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: 3 из 8

3.1. Ионизационный метод

Ионизационный метод является наиболее простым и распространенным способом регистрации излучений и основан на свойстве рентгеновского и γ -излучения ионизировать газ.

3.1.1. Ионизационная камера

Ионизационная камера состоит из баллона с разреженным газом, в кото­ром находятся электроды с приложенной между ними разностью потенциалов. Существуют ионизационные камеры для регистрации, как заряженных частиц (α, β), так и для рентгеновского и γ -излучения.

Регистрация заряженных частиц происходит за счет непосредственной ионизации этими частицами наполняющего камеру газа. Регистрация рентге­новского и γ -излучения происходит в основном

14

за счет ионизирующего дейст­вия вторичных электронов, которые образуются в результате взаимодействия излучения с атомами материала стенок камеры.

При малых напряжениях на электродах камеры ток растет пропорцио­нально напряжению, так как часть ионов, имеющих небольшую скорость, успе­вает рекомбинировать и не достигают электродов.

По достижению потенциала насыщения U_н все ионы, образованные γ-квантами в чувствительном объеме детектора, собираются электрическим по­лем и дальнейшее увеличение напряжения не вызывает повышения ионизаци­онного тока. Этот ток называют током насыщения.

Поскольку эффективность регистрации рентгеновских и γ -квантов мала и составляет порядка 1%, то ионизационные камеры используются в том случае, когда интенсивность излучения достаточно высока, при этом большое внима­ние уделяется химическому составу вещества и оптимальной толщине стенок камеры.

3.1.2. Газоразрядные счетчики

При напряжениях, превышающих U_n, первичные электроны ускоряются настолько, что, сталкиваясь с нейтральными атомами, выбивают вторичные электроны, создавая газовое усиление первичных ионизационных процессов (ударная ионизация). То есть газовое усиление достигается только за счет удар­ной ионизации первичными электронами. Коэффициент газового усиления за­висит от приложенного напряжения и имеет величину 10⁷ раз и более.

С помощью пропорционального счетчика можно определить вид частицы и ее энергию по величине электрического импульса на его электродах.

Различают счетчики пропорциональные (область б-в), работающие в об­ласти несамостоятельного разряда, и счетчики Гейгера-Мюллера (область г).

3.1.3. Счетчики Гейгера-Мюллера

С дальнейшим повышением напряжения счетчик переходит в режим са­мостоятельного разряда, при этом коэффициент газового усиления достигает 10¹⁰...10¹¹. При этом величина импульса на электродах счетчика не зависит от первичной ионизации (импульсы одинаковой величины возникают от γ-квантов, создающих иногда одну пару ионов в рабочем объеме счетчика, и от α-частиц, создающих тысячи пар ионов).

Самостоятельный разряд поддерживается двумя процессами, сопровож­дающими ударную ионизацию:

• 
  фотоэлектронной эмиссией;
  
• 
  образованием свободных электронов (при взаимодействии положи­тельных ионов с катодом).
  

3.2. Сцинтилляционный метод

Сцинтилляционный счетчик - комбинация фосфора, реагирующего на ионизирующее излучение вспышками света и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), в котором слабые вспышки света преобразуются в импульсы электриче­ского тока. Подобный счетчик соединяет в себе особенности пропорционально­го счетчика и счетчика Гейгера-Мюллера.

15



Достоинства сцинтилляционных счетчиков:

• 
  высокая чувствительность к излучению (рентгеновское, γ-излучение 50...90% регистрации);
  
• 
  большая разрешающая способность;
  
• 
  способность различать частицы по энергии и измерять ее.
  

Недостатки:

• 
  наличие шумов;
  
• 
  зависимость амплитуды импульса от скорости счета (при больших скоростях счета);
  
• 
  "утомление" динодов при больших токах;
  
• 
  зависимость коэффициента усиления ФЭУ от напряжения на динодах.
  
• 
  
  

3.3. Рентгенооптические преобразователи

К основным типам рентгенооптических преобразователей относят:

1. 
   Флюороскопический экран;
   
2. 
   Сцинтилляционный кристалл;
   
3. 
   Электронно-оптический преобразователь (ЭОП);
   
4. 
   Рентгеновидикон (занимает особое положение, являясь преобразователем ионизирующих излучений в электрический сигнал).
   

