ная доза» излучения — £>эксп (Кл/кг или внесистемная единица-рентген) , которая равна заряду, созданному в единице воздуха, т. е.

Поглощенная и экспозиционная дозы излучения связаны между собой коэффициентом:

зависящим от использованных единиц измерений; в частности, если ЬПОгл выражена в радах, а £>Эксп — в рентгенах, то /Сэ-п= = 0,877 Р/рад.

Мощностью поглощенной дозы Рпогл (Вт/кг, рад/с) называется величина дозы, поглощенная в единицу времени:

Для немоноэнергетического источника излучения вводится понятие «эквивалентная доза», а для оценки облучения живых организмов — «максимальная эквивалентная доза».

Полезную информацию при радиационном контроле несут различные показатели. Наиболее важными среди них являются: величина и распределение интенсивности излучения / (плотности потока энергии), спектральный состав вторичного излучения и направление прихода.

6.2.Источники корпускулярного излучения

Излучение в виде потоков частиц может быть получено с использованием радиоактивных веществ, излучения ядерного реактор и различного типа ускорителей, использующих электронную аппаратуру. В практике неразрушающего контроля наибольше применение получили радиоизотопные источники, бетатроны, линейные ускорители и микротроны.

Основой радиоизотопных источников являются искуса венные изотопы, которые получают путем облучения не радиоактиных веществ в нейтронных потоках ядерных реакторов (60Со, I32Ir или на циклотронах (55Fe, 54Mn), а также путем разделения прс дуктов деления ядерного реактора (137Cs, 90Sr). Радиоактивны изотоп является излучающей (активной) частью источника, определяющей его активность и спектр излучения.

Активностью С» распада (1 Ки=3,7·1010 распад/с) источника называется число актов распада атомов за единицу времени:

Активность радиоизотопного источника определяет интенсивность (экспозиционную дозу) корпускулярного излучения. С течением времени за счет распада нуклидов число радиоактивных атомов препарата уменьшается по экспоненциальному закону: #<=//оехр (—t/Ti/2), где Noи М —число радиоактивных атомов в начальный момент времени и в момент времени t, Тцг — перепад полураспада, т. е. время, в течение .которого распадается половина всех атомов данного радионуклида.

С периодом полураспада связано также время жизни радиоактивных атомов, которое равно тж= 1,443 Tt/i.

Радиоизотопные источники имеют дискретный спектр излучения, состоящий обычно из излучения частиц и у-квантов с различной энергией. Они могут создавать все виды ионизирующих излучений: -излучение, р-излучение, а-излучение, тормозное и нейтронное излучения.

В табл. 6.1 приведены основные данные для некоторых радиоактивных изотопов, применяемых в неразрушающем контроле качества. Некоторые виды излучений (тормозное, нейтронное) получаются путем облучения специально установленной с этой целью мишени. В отличие от электронных источников спектр излучения радиоизотоп-

117

ных однозначно определен радиоактивным веществом и не может быть изменен внешними воздействиями. Спектр излучения радиоизотопного источника является дискретным и задается обычно в виде таблицы.

Таблица 6.1

Поскольку утечка или распыление радиоактивного вещества может представлять серьезную опасность, его помещают в герметическую ампулу, помещаемую в контейнер из специальных материалов. Типичные конструкции радиоизотопных источников ионизирующего излучения изображены на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Виды радиоизотопных источников с разной герметизацией: а — сваркой или пайкой; б — завальцовкой и клейкой; в — на резьбз с заливкой; г — завальцовка и заливка (/ — радиоактивное вещество, 2 — защитный корпус, 3 — крышка, 4 — внутренняя оболочка ампулы; 5 — герметик, 6 —мишень)

Ампула, содержащая радиоактивный изотоп, может быть залита эпоксидной смолой, заварена или завальцована. Часто для повышения надежности используют комбинацию этих способов крепления и герметизации. Технические данные для некоторых радиоизотопных источников приведены в табл. 6.2.

Радиоизотопные источники дают постоянное излучение, интенсивность которых непрерывно падает, поэтому хранятся в защитных контейнерах, а вне пределов рабочего времени помещаются в специальные хранилища. При их использовании важно знать дату изготовления источника и учитывать снижение интенсивности излучения. Эту особенность учитывают при организации неразрушающего контроля и построением аппаратуры путем введения необходимого запаса по чувствительности и дополнительных регулировок.

