книги из ГПНТБ / Постников В.И. Исследование и контроль износа машин методом поверхностной активации

Т а б л и ц а 11 Относительная скорость счета в зависимости от величины снятого слоя

составляет 0,3%, в то время как при описании указанной кривой методом наименьших квадратов получается погрешность в пре­ делах 2%.

Аналогичную работу провели для ряда промышленных пред­ приятий, на которых исследовали износ различных деталей двигателей, станков и др.

Данные по эталонированию на образцах из легированного чугуна, изготовленных из материала цилиндровой втулки дви­ гателя 5ДКРН (БМЗ), показывают некоторое несовпадение кривых, что объясняется различными условиями эталонирова­ ния, связанными с работами, проводившимися как в различных лабораториях, так и на различной аппаратуре. Активацию про­ водили дейтронами (£<*= 13,4 Мэв) в вакууме.

Аналогичные кривые эталонирования получены для легиро­

изучением условий проведения исследования износа подшипни­

но превышает шумы короны и пропорционален величине первичной ионизации. Однако в настоящее время коронные счетчики, пригодные для регистрации у-излучения, отечествен­ ной промышленностью не выпускаются. Известны искровые счетчики. Время развития разряда в искровом счетчике на несколько порядков короче, чем для других газоразрядных счетчиков, и составляет Ю - 1 0 сек, амплитуда выходного импуль­ са достигает нескольких сотен вольт. Несмотря на эти досто­ инства, искровые счетчики не нашли широкого применения из-за ограниченного ресурса (106—108 импульсов), температур­ ной нестабильности и.большого мертвого времени.

Весьма' перспективны детекторы, использующие явление ионизации в твердом теле. Наиболее полно этот тип детекторов описан в работе [19]. Характеристики отечественных детекто­

вать излучение, необходимо разделить эти носители зарядов и собрать ихна электродах. Это возможно, если выбрать такой материал, который позволил бы без пробоя создать внутри материала поле достаточной напряженности и имел бы высокую подвижность носителей заряда при относительно малой реком­ бинации.

Преимущества этого типа детекторов: 1) высокое энергети­ ческое разрешение; 2) крутой передний фронт импульса и высо­ кое быстродействие; 3) низкое напряжение питания; 4) малые габариты и работоспособность детектора в условиях магнитных полей; вакуума и низких температур.

Для применения полупроводниковых датчиков при контроле

низкая эффективность регистрации. Поэтому предпочтительны детекторы с большим чувствительным-объемом из материала с большимэффективным атомным номером, так как коэффици­ ент поглощения пропорционален Z5 . В этом отношении перспек­ тивны объемные германиево-литиевые дрейфовые детекторы, толщина чувствительной области которых достигает 5ч-6 мм, а площадь окна составляет 2—7 см2.

. Принцип действия люминесцентных детекторов состоит в измерении светосуммы или интенсивности световых вспышек, возникающих под действием ионизирующих излучений в веще­ ствах при возвращении системы из возбужденного состояния в основное. Вещества, испускающие свет, под действием излуче­ ния, называют люминофорами (фосфорами). Люминофоры

85

могут быть газообразными, жидкими и твердыми. Более удобны сцинтилляциоиные детекторы, использующие твердые люмино­

оценки длинноволнового у-излучения. Для регистрации у-излу- чения с энергией около 1 Мэв наиболее часто используют неор­ ганические кристаллические сцинтилляторы.

Таким образом, можно сделать вывод, что для регистрации у-излучения при исследовании износа методом поверхностной активации в настоящее время' наиболее целесообразно исполь­

соответствии с «Санитарными правилами № 771—68»; 3,7-10'' — количество распадов в секунду для радиоактивного вещества в

фициент, учитывающий влияние экранирующей стенки, опреде­ ляется в соответствии с работой [25]; ev —эффективность регистрации у-квантов с энергией Еу счетчиков данного типа, берется по графикам в работе [18]; k4 — коэффициент, учиты­ вающий снижение скорости счета при движении источника (табл. 12); kx —коэффициент, учитывающий просчеты и совпа­ дения.

Для случая сцинтилляциониого детектора скорость счета равна:

А • 3,7 • 104vs6ife28i62e3^s^x

86

2. Выбор типа сцинтиллятора и газового счетчика исходя из их

эффективности, надежности и стабильности

Основные линии у-излучения изотопов, используемых в ка­ честве индикаторов при исследовании износа, лежат в диапа­ зоне 0,7—1,3 Мэв. Поэтому сравнительную оценку вариантов ведут для середины диапазона, т. е. для Еу = \ Мэв. Согласно работе [18] наибольшей эффективностью для этой энергии у-квантов обладают счетчики типа ВС-4 с вольфрамовым като­ дом, а лучшим сцинтиллятором является йодистый натрий, активированный таллием.

быть обосновано относительными показателями. Согласно ра­ боте [26] для Gsl (Т1) при Еу = 1 Мэв ц = 0,2554 см~\ конвер­

87

Сопоставление эффективности регистрации излучения газо­ вого счетчика и сцинтиллятора. Эффективность поглощения, а

вании сцинтилляционных счетчиков сильно снижается в зави­

для датчиков на основе газоразрядных счетчиков в одинаковой степени зависит от телесного угла, стягивающего источник и окно датчика. Площадь чувствительного окна s для сцинтилля­

к образцу. На основе газоразрядных счетчиков, например типа

ционных датчиков можно получить вполне сопоставимые дан­ ные по результирующей скорости счета, что подтверждается расчетом по приведенным зависимостям.