3.3.1. Флюороскопический экран

Флюороскопический экран состоит из картонной основы, на которую нанесен слой флюоресцирующего вещества со связующей массой. Принцип действия экрана основан на мгновенной люминесценции кристаллов под воздействием ионизирующих излучений.

Области применения флюороскопических экранов:

• 
  рентгеноскопия (интроскопия) - для визуального наблюдения изделий в процессе радиационного контроля;
  
• 
  радиография - в качестве усиливающих экранов при пленочной радиографии.
  

В первом случае должно выполняться требование соответствия свечения экрана максимальной спектральной чувствительности глаза (555 нм).

В случае использования экранов в пленочной радиографии свечение экрана должно лежать в
16

фиолетовой области спектра, где чувствительность р/пленки максимальна. Для этих целей применяют специально сенсибилизированные р/пленки.

В зависимости от энергии излучения и мощности экспозиционной дозы (МЭД) яркость свечения флюороскопических экранов составляет 10^-4... 10 Кд/м² (максимальная яркость при Е_Эфф =55 кэВ ( 90 кВ).

Недостатки флюороскопических экранов:

• 
  малая разрешающая способность (max 3...5 лин/мм);
  
• 
  малая эффективность преобразования ( 3%);
  
• 
  большая собственная нерезкость.
  

3.3.2. Сцишпилляционпыекристаллы

Сцинтилляционные кристаллы превосходят флюороскопические экраны качеством изображения, эффективностью регистрации ионизирующего излуче­ния и разрешающей способностью. Принцип действия кристаллов основан на способности монокристаллов типа CsJ (Tl) светиться под действием ионизи­рующего излучения.

Достоинства сцинтилляционных кристаллов:

- беззернистая структура, позволяющая создавать детекторы большой толщины для эффективной регистрации излучения с энергией до 15...30МэВ;

• 
  прозрачность для собственного излучения;
  
• 
  малое время послесвечения (10^-5...10^-8 с), что обеспечивает безинерционность появления и исчезновения изображения;
  
• 
  возможность изготовления детекторов из монокристаллов диаметром до 200 мм;
  
• 
  яркость свечения незначительно зависит от жесткости ионизирующего излучения.
  

3.3. Электроноонтнческие преобразователи (ЭОП)



17

1.	стеклянная колба;
2.	а люминиевая подложка;
3.	люминесцентный экран; входной экран
4.	фотокатоды SuCs;
5.	выходной экран (размеры экрана в 10 раз меньше входного);
6.	оптическая система;
7.	передающая TV трубка;
8.	TV усилитель;
9.	видеоконтрольное устройство (ВКУ);
10.	электропроводящий слой.

В стеклянной колбе "1" (вакуум 10^-7 мм рт. ст.) размещены входной и выходной экраны. Входной экран представляет собой алюминиевую подложку "2", на которую нанесен слой люминофора "3" и проводящий сурьмяно-цезиевый фотокатод "4". Выходной экран "5"- стеклянная пластина, покрытая флуоресцентным составом, размещен в алюминиевом аноде. Боковые стенки колбы покрыты проводящим слоем "10". Между входным экраном и анодом прикладывается рабочее напряжение 25 кВ. На проводящее покрытие, служащее фокусирующим электродом, подается напряжение 300 В.

Рентгеновское изображение контролируемой детали, поступающее на входной экран, преобразуется флюоресцирующим экраном в световое, а затем в электронное, которое фокусируется на выходном экране и снова преобразуется в световое. Световое изображение с помощью оптики передается на вход передающей TV трубки и затем через усилитель подается на ВКУ.




1. планшайба;

2. 
   етка;
   
3. 
   первый анод;
   
4. 
   управляющий электрод (модулятор);
   
5. 
   катод;
   
6. 
   фокусирующий электрод;
   

7. 
   проводящий слой;
   
8. 
   сигнальная пластина.
   

Рентгеновидикон представляет собой вакуумный прибор, имеющий на входе фотослой "7", на котором формируется электростатическое изображение контролируемой детали, и электроннолучевую систему, формирующую скани­рующий луч, который считывает электростатическое изображение с фотослоя.

18

3.5. Рентгенотелевизонные системы (РТС)

РТС (интроскопы) представляют собой различные комбинации преобра­зователей и усилителей яркости изображения в сочетании с TV техникой.