Размеры фокусного пятна радиоизотопных источников определяются проекцией области, занятой радиоактивным веществом, на тонкую часть ампулы, откуда выходит излучение, или на плоскость, перпендикулярную направлению излучения.

118

Таблица 6.2

Радиоизотопные источники имеют следующие достоинства: небольшие габариты и массу, не требуют источников питания и постоянно готовы к использованию в любых условиях.

Недостатком радиоизотопных источников является необходимость для них специальных хранилищ и уменьшение активности со временем.

Ускорители заряженных частиц, обычно электронов, непосредственно создают поток частиц, движущихся с определенной энергией, зависящей от его режима работы. С их помощью при достаточной скорости движения электронов можно получить и другие виды корпускулярных излучений и у-излучение путем бомбардировки специально подобранных мишеней. Так, используя мишени из дейтерия, трития, бериллия, урана или висмута, при бомбардировке их электронами можно получать нейтронное излучение, а мишени из вольфрама или молибдена создают тормозное у-излучение. Тормозное излучение, полученное с помощью облучения мишени от ускорителей, имеет немоноэнергетический спектр, подобный излучению рентгеновской трубки. Размер фокусного пятна вторичного тормозного излучения ускорителей составляет доли квадратного миллиметра.

119

Бетатрон является мощным источником электронов, построенным на базе циклического индукционного ускорителя. Технические данные некоторых типов бетатронов, применяемых для контроля качества промышленной продукции, приведены в табл. 6.3. Наиболее мощный современный бетатрон создает поток электронов с энергией до 300 МэВ.

Принцип действия бетатрона поясняет рис. 6.2.

120

Основной частью бетатрона является мощный электромагнит /, имеющий осевую симметрию. Электроны в бетатроне двигаются в его магнитном поле, нарастающем во времени, под действием индуцированного вихревого ускоряющего электрического поля, силовые линий которого — коаксиальные окружности. Обмотки электромагнита 2 питаются от сети переменного тока. В начале периода инжектор 3, выполненный в виде высоковольтной электронной пушки (катод, ускоряющий электрод и анод), впрыскивает в полость вакуумной камеры 5, воздух из которой откачан насосом 6, поток электронов по касательной к центральной окружности камеры. За четверть периода питающего напряжения (около 5 мс при частоте 50 Гц) электроны сделают несколько миллионов оборотов и приобретут необходимую энергию. В конце четверти периода, когда происходит ускорение, на смещающие обмотки 4 подается импульс тока, заставляющий электроны сдвинуться с орбиты, и они попадают в нужную область вне камеры или на мишень 7 внутри камеры, установленную для получения тормозного излучения. Изменяя момент подачи импульса тока в смещающих обмотках, можно регулировать энергию электронов, попадающих на мишень.

Линейные ускорители отличаются тем, что ускоряемые электроны двигаются по траекториям, близким к прямым линиям. По сравнению с другими источниками тормозного излучения они дают большую интенсивность излучения (табл. 6.4).

Таблица 6.4

Линейные ускорители могут использовать различные принципы ускорения: элек-

121

тростатический, каскадный, импульсный, индукционный и резонансный. В промышленности наибольшее применение получили линейные резонансные ускорители, построенные на использовании бегущей волны в диафрагмированном волноводе, созданные магнетронным СВЧ-генератором (рис. 6.3).

В резонансных линейных ускорителях используют катушки, фокусирующие электроны магнитным полем и замедляющие волноводные структуры. Линейные ускорители имеют хорошие перспективы в неразрушающем контроле качества, особенно при контроле изделий из черных металлов большой толщины.

Таблица 6.5

Микротрон является циклическим ускорителем с постоянным и однородным магнитным полем и постоянной частотой СВЧ ускоряющего поля. Технические данные микротронов, нашедших применение в неразрушающем контроле качества, приведены в табл. 6.5.

Конструкция микротрона показана на рис. 6.4. Поток электронов возбуждается термокатодом, расположенным чаще всего на резонаторе 4, сквозь который пролетают ускоряемые электроны. Резонатор находится в вакуумированной камере 8, где по круговым орбитам в постоянном магнитном поле двигаются электроны. Частота СВЧколебаний выбирается таким образом, чтобы электроны при движении по круговым орбитам попадали в резонатор 4 в такие моменты, когда поле между его пластинами — ускоряющее. Периодическое ускорение электронов обеспечивается в том случае, если время обращения электрона отличается от времени обращения на предыдущей или последующей орбите на один период СВЧ-колебаний. При достижении орбиты наибольшего диаметра электроны выводятся из микротрона.

122