Семенов А.П. Конспект лекций. Радиационная дефектоскопия промышленных изделий
Подождите немного. Документ загружается.
..
А.П.
Семенов
Конспект
лекций
Радиационная
дефектоскопия
...,
промышленных
изделии
Москва
2000
"
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
,.. .. ... I
Физнко-техннческне
ОСНОВЫ
раднационныв
методов
контреля
2
1.
Прнрода
ионнзнрующих
излучений
'" , 2
\.\.
Строение
атома.
Модель
атома
Резерфорда-Бора
2
\.2.
Строение
атомного
ядра
.
Изотопы
, 3
1.3.
Естественная
радиоаl<fНВНOCfЬ
.4
1.4.
Искусственная
радиоal<fНВНOCfЬ
, 6
1.5.
Закон
радиоактивного
распада
'" 6
2.
Рентгеновское
излученне
8
2.1.
Рентгеновская
трубка
8
2.2.
Основные
свойства
pemтeHOBCKOГO
и у
-излучения
10
2.3.
Дозы
нзлучения
1
О
2.4.
Ослабление
рентгеновского
и
у-излучения
веществом
12
2.5.
Основной
закон
радиационной
дефектоскопии
.. 15
2.6.
Диаграмма
Эвавса
15
2.7.
Двойная
функция
усlUlНВающих
металлических
экранов
16
2.8.
Способы
нейтрализации
рассеянного
излучения
,. 17
2.9.
Коэффициент
рассеянного
излучения
...
18
2.\
О
.
Слой
половинного
ослаблеиия..
. .
..
18
2.\ 1.
Физические
и
химические
эффекты
воздействия
рентгеновского
и
у-излучения
на
веществог.
л
. .
18
3.
Способы
регИСТРЯЦIIН
ионнзирующего
излучения
20
3.1.
Ионнзационный
метод
21
3.2.
Сцинтнлляционный
метод
23
3.3.
Рентгенооптическяе
преобразователи
24
3.3.
Электронооптические
преобразователи
(ЭОЩ
25
3.4.
Рентгеновидикон
'"
_.
26
3.5.
Рентгеногелевизонные
системы
(РТС)
27
4.'
Радиографический
метод
контроля.
. .
28
4.\.
Основы
радиографии
, 2R
4.2.
Основные
параметры
радиографии
, ,. 28
5.
Средства
н
техиика
радио
графин
32
5.1.
Радиографическая пленка
и
ее
строение
, 32
5.2.
Классификация
радиографических
пленок
, " 32
5.3.
Характеристическая
кривая
радиографической
пленкн
33
5.4.
Характеристики
радиографического
снимка
36
5.5.
Факторы
,
влияющие
на чувствительность
радиографического
контроля
..
.
37
5.6.
Обработка
радиографических
снимков
... 38
5.7.
Оборудование
для
фотообработки
пленки
...... ... ..... 42
5.8.
Ошибки
при
фотообработке
пленки
,. 42
6.
Источники
ионнзирующего
излучения
о
,
•••
• •• • 43
6.1.
Радионуклидные
источники
43
6.2.
Рентгеновские
аппараты
45
7.
Методика
рентгенографического
контроля
50
7.1.
Основные
термины
и
определения
...
50
7.2.
Условия
невыявления
дефектов
при
рентгенографическом
контроле
50
7.3.
Методика
рентгенографического
контроля
51
7.4.
Типовые
cxel)lLI
просвечивания
изделий
'" '" 59
. 7.5.
Примеиение
компенсаторов
в
раднографин
с
..
63
7.6.
Расчет
геометрии
просвечивания
, ;. ... 65
7.7.
Определение
BpeMe,1Н
экспозиции
66
7.8.
Требования
craидарта
к
снимкам,
допущенным
к
расшифровке
'" 66
7.9.
Расшифровка
снимков
0 . • • • •
••
• • •
••
•
••
• • • • 67
7.10.
Нормы
оценки
качеcrва
сварных
соединений.
..
68
7.\ 1.
Ксерораднографический
метод
дефектоскопии
69
8.
Радиационная
безопасность
, :..... 72
8
.\.
Биохимическое
действие
ионизнрующего
излучения
'" 72
Экзаменацнонный
вопросник
для
специалистов
на
11
уровень
квавификации
74
Лнтература
78
'.
