English
Главная / Статьи / Рентгенографический контроль импульсными аппаратами

Особенности рентгенографического контроля импульсными аппаратами

Рентгенографический контроль импульсными аппаратами, в целом, аналогичен контролю, выполняющемуся с помощью других видов источников рентгеновского излучения. Вместе с тем, имеется и ряд характерных особенностей, обусловленных спецификой этого рода устройств.

 

В то время как излучение рентгеновских аппаратов с постоянным или пульсирующим напряжением на рентгеновской трубке представляет собой непрерывный поток рентгеновских фотонов, в той или иной степени лишь слегка промодулированный формой тока и напряжения на трубке, излучение импульсных рентгеновских аппаратов имеет вид  пачек рентгеновских фотонов, с огромной плотностью фотонов в пачке. Это обусловлено тем, что, как указано в статье, вся накопленная энергия выделяется в виде излучения в течение 10-20 нс. Поскольку в таком импульсе излучается порядка 1010 рентгеновских фотонов, то плотность потока составляет порядка 1018 фотонов/с.

Вместе с тем, время накопления энергии для следующего импульса достаточно велико, порядка 0,1с, поэтому суммарная или интегральная доза излучения за какое-то время достаточно мала. Более того, она в несколько десятков раз меньше, чем у непрерывно излучающих аппаратов при том же напряжении.

Благодаря тому, что рентгеновская пленка имеет свойство накапливать изменения, происходящие в ней под действием излучения, результат его воздействия не зависит от того, попадает ли излучение на пленку в виде непрерывного потока фотонов или импульсов, несущих сразу большое их количество. В первом случае плотность потемнения пленки линейно растет во времени, тогда как в последнем это изменение происходит "ступеньками". Другими словами, если для непрерывно излучающих аппаратов справедлива формула:

D = Pt,

где: D -доза излучения, накопленная за время t;
Р
- мощность дозы излучения,

то для импульсных рентгеновских аппаратов:

D = D1N, = D1ft

где D1 - доза, полученная пленкой за один импульс,
N - число импульсов излучения за время t
f - частота следования импульсов.

Таким образом D1f является средней мощностью дозы излучения для импульсных аппаратов.

 

Другая существенная особенность рассматриваемых аппаратов заключается в спектре их излучения, т.е. относительном содержании в составе излучения фотонов тех или иных энергий или длин волн.

Вследствие того, что излучение в импульсных аппаратах происходит при разряде источника высокого напряжения через рентгеновскую трубку, спектр излучения отличается от "классического", соответствующего постоянному напряжению на трубке и имеет вид:

f(λ) = (λ-λ0)24,

где: λ0-коротковолновая граница, определяемая напряжением на трубке.

Максимум этого спектра, т.е. эффективная длина волны излучения

λM = 2λ0

или соответственно эффективная энергия:

Еэфф0/2,

где: Е0 - энергия, численно равная амплитуде приложенного к трубке напряжения.

Напомним, что для аппаратов с постоянным напряжением

Еэфф = (2/З)Е0,

Спектр излучения импульсных аппаратов и аппаратов с постоянным напряжением показаны на рис.1.

рис. 1

Наглядно видно, что спектр импульсного аппарата сдвинут в сторону больших длин волн, т.е. меньших энергий, иначе говоря, соответствует меньшей "жесткости" излучения. Интересно отметить, что соотношение выполняется также для бетатронов.

Зависимость рентгенографических характеристик от формы спектра излучения заложена в формуле

I=I0 * exp(-μd)

где: I0 - интенсивность падающего на слой вещества толщиной d рентгеновского излучения;
I - интенсивность излучения, прошедшего сквозь него;
μ - коэффициент ослабления, зависящий как от энергии (длины волны) фотонов, так и от атомарного состава и плотности вещества поглотителя.

Практическим следствием большой протяженности спектра, т.е. наличию в нем фотонов с энергиями как близкими к приложенному напряжению, так и с гораздо меньшими, является возможность контроля более широкого диапазона толщин и плотностей материала при одном напряжении на трубке.

 

Существенной особенностью импульсных рентгеновских аппаратов является отсутствие регулировки тока и напряжения. Поэтому, решение задачи контроля заданных толщин и материалов должно начинаться с подбора аппарата с соответствующим напряжением срабатывания разрядника-обострителя.

Отсутствие регулировки тока перекрывается выбором экспозиции, т.е. количества импульсов излучения.

При определении условий рентгенографирования, т.е. при выборе пленок, экранов, фокусных расстояний и т.д. следует иметь в виду, что средняя мощность излучения импульсных аппаратов невелика и поэтому следует стараться (насколько это позволяют требования к выявляемости дефектов и качеству снимков в каждом конкретном случае) выбирать:

  • съемку с флуоресцентными или флуорометаллическими экранами;

  • съемку на пленку с наибольшей возможной чувствительностью. Применение высококонтрастных пленок оправдано лишь при контроле незначительных толщин или легких материалов;

  • съемку при минимально допустимых фокусных расстояниях,поскольку экспозиция возрастает как квадрат фокусного расстояния;

  • применение методов съемки, позволяющих сократить просвечиваемую толщину и/или фокусное расстояние. Например, панорамное просвечивание предпочтительнее направленного, т.к. просвечивается только одна стенка вместо двух и с фокусного расстояния равного радиусу вместо диаметра.

 

Выполнение этих рекомендаций не только повышает эффективность использования аппарата, но и экономит его ограниченный ресурс.

Применение флуоресцентных экранов желательно, т.к. существенно (в десятки раз) уменьшает необходимую экспозицию. Наибольшее усиление из выпускаемых в настоящее время имеют экраны серии ВП. Они, в то же время, имеют и наибольший размер зерна, т.е. обеспечивают только удовлетворительную контрастную чувствительность.

Применение флуорометалиических экранов в любом случае желательно, т.к. они обеспечивают достаточно высокое качество контроля при экспозициях не превышающих нескольких минут.

Металлические усиливающие экраны могут использоваться с соответствующими типами пленок. Следует, однако, иметь в виду, что толщины применяемых свинцовых экранов должна быть в пределах 20-50 мкм. В этом случае их коэффициент усиления, т.е. сокращение экспозиции при их применении составляет 1,2-1,5. Применение свинцовых экранов с толщиной 100 мкм и более категорически недопустимо, т.к. их фильтрующее (ослабляющее) действие превысит эффект усиления и вместо сокращения экспозиции приведет к ее увеличению.