книги из ГПНТБ / Горбачев В.И. Ксерорадиографический метод дефектоскопии

Ф И З И К О - Т Е Х Н И Ч Е С К ИЕ ОСНОВЫ

Я" Л А В А К С Е Р О Р А Д И О Г Р А Ф И Ч Е С К О Г О МЕТОДА Д Е Ф Е К Т О С К О П И И

2.1. ЭЛЕКТРИЗАЦИЯ КСЕРОРАДИОГРАФИЧЕСКИХ ПЛАСТИН

Электризация — процесс нанесения электростатических зарядов на поверхность фотополупроводникового слоя. В ре­ зультате электризации ксерорадиографическая пластина при­ обретает потенциал относительно земли и становится чувст­ вительной к видимому свету и рентгеновскому излучению.

Для целей ксерорадиографии исследовалась электризация •трением и электризация в результате осаждения на фоточув­ ствительную поверхность ионов воздуха, которые образуются под действием радиоактивного облучения или при коронном разряде [12—15].

Электризация трением применялась на заре развития электрофотографии и не получила распространения, так как -не позволяет получить равномерное распределение потенциа­ л а по поверхности фотополупроводникового слоя.

Электризация с помощью радиоактивных изотопов осно­ вана на их способности ионизовать воздух и заключается в -осаждении образовавшихся ионов на поверхность фотополу­ проводникового слоя под действием электрического поля, приложенного между подложкой ксерорадиографической пластины и источником излучения. Радиоактивные электризаторы не получили распространения из-за низкой производи­ тельности, опасности радиоактивного облучения обслуживаю­ щего персонала, наличия громоздкой биологической защиты и необходимости периодической замены распавшихся радио­ активных изотопов. Использование для электризации в ка­ честве источника ионизирующего излучения рентгеновских •трубок также не нашло применения из-за существенного ус­ ложнения и удорожания аппаратуры.

На практике электризацию обычно осуществляют с помо­ щью коронного разряда, который возникает в воздухе вокруг электродов с малым радиусом кривизны (иглы, тонкие про­ волочки и т.п.) в том случае, когда имеется (резкая неоднород­ ность электрического поля, а его напряженность у электрода •превосходит диэлектрическую проницаемость воздуха. Вблизи

13

коронирующего электрода происходит ионизация и диссоциа­ ция молекул воздуха, в результате чего слой воздуха вокруг него становится проводящим. Размеры и конфигурация про­ водящей области определяются пространственным распреде­ лением напряженности электрического поля, а ее внешняя граница — поверхностью, где напряженность электрического поля равна диэлектрической прочности воздуха. В результате

перемещается от внешней границы короны к некоронирующему электроду. По мере удаления от коронирующего элек­ трода напряженность электрического поля уменьшается, по­ этому 'ионы 'при своем дальнейшем движении не производят дополнительной ионизации. Эксперименты показывают, что критическая напряженность электрического поля, при которой возникает коронный разряд, не зависит от материала корони­ рующего электрода, а определяется свойствами газовой сре­ ды и радиусом кривизны коронирующего электрода.

Критическая напряженность электрического поля описы­ вается эмпирической формулой Пика [16, 17]:

природы газа. Для воздуха 6= — (о — давление воздуха,

циал возрастает с увеличением диаметра коронирующей про­

ная; она зависит от влажности воздуха, расстояния между электродами, их конфигурации, атмосферного давления и1 температуры окружающей среды. Пробой воздушного проме­ жутка между коронирующим электродом и ксерорадиографи-

1.4

ческой пластиной обычно приводит к разрушению фоточувст­ вительного слоя. При пробое воздушного промежутка между коронирующим электродом и заземленным экраном создаются условия, близкие к короткому замыканию, что может привес­ ти к выходу из строя высоковольтного источника питания. Для предотвращения электрического пробоя обычно снижают напряжение, подаваемое на коронирующий электрод. Однако эта мера приводит к уменьшению интенсивности коронного, разряда. Избежать пробоя воздушного промежутка и обес­ печить высокий ток разряда удается включением в цепь коро­ нирующего электрода выоокоомного сопротивления.

Введение высокоомного сопротивления ( ~ 5 Мом) изме­ няет характер развития газового разряда. До возникновения' пробоя сопротивление воздушного промежутка равно несколь­ ким сотням мегом, ток коронного разряда не превышает де­ сятка микроампер, а падение напряжения на высокоомном сопротивлении составляет не более 1 кв.

При развитии газового пробоя сопротивление воздушного промежутка уменьшается до нескольких ом, ток значительно возрастает, что приводит к существенному увеличению паде­ ния напряжения на высокоомном сопротивлении. Напряже­ ние, приходящееся на воздушный промежуток, становится не­ достаточным для пробоя, и газовый разряд прекращается.

Скорость электризации фотополупроводникового слоя оп­ ределяется током коронного разряда I, который для случая коронирующий провод — плоскость можно рассчитать по формуле Дейча {18]:

Экспериментальная проверка показывает, что ток корон­ ного разряда увеличивается с повышением потенциала, по­ даваемого на коронирующий электрод, и с уменьшением рас­ стояния от коронирующего электрода до заряжаемой поверх­ ности. Полученные результаты находятся в хорошем качест­ венном соответствии с формулой (2.3).

Разработано много вариантов конструкций электризаторов. Их можно подразделить на две большие группы: 1) электризаторы, в которых коронирующий разрядник перемещает­ ся относительно ксерорадиографической пластины; 2) электризаторы с неподвижным коронирующий разрядником.

Простейший электризатор состоит из неподвижной коронирующей иглы, подключенной к источнику высокого напря­ жения (~15 кв).

№ •

гие требования в отношении надежности, веса и габаритов, эти требования невозможно выполнить при необходимости перемещения коронирующего разрядника, находящегося под высоким напряжением. Поэтому практический и теоретиче­ ский интерес представляет изучение зарядки ксерорадиографических пластин от неподвижного коронирующего элек­ трода.

Принципиальная схема зарядной камеры, в которой имеет­ ся одна коронирующая проволочка, приведена на рис. 2.2. В качестве коронирующего электрода 2 использована нмхромовая проволочка диаметром 0,06 мм, натянутая между дер-

Рис. 2.2. Принципиальная схема электризации от одной коронирующей проволочки.

Результаты исследования зависимости потенциала ксерорадиографической пластины от времени электризации при различном напряжении на коронирующей проволочке приве­ дены на рис. 2.3. Напряжение на коронирующей проволочке изменялось от 4,5 до 7 кв, время электризации — от несколь­ ких секунд до 4 мин. Установлено, что с увеличением времени электризации потенциал ксерорадиографической пластины стремится к насыщению и растет с увеличением напряжения, подаваемого на коронирующую проволочку.

Потенциал ксерорадиографических пластин измеряли бес­ контактным методом при помощи динамического электромет­ ра. Принцип действия прибора основан на измерении значе­ ния тока, наводимого в металлическом электроде 2, колеб-

18

•

500 /

200.

Рис. 2.3. Зависимость потенциала ксерорадиографической пластины от времени электризации и величины напряжения на корониругощей прово­ лочке.

ДЭМ-4М

ЗГ-10

ИМ-28

Рис. 2.4. Структурная схема динамического электро­ метра:

усилитель.