Радиационный контроль

 

Ксерорадиография позволяет исключить применение радиографической пленки. При этом достигается повышение производительности контроля за счет исключения трудоемкой фотообработки, а также уменьшение затрат в связи с исключением расхода серебра, входящего в состав пленки. В качестве детектора при ксерорадиографии используют специальные ксерорадиографические пластины, состоящие из проводящей подложки (алюминия, латуни, стекла или бумаги с проводящим покрытием), на которую нанесено полупроводниковое покрытие (чаще всего селеновое). В качестве источника излучения в основном используют рентгеновские аппараты, реже - радиоизотопные источники тормозного или γ-излучения. При ксерорадиографии заряжают ксерорадиографическую пластину с помощью коронного разряда и помещают в светонепроницаемую кассету. В процессе просвечивания селен становится проводником, происходит утечка заряда. Чем больше интенсивность прошедшего излучения, тем меньше остаточный заряд. Затем на пластинку наносят красящее вещество. Краситель переносят на бумагу контактным, способом, закрепляют на ней ацетоном или другим растворителем. Время контроля по сравнению с обычной радиографией уменьшается в десятки раз. Одна ксерорадиографическая пластина может использоваться до 1000 раз.

 

          Для контроля изделий из тяжелых элементов, для контроля наличия соединений водорода, бора, лития и других легких элементов в капсулах из тяжелых элементов, а также при контроле радиоактивных изделий используют нейтронное излучение, которое получают в ядерных реакторах либо с использованием радиоизотопных источников.

Нейтронная радиография  основана на облучении объекта контроля коллимированным  пучком нейтронов и регистрации  теневого изображения объекта на рентгеновской пленке или другом детекторе (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2. – Схема просвечивания при нейтронной радиографии:

1—источник  медленных нейтронов, 2—защита, 3—диафрагма, 4—затвор,

5—коллиматор, 6—пучок нейтронов, 7—изделие, 8—детектор, 9—камера.

 

Физической основой нейтронной радиографии является зависимость  излучения от химического состава  вещества и, прежде всего от его атомного номера и массового числа. В отличие  от рентгеновского и γ-излучений  эта зависимость для нейтронов  выражена более сильно. Большое значение нейтронной радиографии состоит  в возможности раздельного контроля химических компонентов материала.

Например, с использованием обычных  методов контроля нельзя даже обнаружить наличие легких или органических материалов на стали при близких  толщинах, а нейтронная радиография  позволяет контролировать детали размером ≈ 1 мм из органических материалов сквозь слои металлов толщиной в сантиметры. Это позволяет применять нейтронную радиографию при контроле композиционных материалов.

В зависимости от решаемой задачи поток нейтронов получают от маломощных радиоизотопных источников или устройств  типа ядерных реакторов. Нейтроны необходимых  энергий выделяются с помощью  металлических фильтров. Ввиду сильного взаимодействия нейтронов с водородосодержащими  материалами и другими элементами с малыми атомными номерами следует  обращать внимание на используемое оборудование, приспособления и тщательно готовиться к нейтронной радиографии.

Держатели, кассеты, маркировочные  знаки и т.п. должны быть изготовлены  из материалов, имеющих малое сечение  активации нейтронами, например, кассеты  и держатели – из алюминия, маркировочные  знаки – из кадмия. С поверхности  контролируемого изделия надо хорошо удалить все следы влаги, смазки и загрязнений, содержащих вещества, которые имеют большое сечение  взаимодействия.

Нейтронную радиографию используют при контроле: радиоактивных изделий  и деталей, в первую очередь тепловыделяющих  элементов ядерных реакторов; деталей  из некоторых легких материалов, например, пластмасс; слоистых многокомпонентных  материалов и тонких биологических  образцов, а также при обнаружении  водородосодержащих включений в  металлах.

Для регистрации нейтронного излучения  наиболее распространены рентгеновские  и фототехнические пленки и детекторы, состоящие из нитроцеллюлозы, слюды  и стекла. Для повышения воздействия  нейтронов на детекторы применяют  специальные экраны – преобразователи, которые изготавливают в виде однородных тонких пластин или фольги.

Чувствительность к выявлению  дефектов методом нейтронной радиографии  при толщине стального изделия 10…80 мм  составляет 0,5…2%.

