Конспект_Радиационная_дефектоскопия. Закон радиоактивного распада б Рентгеновское излучение 8 Рентгеновская трубка 8

• Название: Закон радиоактивного распада б Рентгеновское излучение 8 Рентгеновская трубка 8
• Дата: 10.03.2021
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: Конспект_Радиационная_дефектоскопия.doc
• Тип: Закон; #183309
• страница: 1 из 8

Конспект лекций

Радиационная дефектоскопия

промышленных изделий
СОДЕРЖАНИЕ

Введение I

Физико-технические основы радиационных методов контроля 2

1. Природа ионизирующих излучений 2

1. 
   Строение атома. Модель атома Резерфорда-Бора 2
   
2. 
   Строение атомного ядра. Изотопы 3
   
3. 
   Естественная радиоактивность Л
   
4. 
   Искусственная радиоактивность 6
   
5. 
   Закон радиоактивного распада б
   

2. Рентгеновское излучение 8

1. 
   Рентгеновская трубка 8
   
2. 
   Основные свойства рентгеновского и γ-излучения 10
   
3. 
   Дозы излучения 10
   
4. 
   Ослабление рентгеновского и γ -излучения веществом 12
   
5. 
   Основной закон радиационной дефектоскопии 15
   

2.6. Диаграмма Эванса 15

7. 
   Двойная функция усиливающих металлических экранов 16
   
8. 
   Способы нейтрализации рассеянного излучения 17
   
9. 
   Коэффициент рассеянного излучения 18
   

10. 
    Слой половинного ослабления 18
    
11. 
    Физические и химические эффекты воздействия рентгеновского и γ -излучения на вещество 18
    

3. Способы регистрации ионизирующего излучения 20

1. 
   Ионизационный метод 21
   
2. 
   Сцинтилляционный метод 23
   
3. 
   Рентгенооптические преобразователи 24
   

3. 
   Электронооптические преобразователи (ЭОП) 25
   
4. 
   Рентгеновидикон 26
   
5. 
   Рентгенотелевизонные системы (РТС) 27
   

4. Радиографический метод контроля 28

1. 
   Основы радиографии 28
   
2. 
   Основные параметры радиографии 28
   

5. Средства и техника радиографии 32

1. 
   Радиографическая пленка и ее строение 32
   
2. 
   Классификация радиографических пленок 32
   
3. 
   Характеристическая кривая радиографической пленки 33
   
4. 
   Характеристики радиографического снимка 36
   
5. 
   Факторы, влияющие на чувствительность радиографического контроля 37
   
6. 
   Обработка радиографических снимков 38
   
7. 
   Оборудование для фотообработки пленки 42
   
8. 
   Ошибки при фотообработке пленки 42
   

6. Источники ионизирующего излучения 43

1. 
   Радионуклидные источники 43
   
2. 
   Рентгеновские аппараты 45
   

7. Методика рентгенографического контроля 50

1. 
   Основные термины и определения 50
   
2. 
   Условия невыявления дефектов при рентгенографическом контроле 50
   
3. 
   Методика рентгенографического контроля 51
   
4. 
   Типовые схемы просвечивания изделий 59
   
5. 
   Применение компенсаторов в радиографии 63
   
6. 
   Расчет геометрии просвечивания 65
   
7. 
   Определение времени экспозиции 66
   
8. 
   Требования стандарта к снимкам, допущенным к расшифровке 66
   
9. 
   Расшифровка снимков 67
   

10. 
    Нормы оценки качества сварных соединений 68
    
11. 
    Ксерорадиографический метод дефектоскопии 69
    

8. Радиационная безопасность 72

8.1. Биохимическое действие ионизирующего излучения 72

Экзаменационный вопросник для специалистов на II уровень квалификации 74

Литература 78

1

Введение

К неразрушающим методам контроля относятся следующие методы:

1. 
   радиационные;
   
2. 
   акустические (УЗК, акустико-эмиссионный и др.);
   
3. 
   магнитные;
   
4. 
   капиллярные и др.
   

Главными параметрами любого метода контроля являются:

• 
  чувствительность метода к дефектам (выявляемость дефектов);
  
• 
  производительность метода (скорость выявления дефектов).
  

Радиационный метод контроля

Достоинства метода:

1. 
   высокая выявляемость объемных дефектов;
   
2. 
   наглядность;
   
3. 
   документальность.
   

Недостатки метода:

1. 
   необходимость двухстороннего доступа к объекту исследования;
   
2. 
   радиационная опасность;
   
3. 
   необходимость в специальном помещении для работы.
   

Ультразвуковой метод контроля

Достоинства метода:

1. 
   высокая выявляемость плоскостных дефектов;
   
2. 
   практически неограниченная толщина контроля (до 1 м. и более);
   
3. 
   возможность высокой автоматизации и механизации.
   

