книги из ГПНТБ / Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия

что сказывается па четкости тем сильнее, чем более крупнозер­ нистую структуру имеет светосостав экрана.

Снижение четкости снимка в результате применения флуо­ ресцирующих экранов для крупных дефектов практически несу­ щественно, но становится заметным при выявлении мелких дефектов,, например узких трещин, мелких включений, непро­ варов н т. д.

В связи с пониженной четкостью изображения дефектов на снимках, полученных с применением флуоресцирующих усили­ вающих экранов, последние в практике промышленной рентге­ новской и гамма-дефектоскопии применяются реже, чем ме­ таллические фольги.

6. Экспозиция просвечивания

Как отмечалось выше, выявляемость дефектов при радио­ графическом методе контроля в значительной степени зависит от оптической плотности снимка. Установлено [3, 4, 8— 10], что оптимальные условия для выявления дефектов при просвечи­ вании металлов рентгеновским или у-излучением достигаются, если оптическая плотность снимков лежит в пределах прямоли­

рис. 5.20, а п б ). Указанное явление имеет место в результате непрямолииейности характеристических кривых при просвечива­ нии металлов рентгеновским и у-излучением, в связи с чем при изменении плотности почернения пленки D0пт разность почер­ нений Dот.1—Dom2, вызванная поглощением какой-либо опре­

деленной энергии, не остается постоянной. Экспозицию просве­ чивания подбирают такой, которая позволяет получать рентгеио- и гаммаграммы с оптической плотностью, обеспечивающей наилучшую выявляемость дефектов при приемлемом времени просвечивания.

Экспозиция просвечивания—-это величина, характеризующая количество излучения источника, необходимое для получения в процессе раднографирования снимка с определенной оптиче­ ской плотностью. Она равна произведению мощности экспози­ ционной дозы излучения на время просвечивания. Так как мощ­ ность экспозиционной дозы определяется при данном напряже­ нии на аноде током трубки (или активностью радиоактивного источника), то экспозиция измеряется в рентгенографии в мил­ лиампер-минутах (миллиампер-секундах), а в гаммаграфии — в грамм-эквивалентах радия, умноженных на часы (минуты), ли­ бо экспозиционной дозой в рентгенах, создаваемой незащищен­ ным источником на расстоянии 1 м. Наиболее простой способ варьирования экспозиции в небольших пределах — это измене­ ние времени просвечивания или, как иногда говорят, продол­ жительности экспозиции.

201

Как указывалось выше, оптическая плотность снимка за­ висит от мощности экспозиционной дозы излучения Р, падаю­ щего на пленку, времени облучения пленки t (продолжитель­ ности экспозиции), длины волны излучения К, а также от свойств фотографической эмульсии пленки и условий ее про­ явления у, т. е.

При постоянных условиях проявления (y = const)4оптическая плотность пленки, определяемая энергией излучения, погло­ щенной светочувствительным слоем пленки, остается постоянной при выполнении условия (5.39), в котором С и р — коэффициен­ ты, зависящие от сорта пленки и энергии излучения (характе­ ризуют эффективность регистрации данного излучения плен­ кой) .

Из уравнения (5.39) следует, что для получения на пленке определенной оптической плотности при мощности экспозицион­ ной дозы излучения Р\ требуется время просвечивания

Для получения снимка такой же оптической плотности при мощности экспозиционной дозы излучения Рг требуется время просвечивания

Таким образом, продолжительность экспозиции, необходи­ мая для получения снимка с оптимальной оптической плотно­ стью D0TlT, зависит от эффективности регистрации излучения пленкой и в случае использования рентгеновских пленок без

на пленку, определяется энергией излучения, типом рентгенов­ ского аппарата или активностью радиоактивного источника и выходом у-фотонов на распад, режимом просвечивания, рас­ стоянием между источником излучения и пленкой, толщиной просвечиваемого материала и линейным коэффициентом ослаб­ ления излучения при прохождении через данный материал, кото­ рый, в свою очередь, зависит от энергии излучения, толщины

202

и плотности просвечиваемого материала. Для гаммаграфии энергия у-излучения, активность радиоактивного препарата, выход у-фотонов на распад и фокусное расстояние опреде­ ляют значение Ро, т. е. мощность экспозиционной дозы у-из- лучения при отсутствии ослабляющего слоя. Для рентгеногра­ фии Р0 зависит от типа рентгеновского аппарата и рентгенов­ ской трубки, фокусного расстояния, напряжения на трубке и тока. Толщина просвечиваемого металла и линейный коэффи­ циент ослабления излучения в данном металле определяют ослабление интенсивности излучения просвечиваемым металлом.

