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

анодного тока трубки вызывает повышение только интенсивно­

пряжения на трубке смещаются влево. Зависимость между величинами энергии, соответствую­ щей максимальной интенсивности спектра, и энергии, соответ­ ствующей наименьшей длине волны, выражается уравнением

спектре тормозного излучения.

20

Проникающим, а следовательно, и воздействующим на плен­ ку (или другой регистратор) будет в основном излучение с энер­ гией, в 1,3-1-1,5 раза меньшей £ макс. Зависимость энергии тор­ мозного излучения от напряжения на трубке характеризуется данными, приведенными в табл. 1.1.

Энергия наиболее интенсивного рентгеновского излучения определяет основные факторы (параметры) рентгенодефектоскопии: чувствительность, экспозицию просвечивания, толщину контролируемых материалов и т. д.

Часть поверхности зеркала анода, которая является местом преимущественного попадания прямого электронного пучка и преимущественного выхода рентгеновского излучения, называ­ ется фокусом рентгеновской трубки. Под оптическим фокусом подразумевается проекция фокуса в направлении оси рабочего пучка рентгеновского излучения.

Трубки с меньшим фокусом обладают лучшими оптическими свойствами и обеспечивают получение более качественного рент­ геновского изображения исследуемогообъекта. От фокуса рент­ геновское излучение распространяется в различных направле­ ниях. В промышленности применяют трубки с направленным излучением, в которых пучок рентгеновского излучения ограни­ чен конусом с углом раствора 40—55°, и трубки с вынесенным анодом, имеющие кольцевое поле облучения (на 360°).

Рентгеновская трубка при определенных условиях становится также источником характеристического излучения, длина волны которого зависит исключительно от материала анода трубки и не зависит от скорости электронов, возбуждающих это излуче­ ние. При этом напряжение на трубке должно достигать опреде­ ленной критичеокой величины. Наименьшее напряжение, необ­ ходимое для возбуждения этого излучения, называется потен­ циалом возбуждения соответствующей серии характеристическо­ го излучения. Для каждого элемента характерно определенное значение потенциала возбуждения (табл. 1.2 и 1.3).

Как отмечалось выше, переход атома из возбужденного со­ стояния в основное сопровождается испусканием фотона. Это

21

Таблица 1.2

Длина волны наиболее интенсивных линий /(-серий некоторых элементов

А для Д-серин, к Х

излучение называется характеристическим и возникает на аноде

вода атомов материала анода из нормального энергетического

бой дублет (/(«, Ка2), это наиболее интенсивные линии, /(р —

22

также дублет, но с очень близко расположенными линиями. Ко­ ротковолновая граница непрерывного спектра при возбуждении соответствующих серий обозначена в табл. 1.2 как Ягр. Длина

.волны указана в так называемых практических единицах — ки-

= 1,00203 А).

у-Излучение. Если рентгеновское излучение возникает в ре­ зультате торможения быстро летящих электронов, то у-излуче- ние — результат ядерных превращений и возникает при перехо­ де ядра из одного энергетического состояния в другое [2, 6, 7] (см. стр. 13 и 15).

Электромагнитная энергия излучается не непрерывно, а оп­ ределенными порциями — фотонами. Фотоны не несут электри­ ческого заряда, следовательно, они не отклоняются ни электри-

23

ческпм, ни магнитным полем. Энергия фотона Е пропорциональ­ на частоте электромагнитных колебаний v, т. е. E= liv.

Величина v связана с длиной волны X и скоростью света с соотношением

v

с

Т '

и, следовательно, энергия фотона

E = h — ,

X

т. е. она обратно пропорциональна длине волны излучения. Энер­ гия фотона в этих уравнениях выражена в эргах. Например,, у-фотон с Х= 10~п см имеет энергию

£ = 6,6-10 "27 ^ - ^ - = 19,8-10-° эрг.

Ю-11

Шкала различных электромагнитных излучений и номограм­ ма перевода длины волны (частоты). излучения в энергию фото­ на изображены на рис. 1.6.

3. Единицы измерения ионизирующих излучений

а. Активность радиоактивных веществ

Активность любого радиоактивного вещества определяется числом радиоактивных ядер [2, 8], распадающихся в единицу времени:

dt. Знак минус указывает на уменьшение числа радиоактивных атомов при распаде. Согласно соотношениям (1.1) и (1.4), ак­ тивность радиоактивного вещества равна произведению постоян­ ной распада на общее число радиоактивных ядер данного веще; ства:

24

да в 1 сек. Последняя величина принимается за единицу изме­ рения активности изотопа в радиоактивном источнике, которая называется кюри и обозначается кюри.

Активность радиоактивного источника, Qt по истечении вре­ мени t определяется соотношением

где Qо— активность радиоактивного изотопа в источнике в не­ который начальный момент; Т1/2 — период полураспада радио­ активного изотопа.

Преобразуя формулу (1.6), получим соотношение для опре­ деления оставшейся доли от начальной активности источника:

Qo

Предположим, что нужно определить активность QLпрепара­ та Со60 через два года, если его начальная активность Q0= = 100 мкюри. Для Со60 ТI/2= 5,3 года, откуда по формуле (1.6)

0 , 693-2

Q, = 100-е 5-3 = 100-е-0 •26 = 77,1 мкюри.

При выборе радиоактивных источников излучения учитывают удельную активность радиоактивного препарата, т. е. активность, приходящуюся на единицу массы или объема радиоактивного источника. Удельная активность зависит от содержания исход­ ного облучаемого изотопа в изотопной смеси элемента, а также от того, в виде какого соединения используют данный радиоак­ тивный изотоп.

Чем больше период полураспада изотопа, тем большее коли­ чество его необходимо взять, чтобы получить данную актив­ ность. Таким образом, при прочих равных условиях удельная активность радиоактивного препарата тем больше, чем меньше период полураспада изотопа.

