Радиационная дефектоскопия

Природа рентгеновского и гамма-излучения. Как и ви­димый свет, рентгеновское и гамма-излучения пред­ставляют собой электромагнитные излучения. Они от­личаются длиной волны: длина волны видимого света (4—7)ТО 7 м, рентгеновского излучения 6 ТО'13— 10'9 м, гамма-излучения 10'13—•4 ТО"12 м.

Рентгеновское и гамма-излучения обладают гораздо большей энергией, чем видимый свет, по-разному по­глощаются различными материалами. Кроме того, они действуют на фотопленку и фотобумагу, вызывают лю­минесценцию некоторых химических соединений, ИО - визируют газы, не подвергаются воздействию электри­ческих и магнитных полей, нагревают облучаемое ве­щество, а также воздействуют на живые организмы. Эти свойства рентгеновского и гамма-излучений исполь­зуются для дефектоскопии сварных соединений.

Рентгеновское излучение получают в результате тор­можения на аноде рентгеновской трубки свободных электронов, обладающих большой скоростью.

Электроны, летящие с большой скоростью и попа­дающие на анод, тормозятся в нем, теряют свою кине­тическую энергию, часть которой превращается в лучи­стую энергию и выделяется в виде фотонов тормозного излучения. Эго излучение используется при дефекто­скопии сварных Швов.

Гамма-излучение образуется в результате распада ядер радиоактивных элементов (изотопов). Процесс распада объясняется следующим образом. Внутриядерные силы притяжения между протонами и нейтронами, входящи-
ми в состав ядра радиоактивных элементов, не обеспе­чивают достаточной устойчивости ядра. В результате наблюдается самопроизвольная перестройка менее ус­тойчивых ядер в более устойчивые. Этот процесс, назы­ваемый естественным радиоактивным распадом, сопро­вождается испусканием положительно заряженных аль­фа-частиц, отрицательно заряженных бета-частиц и электромагнитного гамма-излучения. При этом образу­ется новое ядро, которое может оказаться в возбужден­ном состоянии. Ддро, переходя в нормальное состоя­ние, испускает избыток энергии в виде гамма-излуче­ния. Такое излучение используют при дефектоскопии материалов.

Детекторы для радиографического контроля. К ним относятся рентгеновская пленка и фотографическая бу­мага.

Рентгеновская пленка состоит из нескольких слоев: подложки, светочувствительного и защитного слоев. Подложка представляет собой тонкую пленку прозрач­ной и гибкой пластмассы — апетатцеллюлозы. На под­ложку с обеих сторон наносят тонкие слои специально­го клея, называемого подслоем. После высыхания под­слоя наносят светочувствительные эмульсионные слои. Подслой улучшает сцепление эмульсионных слоев с гладкой подложкой; толщина эмульсионных слоев ко­леблется у различных сортов пленки от 0,01 до 0,03 мм. Светочувствительный эмульсионный слой состоит из бромистого и йодистого серебра, равномерно распреде­ленного в желатине. Слой желатина толщиной до 0,001 мм служит для предохранения от механических повреж­дений.

Фотохимическая реакция, в результате которой воз­никает изображение, происходит следующим путем. При просвечивании фотоны ионизируют, его излучения, про­ходя сквозь эмульсию, частично поглощаются, ио­низируя зерна бромистого серебра и вызывая появление так называемого скрытого изображения. Молекула бро­мистого серебра состоит из положительно заряженного иона серебра и отрицательно заряженного иона брома. Под действием фотона отрицательный ион бромистого серебра теряет свой электрон и становится нейтральным.

атомом брома. Электрон, взаимодействуя с положитель­ным ионом серебра, нейтрализует его заряд,, превращая его в нейтральный атом серебра.

Восстановление серебра при проявлении происходит гораздо интенсивнее, чем при возникновении скрытого изображения. Проявление представляет собой усиление скрытого радиационного изображения.

Для защиты пленки от рассеянного излучения и. со­кращения экспозиции (в 2—3 раза) при просвечивании применяют металлические усиливающие экраны, погло­щающие вторичное длинноволновое излучение сильнее, чем первичное. Усиливающее действие экрана обуслов­лено фотоэлектронами и электронами отдачи, возни­кающими под действием ионизирующего излучения.

Металлические усиливающие экраны изготовляют, например, из листовой свинцовой фольги с наклеенной на нее синтетической пленкой, которая предохраняет фольгу от механических повреждений и позволяет мно­гократно ее использовать.

