Методы, использующие рентгеновское излучение

Источником гамма-лучей могут быть естественные радиоактивные элементы или искусственные радиоактивные изотопы. Радиоактивные элементы или искусственные изотопы, применяемые в качестве гамма-лучей для дефектоскопии, должны обладать следующими свойствами: достаточно большой период полураспада, доступная цена и отсутствие газовых, радиоактивных продуктов распада.

Для целей дефектоскопии чаще всего используют изотопы кобальта и иридия – кобальт-60 и иридий-192, получаемые как продукт распада в ядерных реакторах.

В связи с тем, что интенсивное излучение представляет значительную опасность для здоровья человека, радиоактивный препарат помещают в специальные контейнеры из свинца и чугуна, так называемых бомбах (например, кобальтовая бомба).

Радиоактивный препарат помещают внутри такой защиты на вдвигаемой или вворачиваемой штанге. Положение штанги по отношению к отверстию, через которое и происходит излучение, можно менять вручную при помощи тросов или с помощью управляемых на расстоянии пружинных и электромагнитных механизмов. На рис. 4 представлен один из типов контейнера для кобальта-60.

 

Рис. 3. Контейнер для кобальта-60.

1 – чугунный корпус;2 – свинцовый экран;3 – препарат изотопа в нерабочем положении;4 – препарат в рабочем положении;5 – препарат в рабочем положении для кругового просвечивания;6 – вкладыш для переноски и изъятия препарата изотопа;7 – защитный винт, выкручиваемый в рабочем состоянии;

8 – трос для дистанционного перемещения препарата (ручное управление).

 

В результате просвечивания исследуемой детали, в которой проверяют отсутствие дефектов, происходит засветка специальной фотоплёнки, что аналогично методу рентгенографии. Этот метод называется радиографией гамма-лучами или коротко – геммаграфией. Соответствующая конструкция контейнера с радиоактивным изотопом позволяет одновременно исследовать несколько однотипных деталей, как это показано на рис. 4.

 

Рис. 4. Контейнер с радиоактивным изотопом.

1 – предупреждающий плакат;2 – пульт управления;3 – штатив;

4 – контейнер с источником гамма-излучения;5 – кассеты с фотоплёнками;

6 – исследуемые детали.

 

Одно из наиболее распространенных применений рентгеновского излучения в промышленности - контроль качества материалов и дефектоскопия. Рентгеновский метод является неразрушающим, так что проверяемый материал, если он найден удовлетворяющим необходимым требованиям, может затем использоваться по назначению. И рентгеновская, и гамма-дефектоскопия основаны на проникающей способности рентгеновского излучения и особенностях его поглощения в материалах. Проникающая способность определяется энергией рентгеновских фотонов, которая зависит от ускоряющего напряжения в рентгеновской трубке. Поэтому толстые образцы и образцы из тяжелых металлов, таких, например, как золото и уран, требуют для их исследования рентгеновского источника с более высоким напряжением, а для тонких образцов достаточно источника и с более низким напряжением. Для гамма-дефектоскопии очень крупных отливок и крупного проката применяются бетатроны и линейные ускорители, ускоряющие частицы до энергий 25 МэВ и более. Поглощение рентгеновского излучения в материале зависит от толщины поглотителя d и коэффициента поглощения m и определяется формулой I = I₀e-md, где I - интенсивность излучения, прошедшего через поглотитель, I₀ - интенсивность падающего излучения, а e = 2,718 - основание натуральных логарифмов. Для данного материала при данной длине волны (или энергии) рентгеновского излучения коэффициент поглощения является константой. Но излучение рентгеновского источника не является монохроматичным, а содержит широкий спектр длин волн, вследствие чего поглощение при одной и той же толщине поглотителя зависит от длины волны (частоты) излучения. Рентгеновское излучение широко применяется во всех отраслях промышленности, связанных с обработкой металлов давлением. Оно также применяется для контроля артиллерийских стволов, пищевых продуктов, пластмасс, для проверки сложных устройств и систем в электронной технике. (Для аналогичных целей применяется и нейтронография, в которой вместо рентгеновского излучения используются нейтронные пучки). Рентгеновское излучение применяется и для других задач, например, для исследования полотен живописи с целью установления их подлинности или для обнаружения добавочных слоев краски поверх основного слоя [14].

Рентгенодефектоскопия основана на поглощении рентгеновских лучей, которое зависит от плотности среды и атомного номера элементов, образующих материал среды. Наличие таких дефектов, как трещины, раковины или включения инородного материала, приводит к тому, что проходящие через материал лучи ослабляются в различной степени. Регистрируя распределение интенсивности проходящих лучей, можно определить наличие и расположение различных неоднородностей материала.

Чувствительность методов рентгенодефектоскопии определяется отношением протяжённости дефекта в направлении просвечивания к толщине детали в этом сечении и для различных материалов составляет 1—10%. Применение рентгенодефектоскопии эффективно для деталей сравнительно небольшой толщины, т.к. проникающая способность рентгеновских лучей с увеличением их энергии возрастает незначительно. Рентгенодефектоскопию применяют для определения раковин, грубых трещин, ликвационных включений в литых и сварных стальных изделиях толщиной до 80 мм и в изделиях из лёгких сплавов толщиной до 250 мм. Для этого используют промышленные рентгеновские установки с энергией излучения от 5—10 до 200—400 кэв (1 эв = 1,60210 · 10^-19Дж). Изделия большой толщины (до 500 мм) просвечивают сверхжёстким электромагнитным излучением с энергией в десятки Мэв, получаемым в бетатроне.

Газовые разряды, и плазма в том числе, могут послужить инструментом для расширения возможностей дефектоскопии.

Типы газовых разрядов

В настоящее время существует множество видов газовых разрядов, подтверждением тому могут служить их различные классификации, например: