Файл: лекции_без_рисунков_старые.pdf

Возникающие в реакции альфа-частицы и ядра трития вызывают свечение ZnS, экспонируя радиографическую пленку.

Метод переноса основан на экспонировании нейтронами фольги из материала с большим сечением активации нейтронами. При этом фольга становится радиоактивной. Ее приводят с контакт с радиографической пленкой, на которой получают изображение.

Микрофокусная радиография

При микрофокусной радиографии получают увеличенное изображение объекта контроля. Источники излучения при микрофокусной радиографии имеют размеры фокусного пятна (2-100) мкм. Получить увеличенные изображения можно двумя способами: контактным и проекционным.

Контактный способ (рис. 3.20а) Объект контроля экспонируют микрофокусным источником с энергией (5-50) кэВ на особо мелкозернистую фототехническую пленку и фотографически увеличивают его в (300-500) раз, т.к. на такой пленке изображение не содержит внутренней нерезкости.

При проекционной микрорадиографии объект контроля размещают вблизи микрофокусного источника излучения, а пленку удаляют от него на относительно большое расстояние (рис. 3.20б), получая проекционное увеличение изображения в (15-50) раз. Микрорадиография позволяет воспроизвести детали изображения с размерами (0,5-1)

мкм.

3.7 РАДИОСКОПИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 24034 "Термины и определения" термин "радиоскопический метод неразрушающего контроля (радиационная интроскопия, радиоскопия)" определяют как метод радиационного неразрушающего контроля основанный на преобразовании радиационного изображения контролируемого объекта в световое на выходном экране радиационно-оптического преобразователя, причем анализ полученного изображения проводится в процессе контроля.

3.7.1 Преобразователи изображений

Под радиационно-оптическим преобразователем при радиоскопическом методе НК подразумевают:

–флуороскопические экраны;

–сцинтилляционные монокристаллы;

–рентгеновские электронно-оптические преобразователи;

–рентгеновидиконы.

Флуороскопические экраны представляют собой плоскую картонную подложку со слоем люминесцентного вещества, например, (Zn, Cd)S, Ag толщиной 85 мг/см2. Излучение, прошедшее через объект контроля, падает на экран со стороны подложки, создавая светотеневую картину проекции контролируемого изделия. Анализ изображения проводят со стороны светящегося слоя. Яркость свечения экрана в диапазоне энергий излучения (30 - 150) кэВ изменяется в пределах (10-3-10) кд/м2. В этом диапазоне острота зрения и чувствительность глаза к изменению яркости значительно хуже, чем при просмотре рентгенограмм в диапазоне яркости (30-100) кд/м2. Разрешающая способность экрана значительно ниже, чем радиографических пленок (3 лин/мм).

Сцинтилляционные монокристаллы представляют собой прозрачную пластину CsI(Tl) (80-200) мм; толщина пластины (3-5) мм. Попадание на нее фотонов рентгеновского излучения вызывает свечение, яркость свечения зависит от мощности экспозиционной дозы, что позволяет ее использовать для преобразования рентгеновского изображения в световое.

Рентгеновские электронно-оптические преобразователи (РЭОП) – это преобразователи и усилители яркости изображения (рис. 3.21) В стеклянной колбе, где создан вакуум 10-7 мм рт.ст., помещены входной и выходной экраны: входной экран представляет собой алюминиевую платину со слоем люминофора (Zn, Cd)S, Ag поверх

33

люминофора нанесен сурьмяно-цезиевый фотокатод. Рентгеновское излучение, прошедшее сквозь объект контроля, попадает на алюминиевую подложку, вызывая свечение люминофора, световые фотоны воздействуют на фотокатод, выбивая из него фотоэлектроны. Последние попадают в ускоряющее поле, создаваемое проводящим слоем, нанесенным на внутреннюю поверхность (на проводящий слой подано напряжение 25 кВ). Ускоренные фотоэлектроны попадают в фокусирующее устройство и далее на выходной экран меньшего размера. Выходной экран представляет собой пластину с нанесенным на нее люминофором. Благодаря ускорению фотоэлектронов и маленькой площади выходного экрана (площадь выходного экрана в 100 раз меньше плошади входного) яркость изображение на нем в несколько тысяч выше яркости изображения входного экрана.

Рентгеновидиконы Передающие телевизионные трубки представляют собой устройства, в которых светотеневое изображение преобразуется в электронный пучок, модулированный яркостью этого изображения (рис. 3.22). Рентгеновидикон представляет собой разновидность видикона (передающей телевизионной трубки), преобразующей радиационное изображение объекта контроля в электронное. По разрешающей способности и контрастной чувствительности рентгеновидикон как преобразователь превосходит РЭОП, однако, имеет малые размеры рабочего поля по сравнению с РЭОП, большую инерционность и ограниченность в диапазоне высоких энергий рентгеновского излучения.

