БІЛОРУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
В«Радіоактивні і радіаційні методи неруйнівного контролю В»
МІНСЬК, 2008
Радіаційні та радіоактивні методи НК (РНК) базуються на В«просвічуванніВ» об'єктів рентгенівським або гамма-випромінюванням, потоками нейтронів, протонів або електронів з безпосередньою або наступною реєстрацією тіньового зображення (рис.1).
Рис.1. Схема РНК
1 - джерело; 2 - виріб; 3 - детектор; 4 - дефект
При проходженні через виріб, іонізуюче випромінювання послаблюється в результаті поглинання і розсіяння. Ступінь ослаблення залежить від товщини і щільності контрольованого об'єкта. При наявності в речовині внутрішніх дефектів з певними розмірами різко змінюються інтенсивність та енергія проходить через ці дефекти пучка випромінювання.
При контролі РЕА методи РНК дозволяють без розтину кожухів апаратури та її елементів, а іноді і без вилучення елементів зі схем, без випоювання їх з апаратури, визначити наявність внутрішніх монтажних дефектів, виявляти присутність сторонніх часток у внутрішніх порожнинах апаратури і елементів, виявляти поломки деталей, обриви і замикання провідників.
Методи РНК розрізняють за видами іонізуючого випромінювання і способам реєстрації дефектоскопічних інформації.
В РНК використовують наступні види електромагнітних випромінювань і потоків частинок (рис.2):
В· пЃ§-випромінювання (пЃ¬ <0.01 нм);
-->p>
В· рентгенівське випромінювання (0.01 <пЃ¬ <1.0 нм);
В· потоки легких заряджених частинок;
В· потоки важких частинок.
Рис. 2. Різновиди іонізуючих випромінювань, використовуваних в РНК
Природа рентгенівського випромінювання - електронну взаємодію атомів. Рентгенівське випромінювання або x-промені виникають в результаті втрати атомом внутрішнього електрона (Тобто електрона на одному із внутрішніх електронних рівнів). При цьому зовнішній електрон швидко переходить в більш низький стан з тим, щоб замістити внутрішній втрачений електрон, і випускає квант енергії електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі від 0.01 до 1.0 нм. Атоми можуть втрачати електрони при їх бомбардуванню пучком електронів, прискорених до декількох десятків і сотень тисяч вольт.
В Як джерело рентгенівського випромінювання використовують рентгенівські трубки (Рис.3).
Рис. 3. Схема рентгенівської трубки
1 - катод; 2 - фокусують пластини; 3 - нитка напруження; 4 - анод;
5 - пучок електронів; 6 - потік рентгенівського випромінювання
Природа пЃ§-випромінювання - взаємодія елементарних частинок ядер атомів. Згідно корпускулярно-хвильовий теорії ядро ​​атома складається з набору нуклонів, утримуються між собою силами ядерної взаємодії, у багато разів перевищують сили електростатичного відштовхування. Розрізняють два типи нуклонів: нейтральні частки - нейтрони і позитивно заряджені частинки - протони, приблизно рівні по масі. Протони несуть позитивний заряд по абсолютній величині рівний заряду електрона. Нуклони також як і електрони мають спіновим моментом і певної потенційної і кінетичної енергією, що дозволяє їм займати відповідні енергетичні рівні в ядрі атома.
пЃ§-випромінювання - це електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі <0.01 нм. Воно виникає в результаті квантового переходу нуклона з високого енергетичного рівня на більш низький. Високі енергетичні рівні нуклони можуть займати у збудженому стані. Порушення ж ядра можна здійснити шляхом бомбардування ядер важких атомів вільними нейтронами. Наприклад, якщо нейтрон потрапляє в ядро U238 (238-середній атомну вагу), то утворюється порушену ядро ​​(U239) *. Це ядро ​​розпадається на звичайне (не збуджений) ядро ​​U239 і пЃ§-квант:
(U239) * п‚® U239 + пЃ§.
Це явище називається У-розпадом. Крім пЃ§ пЂ розпаду ядра важких атомів схильні ще й пЃЎ - і пЃў-розпадів, продуктами яких є пЃЎ - і пЃў-частинки.