При измерении износа целесообразно иметь значение ско­ рости счета достаточно высоким, так как это позволит уменьшить продолжительность замера при заданной статистической по­ грешности. На практике, однако, при использовании качествен­ ных сцинтилляционных датчиков удается получать большую скорость счета, большую результирующую эффективность регистрации. Это объясняется тем, что сцинтилляционные дат­ чики имеют меньшие габариты и могут быть подведены к

88

источнику излучения в машине значительно ближе, чем громозд­ кие блоки газоразрядных счетчиков, что обеспечивает лучшую' геометрию измерения. В сопоставимых условиях сцинтилляционный датчик на базе кристалла "Nal (Т1) размером 40X40мм при толщине экранирующей стенки 35-^-40 мм практически позволяет получить увеличение скорости счета в б—7 раз посравнению с блоком из 10 счетчиков и в 3—4 раза по сравнению с блоком из 18 счетчиков.

Увеличивать количество счетчиков в блоке для достижения эффективности, эквивалентной сцинтилляционному датчику, практически нецелесообразно. Рациональное число счетчиков в блоке—в пределах 12—18.

износа, за отказ можно принять момент, когда отклонение ско­ рости счета от эталонного источника при неизменных условиях и режимах измерения превышает допустимый предел. Поэтому большое влияние на надежность детектора на основе счетчиков Гейгера — Мюллера оказывают необратимые процессы, проис­ ходящие в процессе газового разряда, и, в частности, диссоциа­ ция молекул газа — наполнителя. Срок службы счетчика огра­ ничивается величиной порядка ГО10 имп. Опыт показывает, что> счетная характеристика счетчиков начинает ухудшаться многораньше и на практике счетчик свыше 108 имп не выдерживает. При измерениях износа загрузка счетчика не превышает 200—

качество контактов колпачков счетчика, особенности конструк­ ции, условия эксплуатации и т. п. Надежность датчика вслед­ ствие этих случайных величин снижается с увеличением числа счетчиков в блоке. Стабильность блока газоразрядных счетчи­ ков зависит от стабильности подаваемого напряжения. Однако

то составляет 200 в, а наклон 0,075%-в. Используя режим пи­ тания в пределах плато, можно существенно снижать требова­ ния к стабильности высокого напряжения.

Сцинтилляционные счетчики вследствие сложной процедуры преобразования результата первичного воздействия у-кванта отличаются значительно большей нестабильностью. Нестабиль­ ность сцинтилляционных датчиков обусловлена главным обра­ зом фотоэлектронным умножителем. При работе сцинтилля-

89

•циомного датчика могут наблюдаться» три основных вида •нестабильности, обусловленные ФЭУ: 1) изменение скорости счета на 15—20% в период выхода на стационарный режим; 2) нестабильность на стационарном режиме, состоящая в ста­ тистически распределенной во времени флуктуации коэффи­ циента усиления ФЭУ; 3) нестабильность на стационарном режиме, состоящая в систематическом уменьшении скорости счета в течение всего периода испытания. Для выяснения этой' нестабильности следует проводить эталонирование, периодиче­ ски измерять скорость счета за достаточно длительный интервал времени (10—\Ъмин).

3. Некоторые виды конструкций датчиков у-излучения

Для исследования износа и сравнительной эксперименталь­ ной оценки служебных свойств спроектированы, изготовлены и использованы различные датчики у-излучения на основе счет­ чиков типа ВС и сцинтилляционных детекторов.

На рис. 24 показана конструкция блока газоразрядных счет­ чиков в прямоугольной компоновке пакета счетчиков. Такая конструкция при исследовании износа характеризуется наи­ большей универсальностью. Блок счетчиков включает 18 счетчи­ ков типа ВС-4 (допустима замена на счетчики типа МС-4). Применена четырехрядная компоновка на 5—6 счетчиков в ряд, позволяющая получить рациональное сочетание эффективности,

Все счетчики в блоке включены параллельно. В корпусе преду- •смотрено гнездо для установки эталонного источника у-излу­ чения.

На рис. 25 показана конструкция сцинтилляционного датчи­ ка. При разработке конструкции в качестве базового приняли •сцинтилляционный датчик, используемый в комплекте УСД-1. Конструкция предусматривает сменные насадки, обеспечиваю­ щие возможность установки кристаллов размером 40X40 и 63x63 мм. В датчике использован в качестве детектора излу­ чения кристалл Nal (Т1). При установке кристалла размером 40X40 мм в датчик устанавливают ФЭУ-13 и цилиндрическую насадку на корпус. При использовании кристалла размером 63X63 мм используют насадку с раструбом и фотоумножитель типа ФЭУ-56. В обоих случаях при сборке датчика следует тщательно очистить сопрягаемые окна ФЭУ- и кристалл ватным тампоном, смазать 2—3 каплями оптически чистого вазелино­ вого масла, проверить прилегание кристалла по масляному отпечатку и, вторично установив кристалл, закрепить прижим­ ной гайкой. При неравномерном прилегании выровнять ФЭУ в панели при помощи легкого покачивания. Не допускать усилий

'-90