Физические процессы в рентгеновских приборах

	кпд Таблица 4.1
U, КВ	расчет	эксперимент
43	0,33	0,46
100	0,74	1,11
150	1,11	1,64
200	1,48	2,2
1000	7,5	9,0
10000	—	60

Рис. 4.11. Конструкция электродов рентгеновской трубки с линейным фокусным пятном

Рис. 4.14. Конструкция составного анода рентгеновской трубки

Рис. 4.16. Конструкция анода мощной рентгеновской трубки с проточным охлаждением маслом

Рис. 4.17. Типы анодов и мишеней рентгеновских приборов

с

Рис. 4.24. Зависимость коэффициентов Kвэ и y от энергии E первичных электронов для вольфрама (1) и железа (2)

Рис. 4.25. Форма баллонов рентгеновских трубок

1. Ускорители - источники излучений для неразрушающего контроля

Таблица 2. Характеристики пучков ускорителей [3]

Тип ускори­теля	Iср , мкА	Iимп, мА	Nсг	Tи, мс период импульса	tи, мкс длительность импульса
ЛУЭ	100-1000	100-1000	(0,2-2) • 109	2,5	2,5
Микротрон	100	100	2-108	2,5	2,5
Циклотрон	50-500	0,8-4	(0,6-3) • 108	10-4	1,5-10-2
Бетатрон	0,01-0,05	0,02-1,0	5-109	20	10
Электронный синхротрон	1	20	1011	15	0,8

1.- Ионный источник, 2-Ускоряющие промежутки

3- Пролётные трубки, 4- ЗГ - генератор

1. ВЧ - генератор

2. Волновод

3. Ускорит, секция

4. Согласователи

5. Нагрузка волновода

6. Ввод ЕН - мощности

7. Электронная пушка

8. Модулятор

9. Резонатор

10. Делитель мощности И. Фазорегулятор

12. Фокусировка на участке дрейфа

13. Продольная фокусируй*, система

14. Дифф, насос

15. Отклон. магнит

16. Цилиндр Фарадея

с ила Лоренца, которая являемся центростремительной силой Fn.

Центробежная сила будет равна

Fцб =mV²/ r

где m - масса частицы; r - радиус окружности, по которой дви­жется частица.

Лоренцева сила описывается уравнением

Fл =Z •V •H,

где Z -заряд частицы; Н - напряженность магнитного поля. Направлена сила Лоренца всегда перпендикулярно направлению скорости V и направлению поля Н.

П оле, спадающее по радиусу, будет обеспечивать и вертикальную фо­кусировку частиц. В таком поле магнитные силовые линии будут выгнуты наружу (рис,52). Получается так называемая "бочкообразная" форма маг­нитных силовых линий.

1 . Магнитопровод

2. Намагничивающие обмотки

3. Вакуумная камера

4. Инжектор

5. Мишень

6. Полос

7. Обмотка смещения

8. Блок питания

9. Генератор напряжения инжекции

10. Генератор тока смещения

11. Блок синхронизации

Блок-схема бетатронной установки приведена на рис.53.

Последовательность процессов, проходящих в бетатроне, изображена на рис. 54.

принцип автофазировки ионов.

Рис. 79. Изменение фазы электрического поля, соответствующее моменту прохождения иона через ускоряющую щель между дуантами

Рис. 15. Схема включения газового счетчика:

1 - катод; 2- анод; 3- изоля­торы; 4- источник высокого стабилизированного напряже­ния; R - нагрузочное сопротив­ление; С - конденсатор

U₀ U₁ U₂ U₃ U₄ U₅

Рис.16. Зависимость амплитуды импульса от напряжения

Напряжение	Область	Разряд	Разряд	Кгу	Прим.
0-U(1)	Рекомбинации	тихий	несамостоятельный
U(1)-U(2)	Насыщения			1	α
U(2) - U(3)	пропоциональности	лавинный		100-104	α, β
U(3) - U(4)	Ограниченной пропоциональности
U(4) - U(5)	Гейгера	коронный	самостоятельный	До 109	β , γ
< U(5)		пробой

Характеристика	Si	Ge
Плотность, г/см3	2,33	5,33
Ширина запрещенной зоны, эв	1,12	0,67
Энергия ионизации, эв	3,7	2,96
Собственное уд. Сопрот, Ом см
300 К	3·105	50
77 К		5·104

Образование п—р-перехода(диод)

п- доноры P, As, Sb, Li

р- акцепторы B, Ga, Zn

(а) коаксиальный, (б) коаксиальный с закрытым концом и (в) планарный

Рис.18. Блок-схема регистрирующего прибора со сцинтилляционным счетчиком: d₁…..d_i - диноды; R_a- анодная нагрузка; R₁….R_i - сопротивление делителя напряжения

