Файл: лекции_без_рисунков_старые.pdf

При самопроизвольном распаде 2760Co происходит реакция

- энергия между -частицей и антинейтрино распределяется по-разному, поэтому - излучение имеет сплошной спектр. Антинейтрино аннигилирует, выделяя гамма-кванты. Гамма-постоянная К - величина, показывающая какую мощность экспозиционной дозы в [Р/ч] выделяет точечный источник активностью в 1 мКи на расстоянии 100 см. Пользуясь этими данными, можно определить мощность дозы точечного источника

Гамма-аппараты, укомплектованные радионуклидными источниками, имеют в своем составе следующие блоки: защитный контейнер-манипулятор; механизм управления; штатив.

В переносных гамма-аппаратах защитный контейнер снабжен крышкой, которая открывается в режиме экспонирования посредством механизма дистанционного управления, и источник излучения перемещается в положение "просвечивания". Когда экспонирование заканчивается, источник возвращается в положение "хранение" и срабатывает затвор хранения (рис. 3.10).

В стационарных гамма-аппаратах два контейнера: 1 - для хранения радионуклидного источника; 2 - для режима экспонирования. Каждый контейнер снабжен ампулопроводом. Перемещение источника из одного контейнера в другой осуществляют посредством механизма автоматизированного дистанционного управления.

Штатив, стационарный или разборный - в зависимости от назначения гамма-аппарата, служит для его размещения в месте проведения контроля Область применения радионуклидных источников приведена ниже (табл. 3.8). Их

применение в следующих случаях: для ОК большой толщины и сложной формы; когда применение ускорителей экономически нецелесообразно; в полевых условиях, где нет электричества и водоснабжения для охлаждения анода рентгеновских трубок.

Таблица 3.8

Область применения радионуклидных источников

Недостатками радионуклидных источников являются: невозможность регулировки энергии квантов; падение активности с течением времени в 2n (n - число периодов полураспада), а следовательно - падение МЭД; снимки, полученные с использованием радионуклидных источников на основе кобальта, иридия и цезия имеют низкий контраст из-за высокой энергии гамма-излучения.

3.4.3 Источники нейтронов

15

Источниками нейтронов являются:

-ядерные реакторы;

-радионуклидные источники;

-электрические нейтронные генераторы.

Ядерные реакторы.

В нейтронной дефектоскопии используют тепловые нейтроны. В активной зоне реактора происходит деление ядерного топлива, в результате чего возникают нейтроны деления с энергией (3-18) МэВ - быстрые и сверхбыстрые. Для того, чтобы их энергию снизить до уровня тепловых, применяют графитовую призму, примыкающую торцом к ядерному отражателю. Нейтроны попадают в графит и замедляются. В тепловой зоне проделывают цилиндрический или прямоугольный несквозной канал, перекрываемый свинцом и защитной заслонкой. Поток тепловых нейтронов в канале достигает 108

нейтр/см2 с.

Радионуклидные источники нейтронов

В радионуклидных источниках нейтроны возникают в результате ядерных реакций под действием альфа- и гамма-излучения радионуклида, приведенного в контакт с мишенью. Радионуклидные нейтронные источники делятся на два класса: (;n) - и ( ;n) источники.

В качестве радиоактивного вещества используют 226 Ra;210 Po;239 Pu в однородной

спрессованной смеси с материалом мишени - металлическим бериллием или бором. Ядерные реакции, происходящие в этих случаях:

Основные характеристики приведены в табл.3.9

Таблица 3.9

Основные характеристики (;n) - источников

*1 N0 - выход нейтронов при бесконечно большом отношении массы вещества мишени к массе - излучателя.

*2 Радий в равновесии с основными дочерними продуктами распада.

Наиболее удобны плутониевые источники (24360 лет - период полураспада и небольшой гамма-фон).

В нейтронной радиографии широко используют источник на основе радионуклида 252Cf

(Т1/2=2,65 года), т.к. он испускает большое количество нейтронов (2,109 нейтр/с). Плотность потока рабочего пучка тепловых нейтронов у калифорния -252 составляет порядка 104 нейтр/см2 с.

16

Электрические нейтронные генераторы - это ускорители заряженных частиц, под действием которых мишень ускорителя генерирует потоки быстрых нейтронов. В ускорителях частиц нейтронных генераторов применяют ядра дейтерия - дейтроны, имеющие положительный заряд и массу, равную двум протонам. Этими ядрами бомбандируют мишень из тяжелой воды или мишень, насыщенную тритием. Нейтроны возникают в результате реакций:

В первом случае: 12 H 12d 01n 23He

Во втором случае: 13 H 12d 01n 24He

В первом случае энергия нейтронов 2,5 - 9 МэВ; Во втором 14,9-22 МэВ.

Общие характеристики нейтронных источников приведены в табл. 3.10.

3.5ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ

РЕГИСТРАЦИИ ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом сопровождается характернми явлениями, которые используют в дефектоскопии, дозиметрии и др.