 

Протонная радиография

Она основана на использовании потока протонов (α-частиц) для НК и базируется на особенностях распространения и  взаимодействия их с веществом. Источниками  протонов служат те же аппараты, что  и при рентгено- и γ-графировании. Главной особенностью применения протонной  радиографии является контроль тонких изделий или их частей (типа листа, фольги и т.п.), поскольку протоны  поглощаются сравнительно тонкими  слоями. В отдельных случаях протонная  радиография обеспечивает более  высокую чувствительность (≈ 0,1%) по сравнению с рентгенографией.

 

 

Контроль с помощью позитронов

Данный метод контроля может  быть применен для определения накопления усталостных напряжений в металлах до появления усталостных трещин, нахождения величины и степени пластической деформации. Контроль основан на том, что в начальной стадии усталостных  явлений, когда образуются дислокации, в их области возникают отрицательные  заряды. Позитроны, облучающие металл, притягиваются к областям расположения дислокаций и взаимодействуют с  электронами. При аннигиляции (превращении) позитрона и электрона возникают  γ-кванты. По количеству γ-квантов и  среднему времени жизни позитронов можно определить начало усталостных  нарушений в металле.

 

Авторадиография

Она заключается в регистрации  собственного излучения изделия, в  простейшем варианте осуществляется помещением на поверхность контролируемого  образца мелкозернистой чувствительной фотопленки, на которой фиксируется  распределение ионизирующего излучения  от близкорасположенных участков. Метод  авторадиографии успешно применяют  для контроля полуфабрикатов и изделий, содержащих радиоактивные вещества в составе материала или какой-либо его части.

 

Средства радиоскопии

Радиоскопия основана:

- на просвечивании изделий ионизирующим  излучением,

- на преобразовании скрытого  радиационного изображения объекта  в световое или электронное  изображение,

- на  усилении и передаче этих  изображений непосредственно оператору  или на расстояние с помощью  оптических или телевизионных  систем для последующего визуального  анализа на выходных экранах.

При радиоскопии сварных соединений и изделий используют следующие  физические явления:

- люминесценцию кристаллических  веществ под действием ионизирующих  излучений

- фотоэффект под действием ионизирующих  излучений или вызванной ими  люминесценции

-  вторичную электронную эмиссию  при преобразовании электронных  изображений в электрические  сигналы.

Детекторами ионизирующих излучений  являются флуороскопические экраны (ФЭ), сцинтилляционные кристаллы (СК), радиационные электронно-оптические преобразователи (РЭОП), электронно-оптические усилители  яркости (ЭОП) и рентгеновидиконы (РВ).

Методы радиоскопии позволяют  исследовать контролируемый объект непосредственно в момент его  просвечивания. Поэтому сокращается  до минимума характерный для радиографии  разрыв во времени между началом  контроля и моментом получения заключения о качестве контролируемого объекта. Благодаря малой инерционности  радиоскопических систем объект можно  контролировать под различными углами к направлению просвечивания, при  этом повышается вероятность обнаружения  дефектов и обеспечивается возможность  контроля деталей и узлов как  в эксплуатационных условиях, так  и в условиях поточного производства.

 

Рисунок 1.3. – Общая схема системы рентгено-визуального контроля:

1—дефект, 2—преобразователь излучения, 3—изображение дефекта на преобразователе, 4—радиационное изображение, 5—объект, 6—ренгеновский луч.

 

Преобразователи  рентгеновского излучения

Рентгенооптические преобразователи  являются наиболее распространенными  средствами регистрации рентгеновского и γ-изображения. Для этих целей  используют поликристаллические (порошковые) и монокристаллические экраны.

Флуороскопические (порошковые) рентгеновские  экраны применяют для сокращения время экспозиции в рентгенографии, а также в качестве входных  элементов рентгеновских электронно-оптических преобразователей (РЭОП), для радиоскопии  флюорографии.

Яркость свечения экрана зависит от поглощенной дозы рентгеновского излучения  и увеличивается с повышением напряжения и тока рентгеновской  трубки.

Для расширения области применения рентгено-визуальных методов контроля необходимо применять более эффективные  преобразователи, например сцинтилляционные монокристаллические экраны, РЭОП и  т. д. Основная тенденция в разработке порошковых экранов - стремление улучшить частотно-контрастную характеристику экрана за счет уменьшения размеров зерна  люминофора. Яркость мелкозернистых люминофоров стремятся улучшить за счет усовершенствованной технологии.