Недостатки метода:

1. 
   наличие мертвой зоны в области малых толщин исследуемых объектов (по­рядка 6 мм.);
   
2. 
   трудность идентификации результатов контроля;
   
3. 
   необходимость механической подготовки к контролю (Rz = 40...60).
   

2

Физико-технические основы радиационных методов контроля

1. Природа ионизирующих излучений

1.1. Строение атома. Модель атома Резерфорда-Бора

Атом представляет собой электродинамическую систему, состоящую из положительного заряженного ядра и окружающих его электронов, движущихся по стационарным круговым орбитам с определенными радиусами. Электрон представляет собой отрицательно заряженную частицу, заряд которой по абсолютной величине равен е = 1,6-10^-19 Кл. Это элементарный (наименьший) за­ряд, который принят за единицу количества электричества.

Размер атома составляет порядка 10^-8 см., а размер ядра— 10^-13 см.

З аряд ядра атома можно записать как произведение порядкового номера химического элемента в таблице Менделеева (Z) на заряд электрона (е^-)



Электроны в атомах расположены на определенных энергетических уровнях (К, L, M, N...). Чем ближе электрон расположен к ядру, тем выше энергия связи электрона с ядром, тем больше энергии нужно затратить для вырывания элек­трона из атома.

В нормальном состоянии атом нейтрален. Атом излучает или поглощает энергию только в случае перехода из одного энергетического состояния в дру­гое. В результате соударения с другим атомом, с заряженной частицей или при поглощении фотона атом может перейти в возбужденное состояние. При пере­ходе из возбужденного состояния в невозбужденное атом испускает кванты вполне определенной энергии.

При больших Z энергия этих квантов может соответствовать рентгенов­скому излучению. Полученное таким образом излучение называется характери­стическим, энергия которого увеличивается прямо пропорционально Z.
1.2. Строение атомного ядра. Изотопы

Ядро атома состоит из протонов и нейтронов или, другими словами, ну­клонов. Протон - элементарная частица, обладающая единичным положитель­ным зарядом. Нейтрон - элементарная частица, не обладающая зарядом.



Рис 2.

Табл. 1

частица	заряд	спин, ħ	масса, (mc2), МэВ	Время жизни
p	+e	½	938,272	>1032 лет
n	0	½	939,565	887±2 с
e	-e	½	0,511	> 4,2*1024 лет

Отношение массы протона т_рк массе электрона т_епримерно равно от­ношению массы нейтрона m_n к массе электрона и составляет:



Протон может превращаться в нейтрон и наоборот:



Позитрон — элементарная частица, обладающая той же массой, что и электрон, но несущая заряд противоположного знака.

Нейтрино - элементарная частица, не имеющая электрического заряда (масса покоя много меньше массы электрона).

3

Суммарное число нейтронов и протонов (нуклонов) в ядре называется массовым числом:
г де Z - число протонов в ядре (номер элемента в периодической таблице химических элементов), N - число нейтронов в ядре.

Например: А = 56, Z= 26.

Число протонов в ядре определяет заряд ядра:



где е - величина элементарного заряда.

Изотопы- атомы, ядра которых имеют одинаковые заряды, но разные массовые числа (например, изотопы селена ⁷⁵Se, ⁷⁹Se; изотопы углерода ¹²С, ¹⁴С).

Ядерные силы, удерживающие протоны (р) и нейтроны (n) в ядре, действуют на очень малых расстояниях (10^-15 м) и имеют величину несколько МэВ (для сравнения - кулоновские силы имеют значения порядка десятков кэВ).

У стойчивость ядер резко возрастает с увеличением массового числа А и достигает максимума, оставаясь примерно постоянной (от 50 до 110); при А ≥ 120 устойчивость ядер уменьшается.

По мере увеличе­ния порядкового номера химического элемента в перио­ди­ческой таблице (Z) число протонов в ядре возрастает, и кулоновские силы отталкивания становятся существенными. У элементов с Z > 82 ядерные силы не способны обеспечивать полную устойчивость ядер, и начинаются процессы их внутренней перестройки. Более тяжелые ядра превращаются в более легкие (с меньшими Z) - происходит радиоактивный распад.
1.3. Естественная радиоактивность

Естественная радиоактивность - спонтанный распад неустойчивых ядер, сопровождающийся

α- распад - радиоактивный распад с испусканием ос-частиц (ядра гелия ), при этом массовое число А исходного элемента уменьшается на 4, а число протонов Z уменьшается на 2.



где γ - показывает присутствие γ - излучения.

β - распад- распад, при котором ядро испускает (3-частицу - электрон и антинейтрино, при этом массовое число А исходного элемента остается неиз­менным, а число протонов Z увеличивается на 1.