Рассмотрим, как определять продолжительность экспозиции для случая, когда энергетический спектр излучения постоянен, т. е. для одного и того же радиоактивного источника или по­ стоянного напряжения на рентгеновской трубке. В этом случае

Если мощность экспозиционной дозы излучения Ро и фокус­ ное расстояние постоянны, то для узкого пучка мощность экс­ позиционной дозы немоноэнергетического излучения, попадаю­ щего на пленку, зависит только от коэффициента ослабления излучения в просвечиваемом материале и толщины этого мате­ риала:

(5.46)

(5.47)

где рафф, и Цэфф, — эффективные коэффициенты ослабления

излучения, которые для определенного радиоактивного изотопа (или постоянного напряжения на рентгеновской трубке) зависят от плотности и толщины просвечиваемого материала;

Подставив уравнение (5.48) в выражение (5.45), получим

(5.49)

При просвечивании одного материала узким моноэнергетическим пучком излучения

^эфф, Еэфф.

тогда

(5.50)

203

В практике детали обычно просвечивают ие узким парал­ лельным пучком излучения, а широким расходящимся, причем большинство источников характеризуется немоноэнергетнческим спектром излучения и содержит наряду с жестким излучением мягкие компоненты. С увеличением толщины просвечиваемого материала мягкие компоненты энергетического спектра рентге­ новского и у-излучений поглощаются и жесткость излучения, прошедшего через материал, возрастает. В связи с этим, как отмечалось выше, эффективные коэффициенты ослабления широких пучков рентгеновского и у-излучений в значительной степени зависят от толщины просвечиваемого материала.

Время просвечивания для широкого расходящегося иемоноэнергетического пучка излучения выражается уравнением, ана­ логичным уравнению (5.49):

где цШ| и рш2— линейные коэффициенты ослабления широкого

пучка излучений при прохождении через материал толщиной соответственно Л и /2.

Следует иметь в виду, что значения линейных коэффициен­ тов ослабления для широкого пучка излучения зависят от ши­ рины пучка. Чем уже пучок, тем меньше рассеянных фотонов прибавляется к первичному пучку излучения по мере прохож­ дения через материал и тем больше коэффициент ослабления цш. Следовательно, при прочих равных условиях с уменьшением ширины пучка излучения время просвечивания возрастает.

где цш — линейный коэффициент ослабления широкого пучка излучения при прохождении через материал толщиной /; р0— показатель, зависящий от сорта пленки и энергии излучения.

Таким образом, при постоянной мощности экспозиционной дозы излучения и постоянном фокусном расстоянии продолжи­ тельность экспозиции для данного источника и данного сорта рентгеновской пленки возрастает с увеличением толщины и плотности просвечиваемого материала.

В непоглощающей и нерассеивающей среде мощность экспо­ зиционной дозы излучения, распространяющегося от точечного источника, убывает пропорционально квадрату расстояния. Поэтому если пренебречь ослаблением излучения воздухом и учесть, что при прочих равных условиях мощность экспозицион­ ной дозы излучения возрастает прямо пропорционально гаммаэквиваленту радиоактивного источника, то уравнение для рас-

204

на рентгеновской трубке в качестве отношения М\/М2 необхо­ димо использовать отношение силы токов через рентгеновскую трубку.

Рассмотрим определение продолжительности экспозиции при просвечивании излучением различных радиоактивных источ­ ников.

В этом случае при постоянных гамма-эквивалентах радио­ активных источников и фокусных расстояниях, т. е. при постоян­ ном значении Я0. мощность экспозиционной дозы излучения, попадающего на пленку, зависит от толщины просвечиваемого материала, линейных коэффициентов ослабления излучения в

h(с,Р0е - ^ У 1Р°-

Вслучае, когда просвечивание производится без флуоресци­ рующих экранов, pi=p2 =U и для постоянной толщины и плот­

ности просвечиваемого материала уравнение (5.55) примет вид

205

где t1— время, необходимое для просвечивания материала тол­ щиной / у-излучением радиоактивного источника с гамма-экви­ валентом М мг-экв Ra; t2— время, необходимое для просвечи­ вания материала той же толщины у-излучением другого радио­

циенты ослабления у-излучений различной жесткости при про­ хождении через один и тот же материал толщиной /; и Сз— коэффициенты пропорциональности, характеризующие чувстви­ тельность пленки к у-излучеишо различной энергии.

Таким образом, продолжительность просвечивания материа­ лов у-излучением различных радиоактивных источников (при одинаковом гамма-эквиваленте источников и постоянном фокус­ ном расстоянии) зависит от энергии у-излучения, определяющей как коэффициент пропорциональности С, характеризующий чувствительность пленки к излучению, так и линейный коэффи­ циент ослабления у-излучения при прохождении через данный материал.

Вычисление экспозиций по приведенным формулам — трудо­ емкий процесс. Кроме того, не всегда известны значения коэф­ фициентов пропорциональности и линейных коэффициентов ослабления используемого излучения, которые зависят от энер­ гии излучения, толщины и плотности просвечиваемых материа­ лов, а также ширины пучка излучения. И, наконец, приведенные формулы могут быть использованы только в случае, если из­ вестно значение tu т. е. время, необходимое для просвечивания материала толщиной у-излучением радиоактивного источника данной активности или рентгеновским излучением при данном фокусном расстоянии F. Поэтому в практической работе для определения экспозиции пользуются графиками и номограммами экспозиций, которые составляются па основании эксперимен­ тальных данных.

