Файл: контроль качества сварных соединений.doc

Анод рентгеновских трубок изготовляют из материала, обладающего высокой удельной теплопроводностью, например из меди, а мишень анода – из вольфрама или молибдена. Мишень плотно располагается в медном аноде для обеспечения высокой теплопроводности.

Принцип работы рентгеновской трубки:

Катод является источником электронов, а анод представляет собой мишень, бомбардируемую пучком электронов с катода. Как видно из рис.1, катод имеет форму чашки (фокусирующая чашка), в которой находится вольфрамовая спиральная нить накаливания. Под действием проходящего через нить электрического тока нить накаливается и испускает электроны. Количество испускаемых электронов пропорционально величине электрического тока, проходящего через нить. Ток измеряется в миллиамперах (мА). Таким образом величина тока (измеряемого в миллиамперах), проходящих через нить, определяет интенсивность рентгеновского излучения, испускаемого мишенью. Увеличение тока через нить (увеличение мА) приводит к увеличению количества испускаемых электронов, что, в свою очередь, ведет к увеличению интенсивности тормозного и характеристического рентгеновского излучения.



Рис. 1. Схематичное представление рентгеновской трубки

Фокусирующая чашка катода фокусирует электроны в пучок, направленный на мишень анода. На лицевой стороне анода, обращенной к катоду, имеется массивная вольфрамовая пластина, называемая мишенью. Маленький участок мишени, в которую попадает пучок электронов, называется фокусным пятном. Этот участок является источником тормозного и характеристического рентгеновского излучения. Большая часть энергии электронов, попадающих в мишень, преобразуется в тепло и лишь небольшой процент превращается в тормозное и характеристическое рентгеновское излучение.

Катод заряжен отрицательно, анод — положительно. Напряжение между ними выражается в пиковых киловольтах и называется пиковым киловольтажем (кВп). Величина напряжения определяет скорость пучка электронов. При увеличении напряжения увеличивается скорость пучка электронов, бомбардирующих мишень, что, в свою очередь, ведет к увеличению энергии формируемого мишенью тормозного и характеристического рентгеновского излучения, т.е. качества излучения.

---

Все органы управления элементами рентгеновской трубки расположены вне ее (снаружи) и подключены к катоду и аноду. Таймер контролирует время, в течение которого катод формирует пучок электронов. Полное количество электронов, образуемых катодом и достигающих анода, определяется произведением силы тока (в миллиамперах, мА) на длительность экспозиции в секундах (с).

Пучок рентгеновского излучения, облучающего объект, формируется специальным окошком, которое находится в металлическом кожухе, окружающем стеклянную колбу рентгеновской трубки. Этот пучок включает тормозное и характеристическое рентгеновское излучение разной длины волны и проникающей способности, определяемое величиной пикового киловольтажа (кВп), выбранного для данной экспозиции. Суммарное количество рентгеновского излучения в пучке на выходе рентгеновской трубки зависит от тока (мА), времени и выбранного пикового киловольтажа (кВп).

Рентгеновское излучение, прошедшее через объект, образует на детекторе (пленке) изображение. Пучок рентгеновского излучения, входящий образец, характеризуется равномерным распределением интенсивности излучения в зависимости от длины волны. Рентгеновское излучение, попавшее в объект, частично поглощается или проходит практически без поглощения в зависимости от того, что находится на пути пучка (дефекты: поры, подрезы, шлаковые и вольфрамовые включения или повышенное усиление). В результате на выходе из объекта излучения (образца) возникает специфическая картина распределения интенсивности рентгеновского излучения (именуемое выборочным ослаблением излучения). Это распределение интенсивности рентгеновского излучения несет в себе всю диагностическую информацию об образце. Эта информация затем фиксируется на детекторе (смотри рис. 2).

Тормозное излучение имеет непрерывный спектр в отли­чие от характеристического (или фотонного), имеющего дискретный (прерывистый) спектр. Характеристическое излучение возникает в результате изменения энергетиче­ского состояния атомов вещества. При выбивании электро­на с внутренней оболочки атома под действием тормозного излучения последний переходит в возбужденное состояние (рис. 6.7). Освобожденное в оболочке место мгновенно заполняется другим электроном с более удаленных оболочек. При переходе атома в нормальное (устойчивое) состояние испускается квант характеристического излучения, которое нашло применение при рентгеноструктурном анализе. В зависимости от энергии фотоны характе­ристического излучению объединяют в серии. Наибольшей энергией обладают фотоны К-серии, затем следуют L, М и другие (рис. 6.7).