Основные явления:

-фотографическое действие рентгеновского и гамма-излучения;

-фотоэффект под действием рентгеновского, гамма-излучения и видимого света;

-люминесценция кристаллов;

-действие излучения на полупроводники;

-ионизация газов

3.5.1 Фотографическое действие

Фотоны рентгеновского и гамма-излучения воздействуют на фотографическую эмульсию радиографической пленки, состоящую из кристаллов бромистого серебра, равномерно распределенных в желатиновом слое, передают часть энергии кристаллу, в результате чего в кристалле образуются нейтральные атомы серебра, являющиеся

17

скрытыми центрами чувствительности (катализаторами восстановления). При дальнейшей фотообработке радиографической пленки бромистое серебро в местах действия рентгеновского и гамма-излучения восстанавливается в металлическое серебро. Количество восстановленного серебра при проявлении возрастает в 1012 раз. При закреплении изображения остатки невосстановленного серебра выводятся из эмульсии, что делает ее нечувствительной к излучениям

3.5.2 Фотоэффект

Фотоэффект делят на внешний и внутренний. Сущность внешнего фотоэффекта (испускание электронов под действием рентгеновского и гамма-излучения) описана выше в разделе 3.3.2 «Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом». Его наряду с Комптон-эффектом используют в радиографии, применяя металлические усиливающие экраны в контакте с радиографической пленкой. Фото- и комптоновские электроны, выбиваемые из экрана рентгеновским и гамма-излучением, оказывают дополнительное усиливающее действие на эмульсионный слой. При этом время экспозиции сокращается приблизительно в два раза. Внешний фотоэффект под действием видимого света

характерен тем, что выбиваются электроны с внешнего (оптического) уровня атомов. Его используют в:

-фотокатодах передающих телевизионных трубок;

-усилителях изображения для преобразования оптического изображения в электронное с целью его последующего усиления;

-видиконах для преобразования радиационного или оптического изображения в электронное;

-в электрорадиографии для преобразования радиационного изображения в видимое

3.5.3 Люминесценция кристаллов

Люминесценцией кристаллов называют излучение ими света при температуре Т, избыточное над тепловым при той же температуре. На принципах люминесценции основано действие люминесцентных усиливающих экранов в радиографии; флюороскопических и сцинтилляционных экранов, используемых в радиоскопии. Люминесценция кристаллов вызывается так называемыми центрами люминесценции – атомами, молекулами или ионами, переходящими в возбужденное состояние под действием источника люминесценции. Люминесценция возникает при возвращении возбужденного центра в нормальное состояние.

3.5.4 Ионизация газов

В замкнутом объеме газа или воздуха под действием рентгеновского и гаммаизлучения образуются пары ионов – чаще всего электронов и положительно заряженных ионов. Это свойство используют в дозиметрах, газоразрядных счетчиках. В замкнутый объем газа или воздуха помещают электроды. Положительно заряженные ионы собираются на катоде, их регистрируют и по величине заряда судят о дозе излучения.

3.5.5 Действие излучения на полупроводники

Действие излучения на полупроводники - по сути ионизация в твердом теле. Два полупроводника р- и п-типов приводят в контакт (для полупроводника р-типа характерен избыток положительных зарядов, для полупроводника п-типа характерен избыток отрицательных зарядов). Если приложить к рп-переходу обратное напряжение, то в контактном слое образуется зона, обедненная зарядами. Под действием излучения вдоль направления движения фотона, заряженной частицы или нейтрона образуются дополнительные заряды, которые будут устремлены в направлении приложенного поля. В результате на выходе такого детектора появится электрический импульс.

18

3.6 РАДИОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 24034 "Термины и определения" термин "радиографический метод неразрушающего контроля (радиография)" определяют как метод неразрушающего контроля, основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в радиографический снимок или записи этого изображения на запоминающем устройстве с последующим преобразованием в световое.

3.6.1 Формирование полезной информации в виде радиационного контраста

Взаимное расположение источника излучения, объекта контроля и детектора в радиационной дефектоскопии называют схемой контроля (рис.3.11). За объектом контроля формируется теневое радиационное изображение *, которое содержит полезную информацию об объекте контроля.

________

Примечание* По определению термин «изображение» означает плоскость, физические характеристики которой меняются от точки к точке. По определению Соснина Ф.Р. в радиационных изображениях., сформированных в результате взаимодействия ионизирующего излучения с ОК, в качестве физической изменяемой величины используют перенос ионизирующих частиц, перенос энергии, экспозиционную дозу и т.п. (В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин Теория и практика радиационного контроля: Учеб. пособие для студентов вузов.-М.: Машиностроение, 1998-170с: ил.

Мерой полезной информации служит радиационный контраст, определяемый относительной разностью доз излучения в зонах, соответствующих дефектному и бездефектному участкам объекта контроля:

Dд, Dб/д , Dф - дозы излучения за объектом контроля, в местах расположения дефекту, смежному с ним бездефектному участку и бездефектному участку в любой точке объекта контроля, соответственно;

D0 – доза излучения в отсутствии объекта контроля;

- линейный коэффициент ослабления изучения материалом объекта контроля, см-1; d – толщина объекта контроля в направлении излучения, см;

В – фактор накопления рассеянного излучения, определяемый:

В Dрасс Dнерасс , где

Dнерасс

– доза рассеянного излучения, соответствующая широкому (неколлимированному) пучку излучения;

Dнерасс – доза нерассеянного излучения, соответствующая узкому (коллимированному) пучку излучения.

Чем выше радиационный контраст Крад, тем больше отношение «сигнал-шум» (ОСШ) и тем вероятнее обнаружение дефекта размером на преобразователе. Крад тем больше, чем больше размер дефекта , чем меньше фактор накопления рассеянного излучения, и чем больше коэффициент ослабления излучения материалом объекта контроля .. Следовательно, для повышения Крад следует принимать меры по снижению доли рассеянного излучения и повышению ..

Меры по снижению рассеянного излучения будут рассмотрены ниже в разделе 3.6.4

Методика и техника контроля.

Коэффициент ослабления излучения зависит от материала объекта контроля и от энергии излучения. На рис. 3.12 представлена зависимость (Е), из которого видно, что с ростом энергии излучения коэффициент ослабления резко падает, следовательно, для повышения радиационного контраста необходимо по возможности снижать Е[кэВ]. Если источником излучения является рентгеновский аппарат, то не следует повышать анодное

19