4.8 Радиационные методы контроля

Радиационный неразрушающий контроль основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаи­модействия с контролируемом объектом. Методы радиационного контроля определяются характером взаимодействия ионизирую­щего излучения с контролируемым объектом (прошедшего излу­чения, рассеянного излучения, активационного анализа и др.), а также способом регистрации первичной информации (радиогра­фический, радиоскопический и др.). Радиационные методы де­фектоскопии используют для просвечивания излучения рентгенов­ских аппаратов, закрытых радиоизотопных источников на основе изотопов и тормозное излучение бетатро­нов (ГОСТ 20426-75).

Радиационные методы контроля обеспечивают обнаружение всевозможных дефектов в материале, являющемся оптически не­прозрачным, за счет регистрации ослабления интенсивности излу­чения, проходящего через контролируемый объект. Объектами контроля могут быть сварные соединения, слитки и отливки, аг­регаты, узлы и механизмы, многослойные материалы и конструк­ции, материалы большой плотности, клепаные соединения. Ради­ационные методы контроля обнаруживают дефекты и неисправ­ности типов непроваров, трещин, газовых пор, прожогов, рыхлот, шлаковых включений, разностенности, разрушений, коррозион­ных поражений, усталостных деформаций, наличия посторонних предметов и др.

Рентгеновское и γ - просвечивания - один из самых распрост­раненных методов дефектоскопии, их применяют почти на каждом крупном машиностроительном заводе. Рентгеновская и γ - лаборатории особенно необходимы на тех предприятиях, где большое место занимают литейные и сварочные процессы.

Источниками проникающей радиации (ионизирующего излуче­ния) служат рентгеновские аппараты (рентгеновские трубки), ус­корители заряженных частиц и радиоактивные изотопы. Их применяют для просвечивания стальных деталей толщиной до 160 мм. В рентгеновских аппаратах применяют различные по конструк­ции рентгеновские трубки, наиболее распространенные - двух­электродные. В стеклянном баллоне с вакуумом 10⁶…10⁸ мм рт. ст. имеются два электрода (рис. 4.10): анод 1 в виде медного полого цилиндра с приваренной к нему вольфрамовой мишенью и ка­тод 3 в виде спирали из толстой вольфрамовой проволоки. К электродам от высоковольтного тран­сформатора подводится высокое напряжение, а к спирали - низкое. При накале нити спирали вследствие термоэлект­ронной эмиссии из нее вы летают электроны 2, которые специальным устройством фокуси­руются в узкий пучок и под действием электрического поля с боль­шой скоростью движутся к аноду. Электронный пучок тормозится вольфрамовой пластиной, возникает тормозное рентгенов­ское излучение.

Рисунок 4.10 - Схема рентгеновской трубки

В качестве ускорителей заряженных частиц, используемых в дефектоскопии, применяют бетатроны, линейные ускорители и микротроны. Наибольшее распространение получили бетатроны. Бетатрон - это индукционный ускоритель электронов, состоя­щий из электромагнита, который предназначен для получения электрического поля в вакуумной камере, необходимого для ус­корения и управления движением электронов, рентгеновской бетатронной камеры, где электроны движутся с большим ускорени­ем по окружности, и инжектора (электронной пушки), а также блока питания и пульта управления.

Электроны, введенные инжектором в камеру, движутся с уско­рением по окружности под действием индуцируемого электро­магнитом вихревого электрического поля и, совершив большое чи­сло оборотов, получают ускорение до энергии нескольких десят­ков мегаэлектронвольт. Ускоренные электроны направляются на мишень из платины или вольфрама. В результате торможения возникает тормозное излучение. Ускорители электронов являются источниками высокоэнергетического тормозного излучения (до 35 МэВ). Их применяют для просвечивания стальных изделий большой толщины - более 450 мм. Они служат также источни­ками β - излучения высокой энергии и генераторами нейтронного потока.

Источниками гамма-лучей являются естественные и искусст­венные радиоактивные элементы. Гамма-излучение связано с на­личием возбужденного ядра, полученного в процессе радиоактивного распада и обладающего избытком энергии. В момент пере­хода ядра из возбужденного состояния в невозбужденное, осво­бождаются один или несколько квантов. Энергия квантов колеб­лется в пределах от десятков килоэлектронвольт до нескольких мегаэлектронвольт. В дефектоскопии используются искусствен­ные радиоактивные элементы.

Источники излучения для гамма - дефектоскопии с различной мощностью экспозиционной дозы излучения установлены государ­ственными стандартами.

Рентгеновские и гамма-лучи, как и световые, и радиоволны. имеют электромагнитную природу. Длина волны любого электро­магнитного излучения связана с его энергией обратно пропор­циональной зависимостью, т. е. чем меньше длина волны, тем больше его энергия, а, следовательно, и проникающая способность. Поэтому коротковолновое излучение называют жестким, а длин­новолновое - мягким. Радиоактивные изотопы применяют для просвечивания стальных изделий толщиной до 200 мм. Многие радиоактивные изотопы обладают более жестким излучением, чем рентгеновское.

Одной из основных характеристик радиоактивных изотопов является период полураспада - время, в течение которого в сред­нем распадается половина всех атомов данного вещества. Период полураспада характеризует степень стабильности (устойчивости) радиоактивного ядра. При контроле радиоактивными изотопами следует руководствоваться этой характеристикой, при необходи­мости ввода поправки.

В радиационной дефектоскопии имеют место такие понятия, как интенсивность излучения, доза излучения и мощность дозы излучения.

Интенсивность излучения - это переносимая излучением энер­гия в единицу времени через малую сферу, отнесенная к площади поперечного сечения этой сферы.

Доза излучения (поглощенная доза) - энергия излучения, по­глощенная в единице массы облучаемого вещества.

Мощность дозы излучения - приращение поглощенной дозы в единицу времени.

Прохождение ионизирующего излучения через вещество со­провождается рядом характерных явлений, используемых в де­фектоскопии.