---

Рис. 6.7. Схема возникновения характеристического излучения

Электромагнитное -излучение образуется при распаде ядер радиоактивных элементов (изотопов) вследствие естественного радиоактивного распада. При этом кроме электромагнитного -излучения существует еще несколько типов излу­чений при самопроизвольном распаде неустойчивых ядер изотопов: альфа-распад (ядра испускают -частицы) и бета-распад (ядра испускают -частицы — электроны или позитроны, обладающие энергиями от нулевого до некоторого, характерного для данного изотопа значения). Наибольшую энергию при распаде ядер изотопов имеет электромагнитное -излучение, которое и используется при контроле качества.

В результате ядерных превращений радиоактивные ядра становятся ядрами стабильных изотопов, и их общее число в изотопе убывает. Число таких превращений в единицу времени называют активностью радиоактивного источни­ка. В системе СИ единица ее измерения . На практике часто употребляют другую единицу активности — Кюри (1 Кюри равен и соответствует активности 1 г радия).

Активность радиоизотопных источников уменьшается со временем по закону



где — первоначальная активность источника в извест­ный момент времени, — активность источника через время t, — период полураспада (то есть промежуток времени, в течение которого активность источника умень­шается вдвое).

Основные единицы измерения ионизирующего излучения.

---

Единицей измерения энергии ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ) служит джоуль (Дж). 1 Дж эквивалентен механической работе силы в 1 Н, перемещающей тело на расстояние 1 м в направлении действия силы.

Часто энергию рентгеновского и излучений выражают в килоэлектрон-вольтах (кэВ) или мегаэлектрон-вольтах (МэВ). Электрон-вольт равен энергии, которую приобретает заряженная частица, несущая один элементар­ный заряд (заряд электрона), при перемещении в электрическом поле между двумя точками с разностью потенциалов в 1 В.

Активность радиоактивного изотопа в источнике (любом объекте, содержащем какое-либо количество радиоактивного вещества) определяется числом атомов, распадающихся в единицу времени. Активность радиоактивного изотопа равна произведению постоянной распада на общее число радиоактивных атомов: .

Активность изотопа в источнике определяется числом распадов в секунду и в СИ из­меряется в беккерелях (Бк). На практике широко применяют внесистемную единицу активности - кюри (Ки). Кюри - активность такого количества радиоактивного вещества, в кото­ром происходит распадов/с. Такое число распадов в секунду происходит в 1 г радия.

Отношение активности изотопа в радиоактивном источнике к массе или объему источника называют соответственно удельной или объемной активностью изотопа.

Из определения активности следует, что чем больше радиоактивного вещества находится в источнике, тем выше активность последнего, и чем больше период полураспада изотопа, тем больше радиоактивного вещества необходимо взять для получения данной активности.

Интенсивностью ионизирующего излучения (или плотностью потока энергии) называют энергию излучения, падающую в единицу времени на единицу площади, расположенной перпендикулярно к направлению излучения. Единицей интенсивности служит Вт/ . 1 Вт/ эквивалентен энергии излучения в 1 Дж, падающей на поверхность площадью 1 в тече­ние 1 с.

Для излучения с частотой

---

интенсивность Iопределяется по формуле , где - число квантов энергии, падающих на по­верхность площадью 1 в 1 с; - энергия кванта.

В радиационной дефектоскопии для большей части расчетов можно принять рентгеновский излучатель или источник излучений за точечный источник, т.е. за такой источник излучения, линейные размеры которого значительно меньше расстояния между ними и местом регистрации излучения. В таком случае к источ­никам рентгеновского и излучений применим закон, согласно которому интенсивность излуче­ния обратно пропорциональна квадрату расстоя­ния от источника:

Для оценки действия ионизирующего излучения в какой-либо среде служат так называемые дозовые характеристики поля излучения. Одна из этих характеристик - поглощенная доза излучения - представляет собой энергию ионизирующего излучения, отнесенную к единице массы облучаемого вещества. Единица поглощенной дозы - грэй (Гр). 1 Гр - это доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения в 1 Дж. Внесистемная единица поглощенной дозы - радиан.

Мощностью поглощенной дозы называют дозу, поглощенную в единицу времени. За единицу мощности поглощенной дозы любого вида ионизирующего излучения принят Гр/с, внесистемная единица - рад/с.

Эквивалентная доза излучения опреде­ляет биологическое воздействие излучения на организм человека. Эквивалентная доза излучения равна произведению поглощенной дозы , излучения в биологической ткани на коэффициент качества К этого излучения: . Коэффициент качества К служит для сравнения различных видов ионизирующе­го излучения по ожидаемому биологическому эффекту.

За единицу эквивалентной дозы излучения принят зиверт (Зв). Внесистемная единица эквивалентной дозы - бэр. 1 бэр численно равен 1 рад, деленному на коэффициент качества К. Единицами мощности эквивалентной дозы излучения являются Зв/с и бэр/с.

---