Физические основы методов рентгеновской и гамма-дефектоскопии.

Для изучения методов радиационной дефектоскопии, прежде всего познакомимся с источниками электромагнитного излучения, используемых для просвечивания. Это в первую очередь – рентгеновские трубки и гамма-изотопы. Под рентгеновской трубкой (рис.6) понимается электровакуумный прибор, в котором электроны 2, образующиеся на разогретом катоде 3, вследствие термоэлектронной эмиссии, ускоряются электростатическим полем (напряжение от 50 кВ до 1 млн.В) и бомбардируют зеркало анода 1. При торможении электронов в материале анода (вольфрам) возникает рентгеновское излучение с малой длиной волны (от 0.1 до 0.001 нм). Это излучение выходит из стеклянного баллона и используется для просвечивания изделий.

Рис.6

Спектральный состав излучения рентгеновской трубки включает в себя сплошной и характеристический спектры. В сплошном спектре длина волны уменьшается с ростом напряжения между электродами трубки, а в характеристическом – не зависит от напряжения. Интегральная интенсивность излучения трубки прямо пропорциональна анодному току и квадрату разности потенциалов между электродами.

Гамма-излучение представляет собой также как и рентгеновское - электромагнитное излучение, но с очень короткой длиной волны, в сотни раз меньше, чем у рентгеновского излучения. Гамма-лучи получают при распаде нестабильных изотопов. При этом энергия γ-квантов колеблется в больших пределах: от десятков кВ до 2-3 МэВ. Интенсивность (количество квантов) излучения γ-источников существенно ниже, чем у рентгеновских трубок, тем более, что она уменьшается во время эксплуатации источника. Время, в течение которого распадается половина первоначально полученного радиоактивного элемента, называется периодом полураспада. Возьмем для примера радиоактивный препарат Со⁶⁰, для которого период полураспада Т = 5.3 года. Если измерить первоначальную интенсивность излучения этого изотопа, то через 5.3 года интенсивность излучения уменьшится в два раза. Период полураспада не зависит от количества, формы и геометрических размеров источника излучения и у различных радиоактивных элементов колеблется от долей секунды до миллиарда лет.

Теперь рассмотрим сущность метода обнаружения внутренних дефектов посредством просвечивания изделий электромагнитным излучением.

Основным законом, позволяющим выявлять дефекты радиационным методом, является закон ослабления интенсивности излучения при прохождении через слой вещества. Это ослабление определяется толщиной просвечиваемого материала, его химическим составом и длиной волны излучения. Внутренние дефекты отливок и сварных швов (рис.3 и 4), обладающие меньшей плотностью, чем основной материал, будут ослаблять интенсивность в меньшей степени, чем сплошной материал изделия. На этом принципе и базируется радиационная дефектоскопия.

Техника получения снимков исследуемого объекта достаточно проста и схематично представлена на рисунке 7.

Рис.7

В просвечиваемом объекте, толщина которого d см, находится раковина, заполненная газом, толщина раковины х см. На этот объект падает пучок, например, рентгеновских лучей с интенсивностью Iо, который проходит через сплошной материал и дает некоторое почернение пленки в области В, а пучок рентгеновских лучей, проходящий через дефектный участок материала, будет вызывать . почернение пленки в области А. Почернения в областях А и В будут пропорциональны интенсивности излучения, попадающего на пленку (Р). Для области В интенсивность рентгеновских лучей будет равна:

Iв = Iо • е ^{–μ d} ,

А для области А, без учета поглощения излучения в возможной воздушной среде дефекта, она соответственно равна:

Iа = Iо • е ^{– μ (d – х)} ,где

μ - линейный коэффициент ослабления излучения для данного металла.

Мерой контрастности почернений пленки может служить отношение

Ia / Iв = Iо • е ^{– μ (d – х)} / Iо • е ^{–μ d} = е ^{μ х}.

Отсюда следует, что чем больше отношение этих интенсивностей (контрастность), тем легче выявить дефект. Если бы вместо газовой раковины в исследуемом объекте находился дефектный участок с большей плотностью, то на пленке проекция этого участка имела бы меньшее почернение.