детекторов чаще всего применяются сцинцилляторный де- тектор, полупроводниковый детектор, реже – ионизационные камеры и газоразрядные счётчики.
Узкий (коллимированный) пучок ионизирующего излучения перемещается по КО, последовательно просвечивая все его участки.
Излучение, прошедшее через объект, регистрируется ионизацион- ным детектором излучения, на выходе которого образуется электрический сигнал с величиной, пропорциональной интенсив- ности поступающего излучения. Электрический сигнал, прошед- ший усилитель, регистрируется индикаторным устройством –
самописцем, осциллографом, миллиамперметром и т.п. При нали- чии дефекта регистрирующее устройство отмечает возрастание интенсивности.
Для увеличения разрешающей способности нужен очень узкий пучок. Однако если пучок очень узок, то снижается число фотонов, попадающих на детектор. Обычно площадь окна кол- лиматора составляет около 1 см
2
Рис. 7.20. Схема радиометрического контроля:
1 – источник излучения;
2 – контролируемый объект; 3 – механическое устройство для перемещения контролируемого изделия; 4 – коллиматор; 5 – детектор излучения;
6 – усилитель, самописец
160 161
Радиометрические методы позволяют определить протя- женность дефекта и его лучевой размер. Длина дефекта
,
a v
v l
=
L
1 0
и деф где l и
– протяжённость импульса на диаграм- мной ленте,
−
0
v скорость контроля,
−
1
v скорость записи,
−
a раз- мер окна коллиматора в направлении КО. Объёмные дефекты опре- деляются с точностью до 3-5%.
Преимущества радиометрии – высокая чувствительность
(0,3-3%),
возможность бесконтактного контроля, высокая (по срав- нению с радиографией) производительность.
К недостаткам следует отнести необходимость одновремен- ного перемещения на одинаковом расстоянии источника ионизи- рующего излучения и дефекта; невозможность определения формы и глубины расположения дефекта, устранения влияния рассеянного излучения. В промышленности используется для контроля сталь- ных изделий от 20 до 1000 мм.
Принцип работы ионизационных детекторов основан на ионизирующем действии излучений на газы. Выходным сигналом является ионизационный ток или импульсы тока, возникающие при действии на газовую среду излучений.
На рис. 7.21 приведен график зависимости импульса тока от напряжения на электродах, на котором выделены рабочие участки различных ионизационных детекторов излучения. В зависимости от величины напряжения
U
, подаваемого на электроды, сущест- вуют различные режимы работы трубки: U
1
≤
U
≤
U
2
– режим насы- щения, U
3
< U < U
4
– режим пропорциональности, U
4
< U < U
5
–
режим газового разряда.
Ионизационные камеры работают в режиме насыщения ионизационного тока при сравнительно небольших напряжениях,
подаваемых на электроды эл
U
(100-220 В).
Детектирование б- и в – частиц происходит за счет непос- редственной ионизации этими частицами газа в камере; детекти- рование г – квантов обусловлено в основном вторичными электро- нами, освобождаемыми при взаимодействии этого излучения со стенками камеры. Для детектирования потока тепловых нейтронов,
которые не ионизируют газ непосредственно, в материал камеры или газ вводят добавки (кадмий, бор), обеспечивающие ядерную реакцию, в процессе которой образуются заряженные частицы.
Пропорциональные счетчики (рис. 7.22) работают в режиме газового усиления (область 2 рис. 7.21), где импульс тока пропор- ционален первичной ионизации. На электроды подаётся
Рис. 7.21. Зависимость импульса тока выходного сигнала от напряжения на электродах газоразрядного счетчика при различных режимах работы
Рис. 7.22. Схема пропорционального счетчика:
1 – нить анода;
2 –
катод в виде металлического цилиндра; 3 – стеклянный баллон
162 163
,
400В
ч
300
≥
U
электроны, созданные излучением внутри счётчика, приобретают энергию, достаточную для ионизации газа.
Возникающие при этом вторичные электроны движутся к нити анода с ускорением и создают на своём пути новые электроны и т.д.
Возникает лавинообразный процесс, называемый газовым усиле- нием. Коэффициент газового усиления составляет 10-10 4 и пропор- ционален приложенному напряжению. Выходной сигнал ПС
значительно больше сигнала ионизационной камеры. По величине импульса можно судить о виде излучения или его энергии.
Счетчики Гейгера-Мюллера также являются пропорциональ- ными, но работают в режиме самостоятельного разряда (область
3 рис. 7.21), когда амплитуда импульса не зависит от вида и энергии регистрируемого излучения. Напряжение эл
U
в этом случае сос- тавляет
В
1000
–
700
При этом напряжении происходит возбуждение молекул газа
(испускание ультрафиолетовых фотонов и интенсивное выбивание ионами свободных электронов из катода), что приводит к разряду по всей длине нити анода. Воздействие даже одной частицы вызы- вает непрерывный разряд по всему объёму счетчика, как это проис- ходит в неоновых трубках. Для регистрации следующей частицы необходимо автоматически прервать разряд в трубке.
В самогасящихся счётчиках в газ, наполняющий счётчик,
вводят гасящую добавку – газы органических соединений, кисло- род или галогенные соединения.
Самогасящиеся галогенные счётчики работают при меньших напряжениях
В
450
–
400
≈
U
эл и обладают высокой чувстви- тельностью. Выходной сигнал этих счётчиков не зависит от типа излучения и имеет большую амплитуду (от 1 до 50 В).
Счетчики Гейгера-Мюллера используются для измерения плотности потока частиц или мощности дозы различных видов излучения.
Полупроводниковые детекторы (ППД) работают по прин- ципу фотопроводимости, т.е. под действием падающего излучения в детекторе из полупроводника (
Si
;
Ge
) возникает поток носите- лей электрического тока. Полупроводниковые счетчики работают по принципу ионизационной камеры.
Если на полупроводниковый детектор, обладающий n-p –
переходом, падает б – излучение (или г – кванты), то в его чувстви- тельной области возникают пары «электрон – дырка» подобно парам «электрон – ион» в камере. Число образованных пар «элект- рон – дырка» пропорционально энергии, потерянной в чувстви- тельной области детектора (
5 10 3
⋅
Скачать 3.53 Mb.