Зона валентных электронов

Рис.19. Энергетические переходы в сцинтилляторе при излучении фотона:

1– переход с основного уровня на возбужденный; 2– резонансный переход; 3– переход с возбужденного уровня на уровень ловушки; 4– переход с уровня ловушки на основной уровень

Сцинтилляторы принято классифицировать следующим образом:

1. неорганические: ZnS(Ag), NaI(Tl), CsI(Tl), AgI(Sn) и др. (в скоб­ках после формул указан активатор);

2. кристаллические органиче­ские: антрацен, транс-стильбен, нафталин и др.;

3. жидкие органи­ческие: растворы паратерфенила в ксилоле или диоксане, раствор паратерфенила в ксилоле, содержащий добавку дифенилгексатриена, и др.;

4. пластмассовые сцинтилляторы в виде твердых растворов; обычно изготовляются на основе полистирола, в который перед по­лимеризацией вводят паратерфенил или некоторые другие аромати­ческие соединения;

5. газообразные: ксенон и другие инертные газы.

Сцинтиллятор	Плотность, г/см3	Время высвечивания, нсек	Длина волны, нМ	Конверсинная эффективность, %
Кристаллы
ZnS(Ag)	4,09	11	450	10
NaI(Tl)	3,67	250	410	6
CsI(Tl)	4,5	700	560	2
Антрацен.	1,25	30	445	4
Стильбен	1,1	6	410	3
Пластики
Поливинил толуол, 3,4% р-терфенила, 0,1% РОРОР	1,1	3	430	2
Пластики жидкие
Раствор р-терфенила в ксилоле, 0,1 г/л РОРОР	0,86	2	350	2

Рис. 4.1. Строение рентгенографической пленки: 1— прозрачная основа (подложка); 2 — желатиновый подслой; 3 — эмульсионный слой с кристаллами галогенида серебра; 4 — защитный слой -

Рис. 4.3. Характеристические кривые экранной (/) и безэкранных рентгенографических пленок с различной чувствительностью к излучению (// и ///)

Рис. 2.5. Зависимость чувствительноети от эффективной энергии излучения для пленки РМ-1 с СаWО₄-экранами ЭУ-В2А (а) и пленки РТ-1 без экранов (б)

1-2-3 оптическая плотность

Рис. 4.4. Зависимость градиента от оптической плотности для различных рентгенографических пленок.

пленки	число чувствительности 1/D при S=0,85+So	Коэффициент контрастности пленки Y	Размер зерен,мкм	Разрешающая способность, лин/мм	Количество серебра,г/м2
Безэкранные	3-50	3-4	0,5	50-100	30
Экранные	100-1000	3	1,5	15	70

Механизм люминесценции кристаллов в основных чертах объясняется зонной теорией кристаллов [1].

Электролюминесцентный усиливающий экран в разрезе:

1 — стекло; 2 — прозрачная проводящая пленка; 3 — фоторезистор; 4 — непрозрачный проводящий слой; 5 — электролюминофор; 6 — прозрачное проводящее покрытие; 7 — изображение объекта; 8 — объектив; 9 — изображение объекта на фоторезисторе; 10 — усиленное по контрасту изображение

Рис. 9.10. Схематическое изображение электроннооптического преобразователя (ЭОП):

1 — источник излучения; 2 — свинцовая диафрагма; 3 — просвечиваемый объект; 4 — стеклянная вакуумная колба; 5— алюминиевая подложка; 6 — люминесцентный экран; 7 — фотокатод; 8, 9 — выходной экран; 10 — оптическая линза; 11 — окуляр, кинофотоаппарат, передающая телевизионная трубка; 12—анод; 13 — металлизированное покрытие; 14 — экран телевизора.

Таблица 9.6 Чувствительность методов, %

Метод контроля	Толщина, мм
	алюминия			стали
	12,7	25,4	50,8	12,7	25,4
Радиография на пленку	1,2	0,8	0,6	0,9	1,0
Радиоскопия с применением ЭОП	2,9	2,5	1,2	3,4	3,2

Рис. 9.14. Сравнительные данные по чувствительности метода при просвечивании стали: 1-радиография; 2 - ЭОП с дополнительной оптикой; 3- ЭОП и телевизионная система 4-флуороскопический экран.

