Виды и описание радиационного контроля

Радиационные методы контроля основаны на просвечивании контролируемого объекта ионизирующим излучением и получении вследствие этого информации о его внутреннем строении с помощью преобразователя излучения.

По виду используемого излучения радиационные методы можно разделить на:

• рентгеновский метод и метод тормозного излучения ускорителей электронов, которые основаны в основном на применении тормозного излучения;
• гамма-метод - применяются радиоактивные источники γ-излучения;
• метод просвечивания потоком тепловых нейтронов или нейтронный метод.

Рентгеновское, тормозное излучение ускорителей электронов и γ-излучение являются по своей природе электромагнитными волнами высокой частоты, распространяющимися в вакууме со скоростью света. Источниками характеристического и тормозного ионизирующего излучения служат рентгеновские аппараты. Источниками высокоэнергетического тормозного ионизирующего излучения в диапазоне до 35 МэВ служат ускорители электронов. Источниками γ-излучений являются радиоактивные изотопы.

Поток тепловых нейтронов образуется при ядерных реакциях, происходящих при бомбардировке мишеней (бериллия и бора) α-частицами, протонами, нейтронами или γ-квантами очень высокой энергии. Тепловые нейтроны характеризуются энергией до 0,3 эВ. Проникающая способность нейтронов практически не зависит от плотности материала, но в большей степени поглощается органическими материалами содержащими лёгкие элементы (водород, литий, бор, кадмий, медь, свинец). Поэтому поток нейтронов эффективно используется для просвечивания материалов, которые не под силу исследовать с помощью рентгеновского и γ-излучения. Нейтронное излучение, возможно, эффективно использовать при контроле композитных материалов, клееных соединений и при оценке влажности материалов.

В зависимости от применения для регистрации результатов контроля преобразователя радиационные методы подразделяют на: радиографический, ксерорадиографический, радиоскопический, радиометрический, нейтронный метод (как разновидность радиометрического метода). При исследовании изделий, воспринимающих вращательное и колебательное движения, используются методы строборадиографии и строборадиоинтроскопии.

Радиографический метод основан на регистрации интенсивности рентгеновского излучения, взаимодействующего с контролируемым объектом, на рентгенографической пленке. Оптическая плотность почернения рентгенографической пленки зависит от дозы ионизирующего излучения, поэтому она больше на участках, перекрытых менее плотными (или менее протяженными в направлении просвечивания) местами контролируемого объекта. Вследствие этого выявляется картина внутреннего состояния контролируемого объекта. Время просвечивания исследуемых объектов определяется по номограммам экспозиции, которые обычно строят для каждого материала в зависимости от толщины просвечиваемого слоя, напряжения на аноде рентгеновской трубки (энергии излучения), анодного тока, фокусного расстояния (от источника излучения до пленки) типа применяемой рентгенографической пленки и усиливающих экранов.

Достоинства метода:

1. Возможность контроля в стационарных, полевых и монтажных условиях.
2. Контроль всех видов сварных соединений любой формы и размеров.
3. Высокая чувствительность контроля. При рентгенографии 1-3% от толщины стенки, а при гаммаграфии 3-5% от толщины стенки.
4. Определяется характер и размеры дефектов и остается документ после контроля.

Недостатки метода:

1. Дороговизна из-за содержания серебра на пленке.
2. Низкая производительность контроля (ручная фото-обработка).

Ксерорадиографический метод основан на получение изображения дефектов с использованием в качестве детектора излучения фотопроводниковой (обычно селеновой) заряженной пластинки, чувствительной к ионизирующему излучению, на поверхности которой электрические свойства изменяются в соответствии с энергией рентгеновского или гамма-излучения, воспринятого этой поверхностью. Под действием рентгеновского или гамма-излучения селен становится проводником. В результате происходит утечка заряда с поверхности пластинки. Остаточный заряд на любом участке пластинки будет однозначно связан с интенсивностью излучения, падающего на данный ее участок; при этом остаточный заряд будет тем меньше, чем больше интенсивность излучения. В тех местах пластинки, на которые попало излучение, прошедшее через дефект в контролируемом объекте (трещина, непровар, поры), остаточный заряд будет меньше, чем в других местах пластинки, соответствующих бездефектному участку изделия. Таким образом, в пластинке образуется скрытое электростатическое изображение внутреннего строения просвечиваемого объекта. Изображения проявляют, нанося на пластинку сухие красящие вещества (порошок), частицы которых притягиваются к пластинке оставшимся на ней электрическим зарядом. В связи с чем весь процесс получил название ксерорадиографии (от греч. xeros — сухой), а пластинки — ксерорадиографические.

Преимуществом данных методов радиографии является то, что в руках исследователя остаётся объективный документ, характеризующий состояние объекта в момент просвечивания.

Радиоскопический метод - основан на просвечивании контролируемых объектов ионизирующим излучением, преобразовании радиационного изображения объекта в светотеневое или электронное изображение и передаче этих изображений на расстояние с последующим анализом изображений на экране оптического устройства или телевизионного приемника. Таким образом, радиоскопия - это получение подвижного видимого изображения. На практике применяются установки визуального контроля с непосредственным наблюдением преобразователей на экранах (флуороскопического, рентгеновских электронно-оптических преобразователей, электронно-оптических усилителей видимого света, электролюминисцентного).

Достоинства метода:

1. Высокая производительность контроля (получаем информацию сразу на экран).
2. Чувствительность контроля 5-10% от толщины стенки.
3. Определяется характер и размеры дефектов.
4. Возможность контроля движущихся объектов со скоростью до 3 метров в минуту.

Недостатки метода:

1. Контроль только в стационарных условиях и однотипных объектов.

Радиометрический метод основан на просвечивании изделий ионизирующим излучением с преобразованием плотности потока или спектрального состава излучения, которое прошло сквозь деталь, в пропорциональный или электрический сигнал. Любая система радиометрического контроля содержит источник излучения, детектор, схему обработки и регистрации информации. Узкий пучок ионизирующего излучения перемещается по контролируемому объекту, последовательно просвечивает все его участка. Излучение, которое прошло сквозь объект, регистрируется счетчиком, на выходе которого формируется электрический сигнал с величиной, пропорциональной интенсивности излучения, зарегистрированного счетчиком. Электрический сигнал усиливается и регистрируется устройством, которым может быть самописец, осциллограф, миллиамперметр и т.д. При наличии дефекта в шве регистрирующее устройство отмечает рост интенсивности. Таким образом, радиометрия - это получение электрических сигналов под воздействием ионизирующего излучения.

Достоинства метода:

1. Высокая производительность контроля.
2. Дешевизна метода (отсутствие пленки).
3. Возможность контроля объекта с высокой температурой.

Недостатки метода:

1. Контроль однотипных деталей простой формы.

Рассмотрим некоторые из них, применяемые в настоящее время при осуществлении технического контроля и надзора за исследуемыми объектами.