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

вместе в поток нейтронов за облучаемой. деталью. На свето­ чувствительный слой фотопленки воздействуют вторичные излу­ чения, образующиеся в результате захвата нейтронов ядрами материала экрана. При переносном методе за облучаемой де­ талью устанавливается только усиливающий экран, на котором образуются скрытые изображения (в виде включений радио­ активных ядер). Фиксация изображения на фотопленке произ­ водится путем плотного совмещения экрана и пленки, в резуль­ тате чего фотопленка подвергается воздействию излучений, испускаемых радиоактивными ядрами экрана. Преимуществом прямого метода является быстрота регистрации, недостатком — одновременное фиксирование пленкой нейтронного потока и излучений, испускаемых контролируемым объектом. Переносный метод не является быстродействующим, по зато исключает влия­ ние сопутствующего у-излучения.

Нейтронная радиография может служить цепным дополне­ нием к реитгеиопли гаммаграфии, так как с помощью их ком­ бинации можно получить различные изображения одного и того же объекта. Это различие обусловлено тем, что массовый коэффициент поглощения рентгеновского или у-излученпя (при фиксированной энергии излучения) изменяется от элемента к элементу очень незначительно. Причем массовый коэффициент поглощения 'излучения с увеличением массы атома увеличи­ вается. Коэффициент поглощения тепловых нейтронов для боль­ шинства легких элементов значительно больше, чем для тяже­ лых. Такое различие в поглощении позволяет методом нейтро­ нографии четко выявлять такие компоненты и структурные детали, которые не обнаруживаются методами рентгенеили гаммаграфии.

Этот метод нашел применение для контроля радиоактивных элементов (образцов) облученного ядерного горючего. Контроль их с помощью рентгеновского или у-излучения затруднен из-за облучения пленки излучением контролируемого элемента. При­ менение переносного метода нейтронной радиографии позволяет избавиться от воздействия излучения контролируемого объекта, так как фольги из индия, серебра или диспрозия, используемые в качестве средств, передающих изображения на пленку, не чувствительны к у-излучению, а фиксируют лишь изображения участков исследуемого образца, образовавшихся в результате облучения их нейтронами.

• При нейтронографии на реакторе СР-15 (США) с помощью нейтронного спектрометра создавался пучок моноэнергетичеекпх нейтронов с энергией порядка 0,05 эв. Диаметр нейтронного пучка, свободного от у-излучения, составлял 75 мм, а плотность потока 'излучения 3-105 нейтрон/(см2 •сек). Исследования по нейтронографии были проведены и на реакторе типа «Jugger­ naut», который давал поток тепловых нейтронов плотностью до 107 нейтрон!(см2-сек). Сечение пучка составляло 63X100 мм.

3 1 2

Нейтронному потоку сопутствовало у-излучение с мощностью экспозиционной дозы 50 р/ч.

Наибольшее значение нейтронная радиография имеет для исследования тяжелых металлов и водородсодержащих мате­ риалов.

В результате исследований [61—63] были получены графики экспозиции просвечивания вольфрама, стали, урана, свинца и висмута* (рис. 7.19). Толщина слоя половинного ослабления тепловых нейтронов составляет примерно 25 мм для свинца и висмута, 15 мм для урана и 13 мм для стали и вольфрама.

На рис. 7.19, а пунктиром показана кривая экспозиции для стали, полученная с двумя экранами: передний из родия тол­ щиной 0,25 мм и задний из гадолиния толщиной 0,05 мм. При больших толщинах обе кривые экспозиций для стали сбли­ жаются в связи с увеличением влияния (п, у)-излучения. Кривые экспозиции для стали и в несколько большей степени для воль: фрама имеют тенденцию при больших значениях экспозиции переходить в горизонтальные участки. Этот эффект вызывается у-излучением, возникающим при реакции (п, у) в исследуемом

при использовании прямого метода с детектором из пленки типа АА с задним экраном из гадолиния толщиной 0,012 мм.

* Графики экспозиции для висмута на рис. 7.19 не приводятся, так как они подобны графикам экспозиции для свинца.

313

Снижение-контрастной чувствительности до 3% объясняется воз­ действием (п, у)-излучения при регистрации дефектов прямым

способом.

При раднографнровапии стали этим же методом контраст­

62, 75 и 87 мм соответственно при использовании нейтронного потока плотностью 107 нейтрон/(см2-сек) и детектирующей фольги из диспрозия в комбинации с пленкой типа АА. Если ис­ пользовать больший нейтронный поток, более чувствительную пленку или детектирующую фольгу с большим периодом полу­ распада, можно радиографировать большие толщины этих мате­ риалов. Техника нейтронной радиографии тяжелых металлов не­ сложная. Но (п, у)-нзлучение, испускаемое этими металлами при их облучении', затрудняет работу.