Сцинтилляционные монокристаллические  экраны применяют для регистрации  рентгеновского и γ-излучения.

Монокристаллические экраны Nal (ТI) оказываются менее яркими, чем флуороскепические экраны, из-за малого значения коэффициента спектрального соответствия кривой видности. Однако по энергетическому выходу монокристаллические экраны CsI (ТI) уступают экранам NaI (TI).

В отличие от флуороскопических  экранов монокристаллические экраны обладают более высокой разрешающей  способностью.

Фоторезистивные полупроводниковые  преобразователи рентгеновского излучения. Термин «фоторезистор» объединяет широкий  круг материалов, изменяющих свое сопротивление  под действием различного рода излучений  электромагнитного спектра. Область  наблюдения фотопроводимости обширна  и охватывает материалы с удельным сопротивлением от 1 до 10¹⁸ Ом*см, включая металлы и сверхпроводники.

Фотопроводники являются бесшумными преобразователями, так как отношение  сигнал/ шум в фототоке практически  равно отношению сигнал/шум в  потоке поглощенных фотонов входного излучения. Следовательно, предельная чувствительность системы с фоторезистивным  входом определяется в основном флуктуациями числа поглощенных в фоторезисторе  квантов первичного излучения. 0птимальной для этого случая является величина, близкая к 1. Обычно разрешение фоторезистивных  приемников излучения составляет 2 — 5 лин/мм.

Из преобразователей с фоторезистивным  входом наибольшее применение получили рентгеновидиконы и электролюминесцентные  преобразователи.

 

 

 

 

Электронно-оптические преобразователи и усилители  рентгеновского изображения.

Яркость может быть увеличена с  помощью электронно-оптических преобразователей и усилителей яркости изображения, которые отличаются друг от друга  только тем, что их фотокатоды чувствительны  к различным областям спектра  электромагнитных волн. Например, в  усилителе фирмы «Филипс» на алюминиевой  подложке с одной стороны нанесены экран и фотокатод. Возможны другие варианты подложек (например, тонкая слюдяная пластинка).

Применяя ЭОП, можно просвечивать объекты при меньшем напряжении на рентгеновской трубке, чем при  использовании флуороскопического экрана.

При этом создаются лучшие условия  для формирования более контрастного рентгеновского изображения, и совместно  с высокой яркостью изображения  на выходном экране ЭОП улучшается выявляемость дефектов.

Разработаны рентгеновские электронно-оптические преобразователи (РЭОП) двух типов: РУ-135 и РУ-230. Предельная разрешающая способность  РУ-135 в центре составляет 1,5 — 1,8 пар  лин./мм, на краю рабочего поля 1,5 лин./мм, Для РУ-230 разрешающая способность  в центре равна 2 пары лин./мм, на краю --  1пара лин./мм. По ГОСТ 7512 — 69 дефектоскопическая чувствительность Ру-135 и РУ-230 при  радиоскопии стали толщиной до 20 мм составляет 3 — 5%. Коэффициент усиления яркости лучших образцов РУ-135 достигает (3 — 5) 10³, РУ-230 — (1,5+4,0) 10³. При использовании РЭОП РУ-135 и РУ-230 предельная толщина контролируемой детали из стали составляет 20 — 25 а из алюминия 50 — 80 мм.

В настоящее время развивается  метод рентгено-телевизионного контроля с использованием оптических ЭОП. Световое изображение с флуороскопического экрана предварительно усиливается  оптическим усилителем света, а затем, с помощью оптики, передается на фотокатод передающей телевизионной  трубки.

 

Средства радиометрии

Радиометрический метод радиационного  неразрушающего контроля (радиометрия) основан на измерении одного или  нескольких параметров ионизирующего  излучения после взаимодействия с ОК.

Радиометрия характеризуется высокой  чувствительностью, возможностью бесконтактного контроля движущихся объектов, высоким  быстродействием электронной аппаратуры и позволяет получить количественную информацию об изделии. Основной недостаток радиометрии – ее интегрирующие  свойства, т.е. одновременно регистрируются сигналы, как о дефектах,  так  и сопутствующие сигналы о  каких-либо локальных изменениях толщины или плотности материала объекта. Кроме того, на величину полезного сигнала существенно влияет рассеянное излучение. При радиометрии чувствительность контроля сильно зависит от его производительности.