Введение
к
неразрушающим
методам
контроля
относятся
следующие
методы:
1.
радиационные;
2.
акустические
(УЗК,
акустико-эмиссионный
и
др.);
3.
магнитные;
4.
капиллярные
и
др.
~
\
Главными
параметрами
любого
метода
контроля
являются:
чувствительность
метода
к
дефектам
(выявляемость
дефектов);
производительность
метода
(скорость
выявления
дефектов)
.
Радиационный
метод
контроля
Достоинства
метода
:
1.
высокая
выявляемость
объемных
дефектов;
2.
наглядность;
3.
документальность.
Недостатки
метода:
1.
необходимость
двухстороннего
доступа
к
объекту
исследования;
2.
радиационная
опасность;
3.
необходимость
в
специальном
помещении
для
работы.
Ультразвуковой
метод
контроля
Недостатки
метода:
наличие мертвой
зоны
в
области
малых
толщин
исследуемых
объектов
(по
рядка
6
мм.);
трудность
идентификации
результатов
контроля;
необходимость
механической
подготовки
к
контролю
(Rz =40... 60).
Достоинства
метода:
высокая
выявляемость
плоскостных
дефектов;
практически
неограниченная
толщина
контроля
(до
1
м.
И
более);
возможность
высокой
автоматизации
и
механизации.
~~
.
'
1.
2.
3.
с'
1.
2.
3.
2
Физико-технические
основы
радиационных
методов
контроля
1.
Природа
ионизирующих
излучений
1.1.
Строение
атома.
Модель
атома
Резерфорда-Бора
Атом
представляет
собой
электродинамическую
систему,
состоящ
ую
из
положительного
заряженного
ядра
и
окружающих
его
электронов,
ДВИЖУЩИХСЯ
по
стационарным
круговым
орбитам
с
определенными
радиусами
.
Эл
е
к
т
р
о н
пр
едставляет
собой
отрицательно
з
а
р
я
ж
е н
ну
ю
частиц
у
,
з
а
р
я
д
котор
ой
11
0
а
бсо-
лютной
величине
равен
е-
= 1,6·10-19
Кл
.
Это
элементарный
(наименьши
й
)
з
а
ряд,
который
принят
за
единицу
количества
электричества.
-8 -13
Размер
атома
составляет
порядка
1
О
см.
,
а
размер
ядра
- 1
О
см.
Заряд ядра атома
можно
запис
а
ть
ка
к
произведение
порядкового
номера
химического
элемента
в
таблице
Менделеева
(Z)
на
заря
д
электрона
(е ):
Электроны
в
атомах
расположены
на
определенных
энергетиче
ских
уровнях
(К,
L,
М,
N...).
Чем
ближе
э
л
е
к
тр
о
н
расположен
к
ядру
,
тем
выше
энергия
связи
электрона
с
ядром,
тем
больше
энергии
нужно
затратить
для
вырывания
элек
трона
из
атома
.
В
нормальном
состоянии
атом
нейтрален
.
А
том
излучает
или
п
о
г
лощает
энергию
только
в
случае
перехода
из
одного
энергетического
состояния
в
дру
гое.
В
рез
ультате
соударения
с
другим
атомом
,
с
заряженной
частицей
или
при
поглощении
фотона
атом
может
перейти
в
возбужденное
состояние.
При
пере
ходе
из
возбужденного
состояния
в
невозбужденное
атом
испускает
кванты
вполне
определенной
энергии.
3
При
больших
Z
энергия
этих
квантов
может
соответствовать
рентгенов
скому
излучению.
Полученное
таким
образом
излучение
называется
характери
стическим,
энергия
которого
увеличивается
прямо
пропорционально
z.
1.2.
Строение
атомного
ядра.
Изотопы
Ядро
атома
состоит
из
протонов
и
нейтронов
или,
другими
словами,
ну
клонов.
Протон
-
элементарная
частица,
обладающая
единичным
положитель
ным
зарядом
.
Нейтрон
-
элементарная
частица,
не
обладающая
зарядом
.
Отношение
массы
протона
т
р
к
массе
электрона
те
примерно
равно
от
ношению
массы
нейтрона
пт,
К
массе
электрона
и составляет:
т т
-Е...::::::
_n
::::::
1836
те те
Протон
может
превращаться
в
нейтрон
и
наоборот
:
р
~n+
jЗ+
+У
n--+р+jТ+v
р
-
протон;
n -
нейтрон;
v -
нейтрино;
13-
-
электрон
13+
-
позитрон;
v -
антинейтрино.