3.7.2 Радиоскопические системы

Радиоскопические системы в производственных условиях могут быть реализованы лишь при наличии специализированных электромеханических устройств или манипуляторов с дистанционным управлением. Манипулятор должен обеспечивать механические перемещения относительно преобразователя и источника излучения.

Радиоскопические установки представляют собой различные комбинации преобразователей радиационного изображения в оптическое и телевизионной техники (рис. 3.23) В настоящее время в состав радиационно-оптических преобразователей и телевизионных устройств широко внедряют цифровые устройства. Комбинация всех перечисленных составляющих позволяет наиболее широко и полно реализовать резервы радиоскопов. Во многих случаях радиоскопия с точки зрения техники безопасности, так как выходной экран преобразователя может быть расположен на радиационно-безопасном расстоянии от источника.

3.8 РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД КОНТРОЛЯ

Согласно ГОСТ 24034 "Термины и определения" радиометрический метод неразрушающего контроля определяют как метод радиационного неразрушающего контроля, основанный на измерении одного или нескольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым объектом.

Область применения:

–измерение толщины покрытий;

–измерение толщины объекта контроля;

Радиометрия использует самые разнообразные источники излучения: рентгеновские аппараты, радионуклидные источники, источники нейтронов и положительных ионов.

По физическому принципу получения информации о характеристиках объекта контроля радиометрический метод может быть основан на измерении параметров излучения прошедшего объект контроля и измерении параметров рассеянного излучения.

3.8.1 Детекторы излучения

Методы измерения ионизирующих излучений в радиометрии:

–ионизационный;

–сцинтилляционный;

34

–полупроводниковые детекторы;

–матричные детекторы.

Ионизационный метод радиометрии использует газоразрядные детекторы. Все они представляют собой один и тот же газоразрядный промежуток с разным значением приложенного к нему напряжения. В зависимости от величины приложенного напряжения область применения газоразрядных детекторов определяется следующим образом (рис.

3.24):

–ионизационная камера работает в режиме измерения тока, определяемого в основном интенсивностью излучения, поэтому применяется для измерения экспозиционных доз или мощности экспозиционных доз излучения;

–пропорциональный счетчик работает в импульсном режиме и его применяют в спектрометрии (для измерения энергии частиц), а также при регистрции излучения определенного типа на фоне излучения другого типа, отличающегося начальной ионизации;

–счетчик Гейгера-Мюллера работает в импульсном режиме и применяется для обнаружения излучения любого типа.

Сцинтилляционные счетчики (рис.3.25) состоят из прозрачного сцинтилляционного кристалла и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), находящихся в оптическом контакте. ФЭУ – стеклянная вакуумная колба; изнутри на ее торце нанесен фотокатод, на который подан отрицательный заряд; вдоль колбы расположены электроды (диноды); на противоположном торце расположен заземленный анод. Ионизирующее излучение вызывает сцинтилляции (вспышки) в кристалле, под действием которых из фотокатода выбиваются электроны. Последние направляются на анод последовательно попадая на первый, второй и т.д. диноды. Диноды выполнены из материала с высоким коэффициентом вторичной эмиссии, поэтому на каждом из них происходит умножение выбиваемых частиц. На нагрузке R3 создается усиленный в (106 - 109) раз импульс напряжения, пропорциональный энергии излучения, затраченной на свечение кристалла.

Полупроводниковые детекторы представляют собой устройства, состоящие из приведенных в контакт двух полупроводников р- и п- типов. К полученному таким образом рп-переходу прикладывают обратное напряжение смещения (рис.3.26), тем самым удаляя электрические заряды вблизи рп-перехода. При прохождении через детектор фотона, заряженной частицы, или нейтрона вдоль их пути образуются дополнительные заряженные частица, которые, двигаясь в приложенном электрическом поле создадут на выходе импульс напряжения.

Матричные детекторы представляют собой матрицы изолированных друг от друга рентгеночувствительных детекторов разного типа, собранных в матрицу в большой количестве ( в зависимости от требуемой разрешающей способности детектора 256-1024)

3.8.2 Устройства радиометрического контроля

К устройствам радиометрического контроля относятся:

–радиометрические дефектоскопы

–толщиномеры изделий

–толщиномеры покрытий

Радиометрический дефектоскоп (рис.3.27) содержит источник излучения,

коллиматор, детектор, сканирующее устройство, с помощью которого осуществляют перемещение объекта контроля и коллиматора относительно источника излучения. Если объект контроля содержит дефект, то при попадании его в пучок излучения, детектор зафиксирует дозу излучения, отличную от дозы, соответствующей бездефектному участку объекта контроля. Для повышения точности измерения используют дифференциальную

35

схему регистрации дефектов. В случае дефекта на выходе детектора появится сигнал, отличный от нуля.

Толщиномеры изделий.