пЃЎ-розпад можна уподібнити ассиметричная поділу ядер важких атомів, при якому первісне ядро ​​M розщеплюється на невелику пЃЎ-частинку, еквівалентну ядру атома гелію (із зарядом +2 і вагою 4), і велике кінцеве ядро M ':
M п‚® M '+ пЃЎ,
пЃЎ-розпад - це природно відбувається процес з ядрами атомів, що мають атомний номер вище 82 (свинець). Для речовин, що мають атомний номер вище 92 (уран) час життя відносно альфа-розпаду стає істотно менше віку Землі. Цим пояснюється відсутність подібних елементів у природі в природному вигляді. Прикладом пЃЎ-розпаду може є розпад радію на радон і гелій:
Ra22688 п‚® Rn22286 + He42.
пЃў-розпад - це процес розподілу елементарних ядерних частинок, продуктом якого є вільні електрони (названими спочатку при відкритті пЃў-розпаду пЃў-променями) і нейтрино. Прикладом пЃў-розпаду може служити розпад вільного нейтрона:
N п‚® P + е-+ пЃ® -,
де P - Протон, е-- електрон, пЃ® - антинейтрино.
пЃ§ -, пЃЎ - і пЃў-розпади супроводжуються виділенням енергії, яка несеться продуктами розпаду - пЃЎ - і пЃў-частками і пЃ§-квантами, чим і пояснюється їх висока проникаюча здатність. Однак пЃ§-кванти володіють істотно більшою проникаючою здатністю в порівнянні з пЃЎ - і пЃў-частками, тому їх переважно і використовують при контролі якості виробів.
Характер взаємодії заряджених частинок з матеріалами, застосовуваними в радіоапаратурі і її елементах, істотно відрізняється від характеру взаємодії рентгенівських і пЃ§-квантів. Тому при використанні заряджених частинок виникають додаткові можливості отримання інформації про стан контрольованих виробів.
Всі види заряджених частинок можна умовно розділити на дві великі групи: легкі (електрони, позитрони) і важкі (протони, пЃЎ-частинки, іони).
Електронна дефектоскопія зазвичай здійснюється при використанні виведеного пучка електронів з бетатронів або лінійних прискорювачів. Реєстрація електронів, пройшли, відображених або розсіяних виробом під різними кутами до напрямку падаючого пучка, дозволяє судити про товщину покриттів, порушеннях внутрішньої геометрії та суцільності виробів, появі сторонніх включень і інших дефектах. Використання електронної дефектоскопії вельми корисно при контролі якості феритових виробів для хвилеводів та інших елементів РА.
Перспективним методом контролю шаруватих середовищ є метод позитронної дефектоскопії. Він заснований на вимірюванні кутового розсіювання або енергетичного розподілу позитронів, що пройшли або відбитих від контрольованого об'єкта. Із способів контролю шаруватих структур найбільший інтерес представляє спосіб, заснований на ефекті анігіляції позитронів. Цей спосіб дозволяє контролювати товщину і порушення геометрії шарів в багатошарових виробах, в тому числі за бар'єрами з матеріалів з більш високими або більш низькими атомними номерами, а також контролювати наявність і щільність дислокацій (що необхідно для прогнозування, наприклад, втомної міцності) і виявляти в матеріалах поява радіаційних дефектів або результатів програвав.
Потоки важких заряджених частинок (ТЗЧ) можуть проникати у виріб на значну глибину і мають досить обмежений розкид пробігу по глибині. Пробіг ТЗЧ зростає зі зростанням її енергії Е і залежить від положення матеріалу контрольованого виробу в таблиці Менделєєва. Характерною особливістю закону зміни втрати енергії на одиницю шляху DЕ/dx для ТЗЧ є наявність різкого збільшення втрат (піку) в кінці пробігу, званого піком Брегга. В силу наявності таких піків є можливість точного пошарового контролю виробів.
Вільні нейтрони в протилежність зарядженим частинкам при проходженні через речовину втрачають незначну частину енергії. Цим пояснюється їх висока проникаюча здатність. В...