Источники ионизирующего излучения. К ним отно­сятся рентгеновские аппараты, гамма-дефектоскопы и ускорители электронов. Рентгеновские аппараты при­меняют в цеховых и реже в полевых условиях, а также в случаях, когда к качеству сварных соединений предъяв­ляются высокие требования. Гамма-дефектоскопы ис­пользуют при контроле сварных соединений больших толщин, а также стыков, расположенных в труднодос­тупных местах, в полевых условиях. Ускорители элек­тронов эффективны при дефектоскопии соединений большой толщины, в основном в цеховых условиях.

Рентгеновский аппарат служит для получения рентге­новского излучения с заданными параметрами. Он со­стоит из рентгеновской трубки, генератора высокого на­пряжения и аппаратуры управления.

В зависимости от анодного напряжения рентгенов­ские аппараты разделяются на два вида: непрерывного действия и импульсные. В импульсных аппаратах под воз­действием импульса высокого напряжения образуется мощный импульс излучения. Эти аппараты благодаря малым размерам обладают повышенной технологи­ческой маневренностью, что позволяет использовать их в условиях монтажа.

По конструктивному исполнению рентгеновские ап­параты делят на моноблочные и кабельные. В моно­блочных аппаратах рентгеновская трубка и высоко­вольтный трансформатор помещены в одном блоке. Ап­параты такого типа предназначены преимущественно для работы в полевых условиях. Существуют, также ста­ционарные моноблочные аппараты.

В аппаратах кабельного типа рентгеновская трубка раз­мещена в защитном кожухе, а высоковольтный транс­форматор — в отдельном блоке, от которого высокое напряжение передается к рентгеновской трубке.

Аппараты кабельного типа предназначены для рабо­ты в цеховых и лабораторных условиях (например, РУП-150/300-10). По анодному напряжению рентгенов­ские аппараты условно делят на следующие группы; до 160 кВ (РУП-60-20-1, РУП-120-5-1, РУП-100-10, РУП-160-6П), 160-400 кВ (РУП-200-10-2, РАП 150/ 300-10, РАП-220-5-1Н, РАП-220-5-Ш, РУП-400-5-1). Трубки моноблочных и кабельных аппаратов обознача­ются следующим образом: первое число показывает- максимальное напряжение в киловольтах, второе — ток в миллиамперах, третье — номер модели (буква Н в кон­це означает нормальное излучение, буква П — пано­рамное излучение).

В последнее время разработаны малогабаритные и им­пульсные рентгеновские аппараты типа МИРА, НОРА и др. Для радиографического контроля в труднодос­тупных местах применяется новый передвижной рент­геновский аппарат РАЛС-1, который снабжен вынос­ным портативным излучателем.

Гамма-дефектоскопы служат для получения гамма - излучения. Основными характеристиками источника, гамма-излучения являются энергия излучения, период полураспада и начальная активность. Две первые вели­чины являются физическими характеристиками изо­топа, в то время как последняя зависит от массы источ­ника.

Гамма-дефектоскоп представляет собой устройство, снабженное приводом для управления перемещением гамма-источника и перекрытием пучка ионизирующего излучения.

Гамма-дефектоскопы классифицируют по следуют щим признакам: типу используемых источников излу­чения, условиям эксплуатации — на лабораторные, це­ховые, полевые, специальные; по мобильности — на пе­реносные, передвижные, стационарные; по степени коллимации пучка излучения - для фронтального или панорамного просвечивания, универсальные (для фрон­тального и панорамного просвечивания). Пучки иони­зирующего излучения в дефектоскопах формируются с помощью сменных коллимирующих головок.

Промышленностью выпускается ряд специализиро­ванных и универсальных гамма-аппаратов, позволяющих контролировать разнообразные изделия в цеховых или полевых условиях.

Источниками гамма-излучения служат радиоактив­ные изотопы: кобальт-60, тулий-170, иридий-192 и др. Ампулу с радиоактивным изотопом помещают в свин­цовый контейнер. Техника просвечивания сварных со­единений гамма-излучением подобна технике рентге­новского просвечивания. Этим способом выявляют ана­логичные внутренние дефекты по потемнению участков пленки, помещенной в кассету. Гамма-излучение отли­чается от рентгеновского большей жесткостью и мень­шей длиной волны, поэтому оно может проникать в ме­талл глубже, чем рентгеновское излучение, и позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Кроме того, просвечивание гамма-излучением — менее дорого­стоящий способ.

Недостатками просвечивания гамма-излучением по сравнению с рентгеновским являются; меньшая чувст­вительность (при просвечивании толщин до 50 мм об­наруживаются относительно крупные дефекты с разме­рами болев 2—4% толщины металла); невозможность регулирования интенсивности излучения, которая в рентгеновских аппаратах регулируется подводимым на­пряжением; большая опасность. гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма-аппаратами.