ПАРАМЕТРЫ РАДИАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ
Источники излучения	Изделия	Детекторы

↓ ↓ ↓

Мощность экспозиционной дозы, Р		Плотность, ρ		Эффективность регистрации, ε
Энергия, Е		Атомный номер, Z		Разрешаюшая способность, R

↓ ↓ ↓

Линейный коэффициент ослабления, μ

Дозовый фактор накопления, B

↓ ↓

Нерезкость изображения , U

Контраст изображения , С

↓

Абсолютная чувствительность, Wабс

Относительная чувствительность, Wотн

↓

Выявляемость дефектов

Производительность контроля

Рис. Схема ослабления узкого (а) и широкого (б) пучков излучения: иточник излучения; 2—диафрагмы; 3—объект исследования; 4—детектор

Минимальная выявляемая разность плотностей почернения ΔSмин

Рис. 10.1. Схема контроля радиоскопическим методом:

1 - источник излучения; 2 - рентгеновское излучение; 3- контролируемая деталь; 4 - преобразователь излучения; 5 - зеркало; 6 - объектив; 7- передающая телевизионная ка­мера; 8 - видеоконтрольное устройство (ВКУ)

ΔI = I_д-I_ф ={ I_o e^-μ(l-Δl)· e^{-μд Δl}}- I_o e^-μl

= I_o e^-(-μl) ·{ e^{(μ- μд) Δl)}-1}

при (μ- μд) Δl <<1 и Δμ= μ- μд имеем

ΔI= I_o Δl Δμ e^-μl сюда еще добав К_н

Рис 1-3. Модель объекта, содержащего инородное включение

ЧКХ- позволяет оценить влияние деталей обьекта, характеристик усилителей и т.д.

где - функция рассеяния линии,

R(υ) = коэффициент передачи контраста ( контраст υ ( i ) / контраст υ (0) )

Фиг. 8.1. Кривые модуляционной функции преобразования системы с уси­лением яркости -изображения, состоящей из флуоресцентного экрана 5, зеркальной оптики М, усилителя света Т, вторичной оптической системы С и схемы регистрации на 70-миллиметровую пленку Р, построенные по экс­периментальным данным [5]. Нижняя кривая А представляет собой ЧКХ всей системы в целом.

Проволочные эталоны — серии проволок различного диаметра постоянной длины, равной 20 мм. Проволоки в эталоне установлены параллельно друг дру­гу в порядке нарастания диаметра при определенном расстоянии между собой. Выбрано всего 20 проволок, диаметры которых образуют примерно геометриче­скую прогрессию с показателем 1,25, начиная с проволоки диаметром 0,05 мм (табл. 5.3).

Канавочные эталоны представляют собой прямоугольные пластинки с выре­занными в них шестью канавками (бороздками) постоянной ширины в пределах каждой серии канавок. В первой серии (эталон № 1) глубина канавок, начиная с. 0,6 мм, уменьшается на 0,1 мм, при этом ширина канавок равна 0,5 мм, а тол­щина самой пластинки 2 мм.

Пластинчатые эталоны изготавливаются из прямоугольных пластинок тол­щиной 4,0; 3,5; 3,0; 2,5; 2,0; 1,75; 1,5; 1,25; 1,0; 0,75; 0,6; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1 — всего 16 эталонов. В каждом эталоне сделано по два сквозных отверстия с диа­метрами, равными толщине и удвоенной толщине эталона соответственно. Набор пластинок по толщине в точности совпадает с полной серией канавок по глубине.

Рис. 24. Схемы просвечивания изделий типа полых тел вращения: F=МС, δ=ЕС, r=СA=ОК, F₁=МА, δ₄=ОД

Рйc. 26 Схемы просвечивания сварных конструкций

Рис. 5.13. Зависимость Рр/Р от толщины просвечи­ваемой стали .

СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ РАДИОГРАФИИ (Радиоскопии)

Рис. 12. Схема методов радиографии

Радиография в движении — щелевая радиография

Рис. 6.23. Схематическое представление щелевого (б) в сравнении с обычным (а) способом радиографии:

1— источник излучения; 2 — объект контроля; 3 — каретка для перемещения; 4 — дефект на периферии пучка излучения; 5 — дефект в центральной осевой плоскости пучка излучения; 6 — щелевая диафрагма

Томография — послойная радиография

Рис. 6.24. Схемы образования томографического изображения при использовании одного (а) и нескольких регистраторов (б) одновременно:

I — рентгеновская трубка; II — объект исследования; III— кассета с пленкой; IV — пятислойный набор экранов для симультанной томографии

рис.8. Схема получения данных для реконструкции изображения при компьютерной томографии:

А- последовательное осуществление линейного сканирования и поворота системы; б—разделение слоя на элементы (дискретизация); 1—рентгеновская трубка; 2—объект исследования 3-детектор; 4—деталь внутри объекта; I, II, III—три положения системы, отличающиеся направлением оси трубка—детектор; линиями обозначено положение этой оси в процессе линейного сканирования: направление сканирования указано стрелками