Радіаційні методи

Найбільш поширеними із радіаційних методів, що використовують для вивчення фiзико-механiчних властивостей матеріалів та дефектоскопії будівельних конструкцій, є рентгенівський метод, метод гальмівного випромінювання прискорювачів електронів і γ-метод. Перспективними є метод, що побудований на використанні позитронів, та метод просвічування потоком теплових нейтронів. Використання нейтронів дозволяє визначати вміст вологи в будівельних матеріалах, а використання позитронів — напруження втоми в металах.

Рентгенівське й гальмівне випромінювання прискорювачів електронів та γ-випромiнювання за своєю природою є високочастотними електромагнітними хвилями. Джерелами перших можуть бути рентгенівські апарати, других — прискорювачі електронів, а γ-випромiнювання — радіоактивні ізотопи.

За допомогою радіаційних методів вирішується ряд задач, пов’язаних із вивченням стану конструкцій та матеріалів: виявлення дефектів під час зварювання металевих конструкцій, тріщин, зон ураження корозією, дефектів прокатних листів, визначення товщини захисного шару бетону, розміри й розміщення арматури в залізобетонних елементах, вимірювання напружень, визначення питомої ваги будівельних матеріалів і їх вологості, визначення товщини виробів.

Вологість будівельних матеріалів визначається за допомогою швидких нейтронів. У процесі пружного розсіювання швидкі нейтрони сповільнюються до теплових з енергією 0,025 еВ. Таке сповільнення йде найбільш ефективно на ядрах атомів, у яких маса ядра близька до маси нейтрона. Із числа хімічних елементів, що входять до складу будівельних матеріалів, найбільш ефективним сповільнювачем нейтронів є водень.

Визначення вологості здійснюється за допомогою попередньо побудованої тарувальної кривої „вологість — інтенсивність імпульсів“ при різних схемах випробування (рис. 1.21).

В изначення питомої ваги будівельних матеріалів у виробах та конструкціях можливе шляхом наскрізного просвічування, а також i при односторонньому доступі до конструкції. Суть таких досліджень полягає в прямо пропорційній залежності послаблення сигналу, що пройшов через конструкцію, й питомої ваги матеріалу.

Під час радіаційних досліджень матеріалів та конструкцій можуть використовуватися різні методи фіксації результатів. Розглянемо деякі з них.

Радіографічний метод базується на фіксації інтенсивності випромінювання, що пройшло через об’єкт, який вивчається. Для фіксації використовують магнітну плівку. Перевагами цього методу є те, що в руках дослідника залишається об’єктивний документ характеристики стану конструкції на момент просвічування.

Так, контроль якості зварки виконується радіографічним методом. Джерело випромінювання 1 (рис. 1.22) розміщується над швом, що досліджується, а касета з плівкою 2 — під ним. Пучок випромінювання проходить через шов i діє з інтенсивністю, прямо пропорційною щільності шва. Для оцінювання якості знімків та визначення чутливості радіографічного методу контролю використовуються пластинчасті еталони з канавками й дротяні еталони, якi розміщуються в місцях просвічування. Пластинчасті еталони з канавками використовуються для просвічування виробів, у яких можуть бути дефекти у вигляді раковин, різноманітних уключень, газових пор. Дротяні еталони використовуються під час радіографії виробів, у котрих можуть бути дефекти у вигляді непроварiв та мiкротрiщин.

Д ефектні ділянки шва характеризуються викривленим зображенням на плiвцi. Ступінь затемнення, форма та положення затемнених ділянок указують на місце розміщення тріщин, непроварiв, шлакових уключень та інших дефектів. Для виявлення тріщин необхідно, щоб напрям випромінювання збігався з напрямом тріщин. Непровари в зварних з’єднаннях можуть виявлятися під час просвічування виробів перпендикулярно шву і під кутом 45⁰. Газові пори й шлакові включення в зварних швах виявляються при спрямуванні променів перпендикулярно шву.

Оцінювання однорідності матеріалів та виявлення в них дефектів здійснюється аналогічно дефектоскопії зварних з’єднань. Дефектні місця матеріалів (тріщини, раковини, каверни тощо) будуть менше ослаблювати потік випромінювання порівняно з бездефектними ділянками. Наявність бiльш щільних уключень призводить до послаблення інтенсивності випромінювання. Під час дефектоскопії неоднорідних матеріалів (у тому числі i бетону) слід мати на увазі, що вони за своєю структурою неоднорідні, тому дефекти доводиться визначати на фоні цієї неоднорідності. В зв’язку з цим у бетонних конструкціях удається визначати дефекти, розміри яких в два-три рази більші від розмірів крупного заповнювача. Дефекти бетону у вигляді тріщин визначаються лише тоді, коли напрям просвічування не відхиляється від напряму поширення тріщин на кут більше ніж 5º.

Просвічування дає також можливість виявити внутрішні дефекти пластмаси у вигляді тріщин, раковин тощо i деревини — сучки, тріщини, місця її загнивання.

Під час використання радіаційних випромінювань можливі два способи просвічування: наскрізний (рис. 1.21, а), коли можливий двосторонній доступ до конструкції, й односторонній (рис. 1.21, б), який базується на реєстрації інтенсивності випромінювання, що розсіюється матеріалом.

Ксерографiчний метод полягає в тому, що результат просвічування фіксується на ксерорадiографiчнiй або електрорадiографiчнiй пластинці, яка складається з алюмінієвої підкладки та нанесеного на неї шару фотопровідного матеріалу з аморфного селену. Щоб зробити пластинку чутливою до іонізуючого випромінювання, поверхні селенового шару дають електричний заряд, після чого її, подібно рентгенівській плiвцi, розміщують у світлонепроникну касету. При просвічуванні елементів конструкції на поверхні селенового шару утворюється приховане електростатичне зображення. Це зображення проявляють, опилюючи селеновий шар дрібним наелектризованим порошком крейди. Частинки порошку, заряджені електричним зарядом протилежного знаку, прилипають до поверхні селенового шару, утворюючи при цьому видиме зображення об’єкта, що просвічується.

Радіоскопічний метод полягає в перетворенні захованого рентгенівського або γ-зображення об’єкта, що просвічується, у видиме на екранах перетворювачів іонізуючого випромінювання та телевізійних приймачів. На практиці використовують установки візуального контролю з безпосереднім спостереженням зображень на екранах перетворювачів (флюороскопічного, рентгенівських електронно-оптичних перетворювачів, електронно-оптичних підсилювачів видимого світла, електролюмінесцент-ного).

Візуальний контроль відрізняється від радіографічного більшою оперативністю. Під час візуального контролю легко отримувати результати при змiнi кута просвічування та стереоскопічне зображення об’єкта, що досліджується. Недоліком рентгеноскопічних методів порівняно з методами рентгенографії є зниження точності отриманих результатів.

Усі роботи з використанням радіоактивних речовин і джерел іонізуючих випромінювань регламентуються відповідними документами.