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: 2 из 8

2.2. Основные свойства рентгеновского и γ-излучения

• 
  большая проникающая способность;
  
• 
  фотохимическое действие;
  
• 
  световозбуждающее действие;
  
• 
  ионизирующее действие;
  
• 
  способность изменять проводимость полупроводников;
  
• 
  биохимическое действие.
  

2.3. Дозы излучения

2.3.1. Поглощенная доза излучения

Для оценки величины поглощенной энергии при взаимодействии ионизи­рующего излучения с веществом вводят понятие поглощенная доза излучения. Это основная универсальная физическая величина, принятая в дозиметрии для оценки меры действия ионизирующего излучения в среде.

7

Поглощенная доза излучения представляет собой энергию любого иони­зирующего излучения Е, рассчитанную на единицу массы m любого облучен­ного вещества и поглощенную в нем.



Единица измерения поглощенной дозы излучения в СИ - Грей [Гр], вне­системная единица - рад (1 Гр = 100 рад). Грей - поглощенная доза излучения, измеряемая энергией в 1 Дж любого вида ионизирующего излучения, передан­ная облученному веществу массой 1 кг.

Мощность поглощенной дозы - доза излучения, поглощенная за единицу

времени.



2.3.2. Экспозиционная доза

Количественная характеристика рентгеновского и у-излучения, основан­ная на их ионизирующем действии и выраженная суммарным электрическим зарядом Q ионов одного знака, образованных в единице массы сухого воздуха m при нормальных условиях.

Внесистемная единица измерения - рентген [Р] (1 Р ='2,58.10^-4 Кл/кг).

Мощность экспозиционной дозы:




2.3.3. Эквивалентная доза

Эквивалентная доза - это произведение поглощенной дозы излучения Д на коэффициент качества Q, отражающий способность излучения повреждать ткани организма.



Единица измерения эквивалентной дозы в СИ - Зиверт [Зв], внесистемная единица- бэр (1 Зв - 100 бэр). Зиверт- единица поглощенной дозы излучения, умноженная на коэффициент качества, учитывающий неодинаковую радиаци­онную опасность для организма ионизирующего излучения различного вида. 1 Зв. соответствует поглощенной энергии в 1 Дж для рентгеновского, у- и р-излучений.

	Вид излучения	Коэффициент качества (Q)
	рентгеновское, у- и B-излучение	1
	n-тепловые нейтроны	10
	а-излучение	20

8

2.4. Ослабление рентгеновского и у-излучения веществом

При взаимодействии рентгеновского и у-излучения с веществом различа­ют три основных процесса.

2.4.1. Фотоэффект

Фотоэффект - процесс вырывания электронов из атомов поглощающего вещества и сообщение им кинетической энергии. При этом рентгеновский или

у- квант передает всю свою энергию вырванному электрону.



где А_вых - работа, которую необходимо произвести для вырывания электрона с орбиты. Фотоэффект - эффект малых энергий и больших Z.

Величина, характеризующая относительное уменьшение потока рентге­новского или у- излучения «а единице пути в веществе, обусловленное фото­электрическим поглощением, называется линейным коэффициентом ослабления фотоэффекта τ [см^-1]. Другими словами, τ указывает на долю от первона­чальной интенсивности излучения, поглощенной в поглотителе толщиной в 1 см.Как видно из графика ,линейный коэффициент ослабления τ величиваетсяпри увеличениии Z энергияизлучения Е = const) и при уменьшении энергии излучения Е (Z = const). С увеличением энергии квантов излучения вероятность фотоэффекта уменьшается и для легких элементов при Е = 100... 150 кэВ становиться очень малой (см. далее диаграмму Эванса).

2.4.2. Комптон - эффект

Комптоновское рассеяние - такое взаимодействие кванта рентгеновского или у-излучения с атомами вещества, при котором квант передает электрону не всю энергию, а только ее часть, отклоняясь при этом от своего первоначального направления на некоторый угол. В результате появляется рассеянный квант из лучения с меньшей энергией и электрон отдачи.

9

Величина, характеризующая относительное уменьшение потока рентге­новского или γ- излучения на единице пути в веществе за счет процесса комптоновского рассеяния, называется линейным коэффициентом комптоновского

рассеяния σ[см^-1].

Комптоновское рассеяние является основным механизмом взаимодейст­вия квантов излучения с веществом в широком энергетическом интервале (РЬ -> 0,6...5 МэВ; AI -> 0,05...15 МэВ).
2.4.3. Эффект образования пар
При жестком рентгеновском или γ- излучении (h-v>l,02 МэВ) может возникнуть новый вид взаимодействия квантов излучения с веществом, а имен­но: вблизи атомного ядра в сильном электрическом поле происходит поглощение кванта с образованием пары заряженных частиц позитрон - электрон.

Условие возникновения эффекта образования пар:



Впоследствии электрон теряет свою энергию в процессе ионизации, а позитрон существует короткое время, анни­гилируя с одним из электронов среды, что сопровождается излучением двух квантов с энергией 0,51 МэВ.

Относительное уменьшение интенсивности потока рентгеновского или γ- излучения за счет эффекта образования пар на единице пути в веществе ха­рактеризуется линейным коэффициентом образования пар:

П рименяемое для дефектоскопии излучение имеет энергию не более 3 МэВ. Ослабление излучения с подобной энергией за счет эффекта образова­ния пар мало по сравнению с ослаблением, обусловленным фотоэффектом и Комптон-эффектом.
2.5. Основной закон радиационной дефектоскопии




г де  Ј- линейный коэффициент ослабления излучения за счет фотоэффекта, Комптон - эффекта и эффекта образования пар

Jo - первоначальная интенсивность излучения, действующего на поглотитель;

J - интенсивность излучения, прошедшего через поглотитель;

˙δ - толщина материала.