При нейтронной радиографии водородсодержащих материа­ лов большой толщины испускание (п, у)-излучения этими ма­ териалами практически не имеет места. Графики экспозиции

мощью прямого метода. При толщине контролируемого мате­ риала больше 50 мм обе кривые оканчиваются участками, близ­ кими к горизонтальным. Для кривой 2, полученной прямым методом, такое явление объясняется наличием в нейтронном

314

пучке у-излучения, слабо поглощаемого водородсодержащим материалом, но влияние которого растет с увеличением экспо­ зиции. Кроме того, имеет место некоторое влияние.нейтронов в первичном нейтронном пучке с энергиями выше тепловых. Замедляясь в материале, эти нейтроны оказывают более эффек­ тивное воздействие па детектор. Это же обстоятельство влияет и на ход кривой 1, полученной переносным методом. Нейтроны

О 25 50 75

Толщина материала,пм

Рис. 7.21. Записимость экспозиции от толщины водородсодержащнх материалов:

более высоких энергий, замедляясь в материале по мере увеличенин его толщины, сильнее активируют фольгу-детектор. Кривые экспозиции для других водородсодержащих материа­ лов, типа бакелита, имеют аналогичный вид.

Графики экспозиции для материала masonite, полученные с моноэпергетическим пучком тепловых нейтронов плотностью З-КУ' нейтрон/(смг-сек), свободным от у-излученпя, приведены на рис. 7.21,6. Кривая 1 соответствует переносному методу. Загиб ее верхней части вызывается насыщением при активации фольги. Кривая 2 соответствует прямому методу облучения с детектором из пленки типа АА с передним и задним экранами из гадолиния толщиной 0,012 и 0,050 мм соответственно.

Многократное рассеяние нейтронов первичного пучка в силь­ ной степени затрудняет выявление небольших изменений в толщине при большой массе водородсодержащего материала. Так, методом нейтронной радиографии материала masonite и других подобных материалов фиксируется изменение в толщине материала до 13 мм — 4%-ное, в диапазоне толщин 13—25 мм — 8%-ное, свыше 25 мм— 10—20%-ное. Эти данные получены при использовании двух видов нейтронных пучков для контроля бло­ ков из материала masonite с поперечным сечением 75X125 мм. Более точные данные можно получить, контролируя образцы меньших размеров.

315

3. Использование (3-источников в радиографии

Проведенные исследования [11] показали, что использованиепрямого (3-излучения для целей дефектоскопического контроля

p-излучением Sr90, Т1204 и других изотопов снимки получаются недостаточно четкими. Эго вызывается в оснозном значительным рассеянием р-частиц при прохождении их через исследуемый материал. Причем рассеяние увеличивается с ростом энергии р-частнц и уменьшением плотности просвечиваемого материала.

Просвечивание материалов (деталей) тормозным излучением Р-источииков дает положительные результаты. Применение тор­ мозного излучения p-источников в дефектоскопии в основном определяется характером энергетического спектра, возбуждае­ мого в мишенях из бериллия, графита, алюминия, магния и других элементов.

Заслуживает внимания использование для дефектоскопиче­ ского контроля источников тормозного излучения на основе таких р-излучателей, как Sr90, ТI204, Pm147 и пр. Эти источники обладают ценными характеристиками:

1) большим периодом полураспада (27,7 года у Sr90 — Y90,. 3,56 года у Т1204, 2,6 года у Pm147) ;

2) непрерывным энергетическим спектром тормозного излу­

мишеней из различных материалов.

Автор [11] исследовал радиационные характеристики источ­ ников тормозного излучения на основе р-излучателей Sr90 и Т1204 с использованием различных мишеней, а также ослабление тор­ мозного излучения различными материалами.

31Т

Измерялись спектры тормозного излучения, образующегося при торможении р-частиц Т120'1 в мишенях из Be, С, Mg, Al, Pb толщиной 0,5 и 0,8 г/см2 и при торможении р-частиц Sr90 — Y90

в мишенях из Be, С, Mg, Al, Sn, Pb и W толщиной 0,5; 0,8; 1,0; 1,5 г/\см2.