γ - излучениепредставляет собой фотонное излучение с дискретным спек­тром, возникающее при изменении энергетического состояния атомных ядер. То есть, испустив α - и β - частицы, ядро освобождается от избытка энергии, но еще может оставаться в возбужденном состоянии. При переходе из возбужден­ного состояния в невозбужденное (основное) с более низким уровнем энергии, ядро излучает энергию в виде γ - квантов.

4

α -частицы обладают наибольшей ионизирую­щей способностью, про- бег в воздухе до 3-4 см, в живой ткани 0,1 мм, экранируется листом бумаги.

β -частицы - имеют меньшую ионизирующую способность, но обладают большим проникающим действием. Пробег в воздухе до 10 м, в живой ткани 10-15 мм. Экран - алюминий (5 мм).6

γ -излучение обладает наименьшей ионизирующей способностью, но наи­большей проникающей. Защита осуществляется с помощью свинцовых экра­нов.

1.4. Искусственная радиоактивность

Искусственная радиоактивность - радиоактивность, вызванная искусст­венным путем. Для этих целей используются высокоэнергетические частицы: α -частицы, протоны, ядра тяжелого водорода (дейтроны).

Однако наиболее распространенным методом получения радиоактивных веществ является использование нейтронов в специальных реакторах.

Пример получения искусственных радиоактивных изотопов:



1.5. Закон радиоактивного распада



где: N₀ - начальное число радиоактивных ядер.

N - число радиоактивных ядер по истечении времени t (число ос­тавшихся ядер);

Λ - постоянная распада (показывает на долю распавшихся ядер за единицу времени от первоначального числа радиоактивных ядер, а также вероятность распада радиоактивных ядер в еди­ницу времени).

Период полураспада - время, в течение которого количество радиоактив­ных ядер уменьшается вдвое. Каждый элемент имеет свой период полураспада.



Величина периода полураспада может быть от долей секунды до милли­ардов лет.

А ктивность - показывает число распавшихся радиоактивных ядер в еди­ницу времени.

Единица измерения активности в СИ - Беккерель [Бк] (I Бк - 1 распад в секунду), внесистемная единица- Кюри [Ки] (1 Ки = 3,7.10¹⁰ Бк).

У дельная активность - активность одного килограмма радиоактивного вещества.

Интенсивность характеризуется количеством лучистой энергии Е, излу­чаемой за единицу времени на единицу площади, распо­ложенной перпендикулярно к направлению излучения на расстоянии R от источника излучения.

5



2. Рентгеновское излучение

2.1. Рентгеновская трубка

Рентгеновское излучение имеет ту же природу, что и γ -излучение, подчи­няясь одним и тем же закономерностям при взаимодействии с веществом. Принципиальная разница между ними лишь в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение получают в результате торможения электронов на аноде рентгеновской трубки, γ -излучение является продуктом распада ядер.

Рентгеновская трубка представляет собой двухэлектродную систему, со­стоящую из анода и катода, заключенную в герметичный стеклянный баллон, содержащий газ с высокой степенью разрежения. Катод является источником электронов и конструктивно выполнен в виде вольфрамовой спирали. Спираль катода при работе разогревается до температуры около 3000 С током 3...6 А от трансформатора накала напряжением 6... 12 В. Анод служит для торможения электронов и представляет собой вольфрамовую пластину, которая расположе­на в пустотелом медном цилиндре, охлаждаемом во время работы.



Электроны, эмиттированные катодом, разгоняются приложенным между анодом и катодом ускоряющим полем (35...420 кВ). При соударении электронов с анодом их кинетическая энергия частично превращается в лучистую энергию квантов рентгеновского излучения, а частично идет на нагревание анода.

П олученное таким образом рентгеновское излучение характеризуется двумя самостоятельными энергетическими спектрами - непрерывным и дискретным. Излучение с непрерывным спектром (тормозное излучение) возника­ет в результате резкого изменения скорости движения электронов (торможение электронов на аноде). Дискретный спектр (характе­ристическое излучение) возникает в результате процессов, протекающих в возбужден­ных ускоренными электронами атомах ма­териала анода и сопровождающихся энергетическими переходами. Характеристическое рентгеновское излучение проявляется в энергетическом спектре в виде острых выбросов, накладывающихся на непрерывный спектр. Длины волн в дискретном
6

спектре возникающего характеристического рентгеновского излучения зависят от мате­риала анода и определенного потенциала возбуждения.

Непрерывный спектр определяется разностью потенциалов, приложенной к электродам рентгеновской трубки, и не зависит от вещества.

Энергия электрона:






Энергия кванта излучения:

где е - заряд электрона; U - разность потенциалов; h- постоянная План­ка; V- частота. Если

О тсюда
Таким образом длину волны рентгеновского излучения можно записать как:



В соответствии с этим, зависимости интенсивности рентгеновского излу­чения при постоянном токе накала i_н и постоянном ускоряющем напряжении U_y представлены ниже.