Приведенный расчет показывает, от каких факторов зави­ сят экспозиции. Эти факторы и необходимо учитывать при по­ строении рабочих графиков экспозиций просвечивания материа­ лов в лабораторных и производственных условиях.

Чтобы получить данные для построения графиков и номо­ грамм экспозиций, плиты из стали, дюралюминия и других материалов различной толщины просвечивают рентгеновским или у-излучением различных радиоактивных источников при разных фокусных расстояниях. По результатам фотометрирования снимков строят графики зависимости оптической плотности снимков от продолжительности экспозиции — характеристиче­ ские кривые для данного сорта пленки (рис. 5.27). По характе­ ристическим кривым определяют время просвечивания, необхо­ димое для получения рентгеновских и гамма-снимков с опти­ мальной оптической плотностью. При построении номограмм экспозиций автор принимал оптическую плотность 1,3— 1,5.

206

а. Экспозиция в рентгенографии

В практике рентгенографии для подбора экспозиции при просвечивании материалов пользуются специальными номограм­ мами, в которых дается зависимость экспозиции, выраженной в миллиампер-секундах или миллиампер-минутах, от толщины просвечиваемого материала при различных напряжениях на рентгеновской трубке [2, 11]. Универсальные номограммы для определения экспозиции построить нельзя, так как экспозиция зависит от многих факторов: толщины и плотности материала, рентгеновских пленок и усиливающих экранов, типа рентгенов­ ских трубок и т. д.

В приложении 5 приведены номограммы для определения эксйознцни просвечивания сплавов на основе железа, титана, алюминия и магния при использовании отечественных рентге­ новских аппаратов, рентгеновских пленок типа РТ и усиливаю­ щих экранов в виде оловянных фольг и флуоресцирующих экранов завода им. Н. А. Семашко.

Из анализа приведенных номограмм экспозиции следует, что сокращение экспозиции может быть достигнуто повышением напряжения на рентгеновской трубке.

С увеличением (уменьшением) тока в несколько раз во столько же раз уменьшается (увеличивается) время просвечи­ вания без флуоресцирующих экранов при неизменном напряже­ нии на трубке и постоянном фокусном расстоянии (рис. 5.28). Режимы просвечивания, определяемые по номограммам, обеспе­ чивают оптическую плотность рентгенограмм в месте, соответст­ вующем бездефектному участку контролируемого материала, равной 1,3— 1,5. В данном интервале оптической плотности обеспечиваются наилучшая выявляемость дефектов п высокая производительность контроля. При толщине алюминиевого сплава выше 15—20 мм целесообразно применять оловянную фольгу толщиной 0,05/0,2 мм, повышающую контрастность и четкость рентгенограмм. При этом время просвечивания, опре­ деляемое по соответствующему графику, необходимо изменить так, чтобы оптическая плотность рентгенограмм осталась рав­ ной 1,3— 1,5.

В зависимости от требований, предъявляемых к контролю, оптическая плотность рентгенограмм может быть повышена. При установлении оптимальных значений оптической плотности рентгенограмм нужно учитывать светосилу используемых негатоскопоЕ.

В случае, если номограммы экспозиции построены для рентгеновской пленки определенной чувствительности а, то при использовании пленок другой чувствительности а' экспози­ цию Е'0 определяют по формуле

(5.58)

а

208

где Е0— экспозиция, соответствующая пленке чувствитель­ ностью а.

Определяя время просвечивания па рентгеновские пленки, отличные от пленок, для которых построены номограммы экс­ позиции (см. приложение 5), необходимо пользоваться пере­ ходными коэффициентами К, характеризующими чувствитель-

3:

1

О?

I

§

§

Qj §■

Рис. 5.28. Зависимость времени просвечивания алюминиевых сплавов с помощью аппарата РУП-60-20-1 от величины анодного тока рентге­ новской трубки (цифры у кривых).

ность различных типов пленок к излучению при одинаковых условиях съемки (тип усиливающих экранов, фокусное расстоя­ ние, энергия излучения и т. п.).

Переходным коэффициентом К для данного типа пленки называется отношение времени просвечивания на пленку дан­ ного типа t к времени просвечивания /о на пленку, для которой построена номограмма, при постоянной оптической плотности

Переходные коэффициенты К для рентгеновских пленок типа РТ приведены в табл. 5.16.

209

*При определении переходных коэффициентов К использованы данные по чувстви­ тельности рентгеновских пленок при напряжении на рентгеновской трубке SO кв if опти­ ческой плотности, равной 1,5. Значения этих коэффициентов меняются в зависимости от качества применяемой рентгеновской пленки, времени ее хранения, состава проявителя, режимов просвечивания, энергии излучения и т. д. С этим обстоятельством на практике необходимо считаться.

**Переходный коэффициент для пленки н экрана, для которых построена номограм­

ма, принят за единицу.

Для определения времени просвечивания t материала при использовании любой из указанных в таблице пленок при раз­ личных способах зарядки кассет время просвечивания to, найден­ ное по номограмме экспозиции, необходимо умножить на соот­ ветствующий переходный коэффициент К, т. е.

Если просвечивание материалов производится с фокусными расстояниями, отличными от фокусных расстояний, приведен­

ию