Анализ полученных данных (рис. 7.23, 7.24) показывает, что тормозное излучение от исследованных источников имеет непре-

Рис. 7.23. Спектр тормозного излучения от ^-источника ТГ-04;

а — б е р н л л и е в а я м и ш е н ь ; б — с в и н ц о в а я ; / — б е з м и ш е н и , 2 и 3 — с м н ш е н ы о т о л щ и н о й 0,5 и 0.8 г / с м 2 с о о т в е т с т в е н н о .

рывный энергетический спектр с максимальной энергией фото­ нов, равной максимальной энергии р-частиц источников. Форма спектра тормозного излучения зависит от плотности, толщины и атомного номера материала мишени. Для полученных спект­ ров характерно уменьшение интенсивности тормозного излучения с повышением его энергии. Фильтрация фотонов низкой энергии материалом мишени приводит к появлению пика тормозного излучения (см. рис. 7.23). Интенсивность тормозного излучения от источника Т1204 из мишеней толщиной 0,5 г/см2 получается большей по сравнению с излучением от мишеней толщиной 0,8 г/см2. Это объясняется большим поглощением тормозного излучения в мишени толщиной 0,8 г/см2. Некоторое увеличение скорости счета при исследовании излучения от TI204 без мишени (см. рис. 7.23, б) объясняется регистрацией р-частиц источника. Для дефектоскопии целесообразно применять мишени из гра­ фита, бериллия, алюминия и магния толщиной 1 г/см2 для Sr90

и 0,5 г/см2 для Т1204.

Исследование зависимости р.„, тормозного излучения, возни­ кающего при торможении р-частиц Sr90 и ТР'1 в бс-риллиевой

518

мишени, от толщины стали в сравнении с кривыми для Т т ,7° и 1г192 показало (рис. 7.25), что коэффициент ослабления цш для TI204 во всем диапазоне исследованных толщин стали (0,1— 50 мм) больше коэффициента ослабления Sr90. Это объясняется тем, что энергетический спектр тормозного излучения источника

оказывается большим, чем для Tm170, т. е. в этой области тол­ щин материалов выявляемость дефектов с использованием TI204 выше. В стали толщиной выше 20 мм значения коэффициента для Tm170 и Т1204 совпадают. Это объясняется практическим ра­ венством эффективной энергии излучения рассматриваемых источников при указанной толщине стали (максимальная энер­ гия р-частиц Tin170 равна 0,886 и 0,970 Мэе). Поэтому при толщине стали выше 20 мм выявляемость дефектов будет оди­ наковой в случае использования Tm170 и Т1204.

Значение цш для Sr90, а следовательно, и выявляемость де­ фектов ближе подходят к значению для 1г192. Однако для стали толщиной менее 15 мм излучение Sr90 оказывается эффективнее, чем 1г192, за счет мягких компонент спектра тормозного нзлуче-

319:

яия. На толщине стали 0,1—3 мм (см. рис. 7.25) достигается одинаковая выявляемость дефектов при использовании как Sr90, так и Т т 170.

Таким образом, для материалов толщиной до 15—20 мм (по стали) источники тормозного излучения на основе р-излучателей дают хорошую выявляемость дефектов.

Изготовление р-излучателей из Sr90, Т1204 и Pm147 с высокой удельной активностью и малыми геометрическими размерами

Рис. 7.25. Зависимость цш от толщины стали /:

позволит получить источники для целей промышленной дефек­ тоскопии, обеспечивающие и сравнительно высокую производи­ тельность контроля.

При работе с p-источниками существует оптимальная тол­ щина мишени, генерирующей тормозное излучение. Оптималь­

Оптимальной оказалась толщина мишени, равная максималь­ ному пробегу р-частиц источника в данном материале. Для Sr90 (рис. 7.26) при толщине стали более 0,2 мм наибольшая опти­ ческая плотность почернения пленки РТ-2 достигается с бериллиевой мишенью толщиной 1 г/см2, для Т12П4 оптимальная толщина мишеней составляет около 0,5 г/см2.

Высокочувствительной к тормозному излучению оказалась рентгеновская пленка типа РТ-2 в сочетании с усиливаю-

320

Рис. 7.26. Зависимость оптнческо)"| плотности О 0пт от толщины стали н толщины бериллиевой мишени (источник Sr90—Y00, пленка РТ-2, свинцовый экран толщиной 0,15 м м , экспозиция постоянная):

Рис. 7.27. Зависимость оптической плотности £>опт от толщины стали и типа пленки (источник Sr90—Y90, мишень из бериллия толщиной 1 г / с м 2, экран свинцовый толщиной 0,15 м м , экспозиция постоянная):

/ — РТ-2; 2 — « . A g f a l i ; 3 — « A g f a 2»; 4 — РГ-5.

11 Зак. 448