Позитрон
-
элементарная
частица,
обладающая
той
же
массой,
что
и
электрон
,
но
несущая
заряд
противоположного
знака
.
Нейтрино
-
элементарная
частица
,
не
имеющая
электрического
заряда
(масса
покоя
много
меньше
массы
электрона).
Суммарное
число нейтронов
·
и
протонов
(нуклонов)
в
ядре
называется
массовым
числом:
A=Z+N
где
Z -
число
протонов
в
ядре
(номер
элемента
в
периодической
таблице
химических
элементов),
N -
число
нейтронов
в
ядре.
56
г
Например:
26
пе
А
= 56,
Z=
26.
Число
протонов
в
ядре
определяет
заряд
ядра:
Чя
=Z·e
где
е
-
величина
элементарного
заряда
.
4
Изотопы
-
атомы,
ядра
которых
имеют
одинаковые
заряды
,
но
разные
массовые
числа
(например
,
изотопы
селена
75Se,
79Se;
изотопы
углерода
12с,
1
4
с
)
.
Ядерные
силы
,
удерживающие
протоны
(р)
и
нейтроны
(п)
в
ядре,
дейст
вуют
на
очень
малых
расстояниях
(10·15
м)
и
имеют
величину
несколько
МэВ
(для
сравнения
-
кулоновские
силы
имеют
значения
порядка
десятков
кэй)
,
Е
мэв/н
уклон
о
50 110
23
8
и
92
А
Устойчивость
ядер
резко
возра
стает
с
увеличением
массового
числа
А
и
достигает
максимума,
оставаясь
примерно
постоянной
(от
'
50
до
11
О)
;
при
А
~
120
устойчивость
ядер
уменьшает
ся
.
По
мере
увеличения
порядкового
номера
химического
элемента
в
перио
дической
таблице
(Z)
число
протонов
в
ядре
возрастает,
и
кулоновские
силы
отталкивания
становятся
существенными
.
У
элементов
с
Z > 82
ядерные
силы
не
способны
обеспечивать
полную
устойчивость
ядер,
и
начинаются процессы
их
внутренней
перестройки.
Более
тяжелые
ядра
превращаются
в
более
легкие
(с
меньшими
Z) -
происходит
радиоактивный
распад
.
....
.
1.3.
Естественная
радиоактивность
-
Естественная
радиоактивность
-
спонтанный
распад
неустойчивых
ядер,
сопровождаюшийся
а-,
Р-,
у-
излучением
.
5
а
-
расnад-
радиоактивный
распад
с
испусканием
а-частиц
(ядра гелия
;
Не),
при
этом
массовое
число
А
исходного
элемента
уменьшается
на
4,
а
чис
ло протонов
Z
уменьшается
на
2.
2i:Ra~2i;Rn+~He
+
у
где
у
-
показывает
присутствие
у
-
излучения
.
,.
р
-
распад
-
р~спад,
при
котором
ядро
испускает
Р-частицу
-
электрон
и
антинейтрино,
при
этом
массовое
число
А
исходного
элемента
остается
неиз
-
\;
менным,
а
число
протонов
Z
увеличивается
на
1.
4ОК
4Ос
р-
-
19
~20
а+
+у
r-
излучение
представляет
собой
фотонное
излучение
с
дискретным
спек
тром,
возникающее
при
изменении
энергетического
состояния
атомных
ядер
.
То
есть,
испустив
а- и Р-частицы,
ядро
освобождается
от
избытка
энергии,
но
еще
может
оставаться
в
возбужденном
состоянии.
При
переходе
из
возбужден
ного
состояния
в
невозбужденное
(основное)
с
более
низким
уровнем
энергии,
ядро
излучает
энергию
в
виде
у
-
квантов.
J
t
о
:с
..
:с
u
:с
~
:s:
Ренггеповское
излучение
J )1'
у
-
излучение
11..
с-чаотицы
обладают
наибольшей
ионизирующей
способностью,
пробег
в
воздухе
до
3-4
см,
в
живой
ткани
0,1
мм,
экранируется
листом
бумаги
.
р-частицы
-
имеют
меньшую
ионизирующую
способность,
но
обладают
большим
проникающим
действием
.