10



Коэффициент μхарактеризует долю от первоначальной интенсивности излучения, поглощенную в поглотителе толщиной в 1 см за счет трех вышеопи­санных эффектов. Другими словами, коэффициент μпоказывает вероятность поглощения кванта излучения в поглотителе толщиной в 1 см за счет всех трех эффектов.
2.6. Диаграмма Эванса
Диаграмма Эванса представляет собой вероятности поглощения рентге­новского и у-излучения веществом за счет фотоэффекта, Комптон-эффекта и эффекта образования пар в зависимости от энергии излучения и числа Z мате­риала поглотителя.Вероятность соседних эффектов (фотоэффекта и Комптон-эффекта; Комптон-эффекта и эффекта образования пар) одинакова по линиям равной ве­роятности соответственно Z



Оптимизация режима контроля означает выбор такой энергии излучения, при которой преобладает фотоэффект.
2.7. Двойная функция усиливающих металлических экранов
а) Рентгено-электронное преобразование

С помощью металлического экрана происходит преобразование рентгеновского или у-излучения в электронное, которое регистрируется радиографической пленкой более эффективно.



11

б) Избирательное ослабление рассеянного излучения

2.8. Способы нейтрализации рассеянного излучения

Металлический экран (РЬ) производит фильтрацию рассеянного излучения, за счет того, что расстояние, которое должен пройти рассеянный квант излучения в материале экрана, больше, чем расстояние, проходимое не рассеянным квантом излучения. Кроме того, рассеяный квант обладает и меньшей энергией.

1. 
   Оптимизация режимов просвечивания (см. диаграмму Эванса).
   
2. 
   Ограничение пучка рентгеновского излучения (коллимация).
   
3. 
   Ограничение поля облучения (диафрагмирование).
   
4. 
   Использование усиливающих металлических экранов.
   
5. 
   Использование свинцовых защитных экранов.
   

2.9. Коэффициент рассеянного излучения




J_np- интенсивность прямого излучения, прошедшего поглотитель:

J_pacc- интенсивность рассеяного оглотителем излучения.

12

2.10. Слой половинного ослабления

Для характеристики проникающей способности рентгеновского или у-излучения используется понятие слой половинного ослабления ∆_1/2 , пред­ставляющий собой толщину δ слоя облучаемого тела, при прохождении которого интенсивность излучения ослабляется в 2 раза.
2.11. Физические и химические эффекты воздействия рент­геновского и у-излучения на вещество
2.11.1. Ионизация
Под действием рентгеновского и γ-излучения вещества ионизируются и становятся электропроводящими. Особенно этот эффект проявляется в газах и полупроводниках. На его основе разработаны датчики излучения, основанные, соответственно на пропорциональности ионизационного тока интенсивности излучения и на зависимости удельного сопротивления полупроводника от мощности дозы излучения.

19

2.11.2. Световозбуждающий эффект

Основан на явлении люминесценции, возникающей в результате взаимодействия квантов рентгеновского или γ -излучения с электронами, находящимися на внешних электронных оболочках вещества. Такие вещества называются сцинтилляторами, или фосфорами. Яркость свечения сцинтилляторов характеризует интенсивность излучения. В качестве люминесцирующих веществ используются неорганические монокристаллы (Nal (Tl), KI (Tl), Csl (Tl)), органи­ческие монокристаллы (нафталин), жидкие вещества (керосин) а также экраны из материалов CaW0₄, CdWO₄, CdS, ZnS.

2.11.3.Фотохимический эффект

Радиографическая пленка состоит из мелкодисперсных кристаллов бро­мистого серебра (AgBr), распределенных в желатиновой основе. Причем в кри­сталле всегда есть малое количество ионов серебра Ag . Под воздействием рентгеновского или у-излучения:

а) Энергия одного или нескольких электронов увеличивается настолько,что они становятся свободными;

б) Ион серебра Ag⁺ притягивает электрон и нейтрализуется, образуя нейтральный атом серебра Ag ⁺ e^- = Ag;

в) За время экспозиции такие атомы серебра образуются в различных участках кристалла (внутри и на поверхности). Образуется так называемое скрытое изображение, являющееся катализатором или, другими словами, центрами осаждения для дальнейшего восстановления ионов серебра до металлов в процессе проявления изображения. Процесс проявления представляет собой усиление изображения в 10¹² раз.

Закрепление представляет собой процесс удаления из эмульсии остатков невосстановленного серебра с целью сделать ее нечувствительной к действию излучения.

Интенсивность рентгеновского или γ -излучения определяет степень по­чернения негатива

13

3. Способы регистрации ионизирующего излучения

Прибор для регистрации ионизирующего излучения состоит в общем случае из:

а) детектора - чувствительного элемента, преобразующего энергию излучения в другой, удобный для регистрации вид энергии;

б) измерительной схемы или аппаратуры.



Детектором может служить: а) Ионизационная камера; б) Счетчики (газоразрядные, Гейгера-Мюллера, полупроводниковые, пропор­циональные).




а) область работы в режиме ионизационной камеры;

б) - область пропорциональной работы;

в) область ограниченной пропорциональности;

г) область счетчика Гейгера-Мюллера;

д) область непрерывных разрядов.

б-д) - область ударной ионизации

1. 
   - область несамостоятельного разряда;
   
2. 
   - область самостоятельного разряда.