3.3. Особенности рентгенографического контроля импульсными ап­паратами

Рентгенографический контроль импульсными аппаратами, в целом, ана­логичен контролю, выполняющемуся с помощью других видов источников рентгеновского излучения. Вместе с тем, имеется и ряд характерных особенно­стей, обусловленных спецификой этого рода устройств.

В то время как излучение рентгеновских аппаратов с постоянным или пульсирующим напряжением на рентгеновской трубке представляет собой не­прерывный поток рентгеновских фотонов, в той или иной степени лишь слегка промодулированный формой тока и напряжения на трубке, излучение им­пульсных рентгеновских аппаратов имеет вид пачек рентгеновских фотонов, с огромной плотностью фотонов в пачке. Это обусловлено тем, что, как указано в статье, вся накопленная энергия выделяется в виде излучения в течение 10-20 нс.

Поскольку в таком импульсе излучается порядка 1010 рентгеновских фото­нов, то плотность потока составляет порядка 1018 фотонов/с.

Вместе с тем, время накопления энергии для следующего импульса дос­таточно велико, порядка 0,1с, поэтому суммарная или интегральная доза излу­чения за какое-то время достаточно мала.

Более того, она в несколько десятков раз меньше, чем у непрерывно излучающих аппаратов при том же напряжении.

Благодаря тому, что рентгеновская пленка имеет свойство накапливать изменения, происходящие в ней под действием излучения, результат его воз­действия не зависит от того, попадает ли излучение на пленку в виде непрерывного потока фотонов или импульсов, несущих сразу большое их количест­во. В первом случае плотность потемнения пленки линейно растет во времени, тогда как в последнем это изменение происходит "ступеньками". Другими сло­вами, если для непрерывно излучающих аппаратов справедлива формула:

(3.1)

где: – доза излучения, накопленная за время t;

Р – мощность дозы излучения,

то для импульсных рентгеновских аппаратов:

(3.3)

где D₁ – доза, полученная пленкой за один импульс,

N – число импульсов излучения за время t

f – частота следования импульсов.

Таким образом D₁f является средней мощностью дозы излучения для импульс­ных аппаратов.

Другая существенная особенность рассматриваемых аппаратов заключа­ется в спектре их излучения, т.е. относительном содержании в составе излуче­ния фотонов тех или иных энергий или длин волн.

Вследствие того, что излучение в импульсных аппаратах происходит при разряде источника высокого напряжения через рентгеновскую трубку, спектр излучения отличается от «классического», соответствующего постоянному на­пряжению на трубке и имеет вид:

(3.3)

где: λ₀ – коротковолновая граница, определяемая напряжением на трубке. Максимум этого спектра, т.е. эффективная длина волны излучения

(3.4)

или соответственно эффективная энергия:

(3.5)

где: Е₀ - энергия, численно равная амплитуде приложенного к трубке напряже­ния.

Напомним, что для аппаратов с постоянным напряжением

Е_ЭФФ = (2/3)Е₀, (3.6)

Спектр излучения импульсных аппаратов и аппаратов с постоянным напряже­нием показаны на рис. 3.6.

Наглядно видно, что спектр импульсного аппарата сдвинут в сторону больших длин волн, т.е. меньших энергий, иначе говоря, соответствует мень­шей «жесткости» излучения. Интересно отметить, что соотношение выполняет­ся также для бетатронов.

Зависимость рентгенографических характеристик от формы спектра из­лучения заложена в формуле

I=I₀ * exp(-μd) (3.7)

где: I₍₎ - интенсивность падающего на слой вещества толщиной d рентгеновско­го излучения;

I - интенсивность излучения, прошедшего сквозь него;

μ - коэффициент ослабления, зависящий как от энергии (длины волны) фото­нов, так и от атомарного состава и плотности вещества поглотителя.

Рисунок 3.6 – Спектр излучения импульсных аппаратов и аппаратов с постоянным напряжением

Практическим следствием большой протяженности спектра, т.е. наличию в нем фотонов с энергиями как близкими к приложенному напряжению, так и с го­раздо меньшими, является возможность контроля более широкого диапазона толщин и плотностей материала при одном напряжении на трубке.

Существенной особенностью импульсных рентгеновских аппаратов яв­ляется отсутствие регулировки тока и напряжения.

Поэтому, решение задачи контроля заданных толщин и материалов должно начинаться с подбора аппара­та с соответствующим напряжением срабатывания разрядника-обострителя.

Отсутствие регулировки тока перекрывается выбором экспозиции, т.е. количества импульсов излучения.

При определении условий рентгенографирования, т.е. при выборе пле­нок, экранов, фокусных расстояний и т.д. следует иметь в виду, что средняя мощность излучения импульсных аппаратов невелика и поэтому следует ста­раться (насколько это позволяют требования к выявляемое™ дефектов и каче­ству снимков в каждом конкретном случае) выбирать:

• съемку с флуоресцентными или флуорометаллическими экранами;

• съемку на пленку с наибольшей возможной чувствительностью. Приме­нение высококонтрастных пленок оправдано лишь при контроле незначитель­ных толщин или легких материалов;

• съемку при минимально допустимых фокусных расстояниях, поскольку экспозиция возрастает как квадрат фокусного расстояния;

• применение методов съемки, позволяющих сократить просвечиваемую толщину и/или фокусное расстояние. Например, панорамное просвечивание предпочтительнее направленного, т.к. просвечивается только одна стенка вме­сто двух и с фокусного расстояния равного радиусу вместо диаметра.

Выполнение этих рекомендаций не только повышает эффективность ис­пользования аппарата, но и экономит его ограниченный ресурс.

Применение флуоресцентных экранов желательно, т.к. существенно (в десятки раз) уменьшает необходимую экспозицию. Наибольшее усиление из выпускаемых в настоящее время имеют экраны серии ВП. Они, в то же время, имеют и наибольший размер зерна, т.е. обеспечивают только удовлетворитель­ную контрастную чувствительность.

Применение флуорометалиических экранов в любом случае желательно, т.к. они обеспечивают достаточно высокое качество контроля при экспозициях не превышающих нескольких минут.

Металлические усиливающие экраны могут использоваться с соответст­вующими типами пленок. Следует, однако, иметь в виду, что толщины приме­няемых свинцовых экранов должна быть в пределах 20-50 мкм. В этом случае их коэффициент усиления, т.е. сокращение экспозиции при их применении со­ставляет 1,2-1,5. Применение свинцовых экранов с толщиной 100 мкм и более категорически недопустимо, т.к. их фильтрующее (ослабляющее) действие пре­высит эффект усиления и вместо сокращения экспозиции приведет к ее увели­чению.