Радиационные интроскопы имеют следующие достоинства:

• 
  контроль осуществляется в масштабе реального времени;
  
• 
  изделие контролируется в динамике;
  
• 
  имеется возможность специальных преобразований (цветовое, негатив/позитив, выделение строки, накопление, запись и т.д.);
  
• 
  радиационная безопасность;
  
• 
  возможность одновременного наблюдения на различных ВКУ.
  

Недостатки:

• 
  необходимость в стационарном помещении;
  
• 
  необходимость в манипуляторе;
  
• 
  высокая квалификация персонала;
  
• 
  высокая цена.
  

19

4. Радиографический метод контроля

4.1. Основы радиографии



Радиография - это метод получения на радиографической пленке изображения предмета, просвечиваемого ионизирующим излучением. Степень почернения различных участков пленки после ее проявления определяется величиной поглощенной дозы излучения, которая зависит от толщины, плотности материала и однородности излучения.

2. 
   Основные параметры радиографии
   

• 
  выявляемость дефектов (чувствительность);
  
• 
  производительность.
  

Эти параметры сложно зависят от природы и свойств используемых ис­точников излучения, детектора и контролируемого изделия.

1. 
   Энергетический спектр излучения.
   

Энергетический спектр излучения определяет проникающую способность ионизирующего излучения и выявляемость дефектов.

2. 
   Мощность экспозиционной дозы (МЭД)
   

Мощность экспозиционной дозы определяет производительность контро­ля, а также требования ТБ.

3. 
   Плотность, атомный номер и толщина поглотителя
   

Эти параметры определяют необходимую МЭД и энергию излучения, от которых зависит и выявляемость дефектов, и производительность контроля.

20

4.2.4. Линейный коэффициент ослабления μ.

Линейный коэффициент ослабления ц определяет выявляемость дефектов



4.2.5 Дозовый фактор накопления В

Дозовый фактор накопления характеризует рассеянное излучение поглотителя и оказывает заметное влияние на выявляемость дефектов





4.2.6. Обратное рассеяние

Обратное рассеяние возникает при многократном рассеивании квантов рентгеновского или у-излучения в поглотителе, расположенном за объектом контроля. С увеличением Z отражающей среды, количество обратно отражен­ного излучения уменьшается пропорционально Z² и возрастает с увеличением угла падения. Именно поэтому не следует располагать просвечиваемый объект на основаниях из легких материалов.

4.2.7. Абсолютная чувствительность

Абсолютная чувствительность определяется лучевым размером в направ­лении просвечивания минимального эталонного дефекта (проволочки, канавки, отверстия), выявляемого на снимке. Другими словами это минимальная глуби­на канавки канавочного эталона, минимальный диаметр проволочки проволоч­ного эталона, минимальный диаметр отверстия, видимые на снимке.

4.2.8. Относительная чувствительность

Относительная чувствительность определяется отношением абсолютной чувствительности к толщине просвечиваемого материала и выражается в процентах.


где

∆Дтin - минимальная разность плотностей почернения участков снимка, различаемая глазом в конкретных условиях;

В- дозовый фактор накопления В = ω(E,Z,ρ,δ);

μ -линейный коэффициент ослабления μ = f(E,Z,ρ,δ);

δ - толщина просвечиваемого материала.

γ- коэффициент контрастности р/пленки.

21

∆Дтin - пределяется рядом факторов: зрением оператора, яркостью негатоскопа, условиями расшифровки снимков, размером и формой дефекта.

Глаз наиболее чувствителен при яркости 30 Кд/м² и расстоянии от глаз до экрана 25 см. При таких условиях ∆Дтin= 0,006...0,02.

4.2.9. Геометрическая нерезкость




где 0 - фокус источника излучения;

F— фокусное расстояние;

δ— толщина просечиваемого материала.

b - расстояние от проверяемого объекта до радиографической пленки.

4.2.10. Общая нерезкость изображения (ф-ла Классеиса)



где Н— геометрическая нерезкость изображения;

U_дин - динамическая нерезкость;

U_экр - нерезкость изображения, обусловленная наличием экранов;

U_плен - собственная нерезкость р/пленки.

Выявляемость дефектов и производительность контроля определяется суммарным воздействием перечисленных факторов.32