Пробе
г
в
воздухе
до
1
О
м,
в
живой
ткани
10-15
мм.
Экран
-
алюминий
(5
мм).
6
у-излучение
обладает
наименьшей
ионизирующей
способностыо,
но
-наи
большей
проникающей.
Защита
осуществляется
с
помощью
свинцовых
экра
нов.
1.4.
Искусственная
радиоактивность
Искусственная
радиоактивность
-
радиоактивность,
вызванная
искусст
венным
путем.
Для
-
этих
целей
используются
высокоэнергетические
частицы
:
а-частицы,пр~тоны,
ядра
тяжелого
водорода
(дейтроны).
Однако
наиболее
распространенным
методом
получения
радиоактивных
веществ
является
использование
нейтронов
в
специальных
реакторах.
Пример
получения
искусственных
радиоактивных
изотопов
:
59с
БОс
-
27
O+n~27
о+у
1~Co~;~Ni
+
р-
+v+r
1.5.
Закон
радиоактивного
распада
N = N
ое
-л·(
где
:
N
o-
начальное
число
радиоактивных
ядер.
N -
число
радиоактивных
ядер
по
истечении
времени
t
(число
ос
тавшихся
ядер);
Л
-
постоянная
распада
(показывает
на
долю
распавшихся
ядер
за
единицу
времени
от
первоначального
числа
радиоактивных
ядер,
а
также
вероятность
распада
радиоактивных
ядер
в
еди
ницу
времени).
7
Период
полураспада
-
время,
в
течение
которого
количество
радиоактив
ных
ядер
уменьшается
вдвое.
Каждый
элемент
имеет
свой
период
полураспада.
т
= 0,693
~ Л
Величина
периода
полураспада
может
быть
от
долей
секунды
до
милли
ардов
лет.
Активность
-
показывает
число
распавшихся
радиоактивных
ядер
в
еди
ницу
времени
.
А=Л·N
[Бк]
Единица
измерения
активности
в
СИ
-
Беккеgел
:
[Бк]
(l
Бк
- 1
распад
в
секунду),
внесистемная
единица-
,Кюри
JКu]
(1 Ku = 3,7'1010
Бк)
.
Удельная
активность
-
активность
одного
килограмма
радиоактивного
вещества.
т
Л·N
Ауд
=
[~]
Интенсивность
характеризуется
количеством
лучистой
энергии
Е,
излу
чаемой
за
единицу
времени
на
единицу
площади,
расположенной
перпендику
лярно
к
направлению
излучения
на
расстоянии
R
от
источника
излучения.
с
Е
J=
-
--
----
4
-х-
R
2
.(
8
2.
Рентгеновское
излучение
2.1.
Рентгеновская
трубка
Рентгеновское
~злучение
имеет
ту
же
природу,
что
ну
-излучение,
подчи
няясь
одним
и
тем
же
закономерностям
при
взаимодействии
с
веществом.
Принципиальная
разница
между
ними
лишь
в
ме
ханизме
их
возникновения.
Рентгеновское
излучение
получают
в
результате
торможения
электронов
на
аноде
рентгеновской
трубки,
у-излучение
является
продуктом
распада
ядер.
Рентгеновская
трубка
представляет
собой
двухэлектродную
систему
,
со
стоящую
из
анода
и
катода,
заключенную
в
герметичный
стеклянный
баллон
.
с
высокой
степенью
разрежения
.
Катод
является
источником
электронов
и
конструктивно
выполнен
в
виде
вольфрамовой
спирали,
КО"ТОfl"';'
.
при
работе
разогревается
до
температуры
около
эосо
-с
током
3...6
А
от
трансформатора
накала
напряжением
6
...
12
В.
Анод
служит
для
торможения
электронов
и
представляет
собой
вольфрамовую
пластину,
которая
:
"
Р
Vl
6
Д
Р
.l(
1
;;11{пустотелом<;медномjЦИЛИНДеУ,
охлаждаемомуво
время
раб~ты.
-220/380
В
u
35...420
кВ
·
10-4••.10-8
~IM.
рт,
СТ.
зооо'С
6.••12
В
3
;
;.6А
п
-220/380B
Электроны,
эмиттированные
катодом,
разгоняются
приложеиным
между
анодом
и
катодом
ускоряющим
полем
(35...420
кВ).
При
соударении
эпектро-