б. Плотность потока ионизирующих частиц. Интенсивность излучения

Плотность потока частиц или фотонов — это число частиц или фотонов, падающих на сферу с единичной площадью попе­ речного сечения в единицу времени [частица (фотон)/ (см2 ■сек)). В частном случае направленного излучения под плотностью по­ тока понимают число частиц или фотонов, падающих в единицу времени на единицу поверхности, расположенной перпендику­ лярно к направлению распространения излучения.

Интегральным потоком частиц или фотонов излучения назы­ вают число частиц или фотонов, падающих на поверхность сфе­

25

ры с единичной площадью поперечного сечения за время t. В случае направленного излучения под интегральным потоком понимают число частиц или фотонов, попадающих за время t на единицу поверхности, расположенной перпендикулярно к на­ правлению распространения излучения.

Интенсивность излучения — это рассчитанная на единицу площади поперечного сечения элементарной сферы энергия иони­ зирующего излучения, проникающего в единицу времени в объем этой сферы. Таким образом, интенсивность направленного рент­ геновского пли у-пзлучения определяется энергией излучения, попадающего в единицу времени на единицу площади, располо­ женной перпендикулярно к направлению распространения излу­ чения [2, 9].

Для моноэнергетического направленного излучения интенсив­ ность определяется выражением

/ = Mtv,

где N — число фотонов, падающих в 1 сек на площадь 1 слг2; /гл> — их энергия.

Для немоноэнергетического излучения с дискретным спектром

щих в 1 сек на площадь 1 см2 и обладающих энергиями /глц, hv2>

/tv3,..., Луц•

Для измерения интенсивности излучения используемых в де­ фектоскопии рентгеновских и радиоактивных источников с до­ статочной степенью точности применим закон, согласно которо­ му интенсивность излучения от точечного источника изменяется

источником в 1 сек. Соответственно для сферы радиусом R2

Из приведенных соотношений следует, что

( 1. 10>

26

Таким образом, если для точечного источника на каком-либо расстоянии от него Rj известна интенсивность излучения Д, то из уравнения ( 1.10) можно определить интенсивность излуче­ ния, которую создает источник на любом расстоянии R:

RR]

( 1. 11>

в. Доза излучения (поглощенная доза излучения)

,и мощность дозы излучения (мощность поглощенной дозы

,излучения). Экспозиционная доза фотонного излучения

(экспозиционная доза рентгеновского и у-излучений). Ионизационная гамма-постоянная

Поглощенная доза излучения. При прохождении рентгенов­ ского или у-излучения через какую-либо среду (воздух, газы, сложные органические соединения, живую ткань и другие веще­ ства) происходит ее ионизация, т. е. превращение нейтральных частиц (молекул, атомов) этой среды в ионы — частицы, несу­ щие положительный или отрицательный электрический заряд. Если создать в ионизованном газе электрическое поле, то ионы придут в направленное движение, в результате чего через газ пойдет ионизационный ток.

По величине создаваемого ионизационного тока можно су­ дить о количестве поглощенной энергии излучения *. Для оценки величины поглощенной энергии вводится понятие поглощенной дозы излучения. Под поглощенной дозой излучения (доза излу­

масса.

За единицу измерения поглощенной дозы любого ионизирую­ щего излучения (дозы излучения) принят джоуль на килограмм {док!кг). Допускается также применение внесистемной единицы рад (1 рад= 10-2 дж/кг). Джоуль на килограмм — поглощенная доза излучения, измеряемая энергией в один джоуль любого вида ионизирующего излучения, переданной массе в один кило­ грамм облученного вещества.

Мощность поглощенной дозы излучения (мощность дозы из­ лучения)— это доза, поглощенная в единицу времени. За еди­ ницу мощности поглощенной дозы любого вида ионизирующего

* Поглощение энергии излучения — преобразование энергии ионизирую­ щего излучения в облучаемой среде в другие виды энергии, а также в энер­ гию других видов излучения.

излучения принят ватт на килограмм (вт/кг) или рад в секунду

(рад)сек) \ 1 рад/сек=10-'2 дж/(кг •сек).

Экспозиционная доза фотонного излучения. Наряду с поня­ тием поглощенной дозы употребляется понятие экспозиционной дозы фотонного излучения [10]. За единицу измерения экспо­ зиционной дозы рентгеновского или у-излучения принят кулон на килограмм (к/кг). Допускается также применение внесистем­ ной единицы рентген (1 р = 2,57976• 10-4 к!кг).

Кулон на килограмм — экспозиционная доза рентгеновского' или у-излучения, при которой сопряженная корпускулярная эмиссия на килограмм сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в один кулон электричества каждого знака. Фраза «сопряженная корпускулярная эмиссия...

производит в воздухе ноны» раскрывает механизм ионизации, производимый рентгеновским и у-излучениями. Дело в том, что образование ионов в воздухе (веществе) при облучении рент­ геновским или у-излучением происходит главным образом под действием вторичных электронов, выбиваемых рентгеновскими или у-фотонами из атомов и молекул вещества. Возникающий поток быстрых электронов, обладающих кинетической энергией, достаточной для ионизации молекул облучаемой среды, представ­ ляет собой корпускулярную эмиссию, сопряженную (сопутствую­ щую) с проходящим через вещество рентгеновским или у-излу­ чением.

Заряд каждого иона по абсолютной величине равен элемен­ тарному заряду, т. е. 4,8*10~10 электростатических единиц. Та­ ким образом, для образования одной электростатической едини­

кое количество излучения, в результате поглощения которого в

Эта величина есть энергетический эквивалент рентгена [11]. Полная энергия излучения, поглощенная воздухом в облучае­

28