Мощность экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения, прошедшего объект контроля, по закону ослабления: Р=Р0е- d содержит информацию о его толщине. Это свойство использовано для измерения толщины. Сигнал на выходе детектора проградуирован в единицах толщины. Толщиномеры могут быть с двух- и одностороннем доступе к объекту контроля (рис.3.28). При одностороннем доступе к объекту контроля детектор регистрирует обратно-рассеянное излучение, или бета-излучение. По интенсивности рассеянного излучения судят о толщине объекта контроля.

Толщиномеры покрытий.

Возможность измерения рассеянного излучения при одностороннем доступе к

объекту контроля используется для измерения толщины покрытия на изделии (рис.3.29а). Обычно толщина покрытия меньше, чем толщина самого изделия и излучение рассеивается в обратном направлении и материалом покрытия и материалом изделия. Интенсивность рассеянного излучения от материала зависит от его атомного номера Z (пропорциональна Zп, где п – показатель степени). Таким образом, толщина измеряемого покрытия зависит от соотношения атомных номеров материала покрытия Z1 и материала изделия Z2.

При Z1 Z2 (легкое покрытие на тяжелом металле) (рис.3.29б) При толщине изделия, равной толщине насыщения dн или более того, увеличение толщины покрытия от 0 до dн приводит к уменьшению интенсивности обратно-рассеянного излучения от максимального значения до величины, соответствующей насыщению обратнорассеянного излучения в материале покрытия, что видно на графике.

При Z1 Z2 (толщина тяжелого покрытия на более легком металле). В этом случае зависимость интенсивности обратно-рассеянного излучения характеризуется кривыми на рис. 3.26в изменение толщины покрытия от 0 до dн приводит к увеличению интенсивности обратно-рассеянного излучения от величины, соответствующей толщине насыщения материала изделия до величины, соответствующей толщине насыщения материала покрытия.

3.9ДОЗИМЕТРИЯ

3.9.1Предельно допустимые нормы облучения

Для целей радиационной защиты широкое распространение получила эквивалентная доза. Размерность эквивалентной дозы L2 T-2, единица измерения джоуль на килограмм, (Дж/кг). В практике и научной литературе принято специальной название единицы эквивалентной дозы - зиверт (Зв). Эквивалентная доза - мера неблагоприятных последствий при облучении живого организма, живой ткани, или органа. Эквивалентная доза определяется следующим выражением:

Dэкв. = NКDпогл, где

Dпогл - поглощенная доза излучения (см. раздел 3.3) в живой ткани, или органе, или заданной точке организма, для которой определяется эквивалентная доза;

К - коэффициент качества - один из модифицирующих факторов;

N - произведение всех других модифицирующих факторов, определяемых для конкретных условий облучения; эти модифицирующие факторы (безразмерные величины) могут учитывать, например; мощность дозы излучения, фракционирование облучения, пространственной распределение поглощенной дозы; если не делается никаких специальных оговорок, то всегда принимают N =1.

коэффициент качества К представляет собой регламентированное значение относительной биологической эффективности излучения (ОБЭ). ОБЭ = D/Dх

D - поглощенная доза образцового излучения (рентгеновское излучение со сплошным

36

спектром с граничной энергии фотонов 180 кэВ)

Dх - поглощенная доза данного вида излучения. Дозы Dх и D подбирают такими, чтобы наблюдаемый радиологический объект был одинаковым. Данные о зависимости ОБЭ используют для определения коэффициента качества К для различных видов ионизирующих излучений. Характеристикой качества излучения служит линейная передача энергии (ЛПЭ). Установленные значения коэффициента качества излучения используют для перевода из поглощенной дозы излучения в эквивалентную. Зависимости коэффициента качества от ЛПЭ и вида излучения приведены в табл. 3.16, 3.17.

Следует учитывать, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опасно, из-за риска генетических повреждений. Дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными коэффициентами, поэтому введено специальное понятие эффективная эквивалентная доза [Зв], отражающая суммарный эффект облучения для организма. Эффективная эквивалентная доза описывает только индивидуально получаемые дозы. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы,

полученные группой людей, получим коллективную эффективную эквивалентную дозу,

которая измеряется в [чел Зв].

Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными и в отдаленном будущем, введено еще одно определение эквивалентной дозы. Коллективную эффективную эквивалентную дозу, которую получают многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника называют ожидаемой

(полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой. Такая иерархия понятий,

сложная на первый взгляд, представляет собой логически последовательную систему и позволяет рассчитывать согласующиеся или сопоставимые друг с другом дозы облучения.

Основной документ, регламентирующий предельно-допустимые уровни облучения, действующий на территории РФ – «Нормы радиационной безопасности (НРБ-99)». Согласно НРБ-99 определены категории облучаемых лиц:

-лица постоянно и непосредственно занятые при работе с излучением (группа А);

-лица, находящиеся по условиям работы в сфере воздействия излучения (группа Б);

-население.

Лица, относящиеся к группам А и Б, называют персоналом.

Различают техногенные и природные источники излучения. К техногенным относятся источники ионизирующего излучения, созданные для полезного применения или являющиеся побочным продуктом технической деятельности (рентгеновские аппараты,

37