Джерел g-випромінювання

У джерелах зі ¹⁶⁵ Sm наявні до 27 % домішок ¹⁵² Eu i ¹⁵⁴ Eu з лініями до 1, 5 МеВ. Наявність домішок в джерелах слід обов’язково враховувати при розрахунку товщини захисних блоків, в яких ці джерела розміщені.

Радіоізотопні джерела мають наступні достоїнства: невеликі габарити та масу, не вимагають джерел живлення і постійно готові до використання в будь-яких умовах.

Недоліками є необхідність для них спеціальних сховищ, зниження активності з часом.

Радіоізотопні джерела гальмівного випромінювання конструктивно виготовляють у вигляді ампул, заповнених b-активним ізотопом та матеріалом мішені. Бета-випромінювання, яке випускається ізотопом, взаємодіє з мішенню і збуджує гальмівне випромінювання з неперервним спектром (рис.2.5).

Матеріалом для мішені служать берилій, графіт, алюміній, магній та інш. Змінюючи мішень, можна від одного джерела дістати гальмівне випромінювання з різною максимальною енергією неперервного спектра.

Рисунок 2.5 – Типові апаратурні спектри гальмівного випромінювання радіоізотопних джерел

Основні характеристики радіоізотопних джерел гальмівного випормінювання:

1) “ИРИТ – 4”: складові ²⁰⁴ Tl і Be; ПЕД = 3, 6× 10^–7 Р/с; Т_1/2 =3, 78 року;

2) “ИРИС – 3”: складові ⁹⁰ Sr і Be; ПЕД = 4, 5× 10^–5 Р/с; Т_1/2 =28 років.

Радіоізотопні джерела швидких нейтронів – це ампули, які містять трансплутонієвий радіактивний ізотоп Cf спонтанного розпаду, або a-активний ізотоп (наприклад, ²¹⁰ Ро) в суміші з матеріалом мішені, чи g-активний ізотоп (наприклад, ¹²⁴ Sb) з мішенню, відділеною від ізотопа. У ролі

мішені використовуються Be, B, Li, F, C – для a-активних ізотопів, а для g-активних – Ве і дейтерій.

Для дефектоскопії в основному використовують джерела випромінювання ²⁵² Cf i (²¹⁰ Po + Be), оскільки вони забезпечують високий вихід нейтронів на 1 г ізотопу при малих значеннях енергії та ПЕД супутнього g – випомінювання. Джерела типу (¹²⁴ Sb + Be) мають високий рівень власного фону і вимагають таких методів детектування, які були б нечутливі до g – випромінювання. Але ці джерела забезпечують одержання низькоенергетичних нейтронів, що дає їм деяку перевагу при одержанні теплових нейтронів.

У радіаційній дефектоскопії в основному застосовуються теплові нейтрони, які одержуються при пропусканні швидких нейтронів через сповільнювач, виконаний із легких елементів.

2.2 Прискорювачі елементарних частинок

Електрони з енергіями від 1 до 30 МеВ для електронної дефектоскопії можна одержати з допомогою прискорювачів: бетатронів, мікротронів, лінійних прискорювачів і електростатичних генераторів.З їх допомогою можна одержати і інші види корпускулярного випромінювання і g - випромінювання шляхом обстрілювання спеціально підібраних мішеней. Так використовуючи мішені із дейтерію, тритію, Ве, ²³⁸ U чи Ві при обстрілі їх електронами можна дістати нейтронне випромінювання, а мішені із W чи Мо створюють гальмівне g - випромінювання.

Гальмівне випромінювання, одержане опроміненням мішені на прискорювачі має немоноенергетичний спектр, подібний випромінюванню рентгенівської трубки. Розмір фокусної плями вторинного гальмівного випромінювання прискорювачів має долі мм².

2.2.1 Бетатрон

Бетатрон – потужне джерело електронів на базі циклічного індуктивного прискорювача. Принцип його дії такий. Основна частина – це електромагніт з осьовою симетрією (рис.2.6).

Електрони рухаються в його магнітному полі, яке наростає в часі, під дією індукованого ним вихрового прискорюючого електронного поля, яке індукується змінним магнітним полем.

Силові лінії електронного поля – коаксіальні кола. Постійне магнітне поле утримує електрони на круговій орбіті.

Котушки електромагніту живляться від мережі змінного струму. Електрони повинні рухатись в вакуумі (постійно відкачують або відкачана і запасна камера).

На початку періоду інжектор, виконаний як високовольтний електронний інжектор (катод, прискорюючий електрод і анод) вприскує в вакуумну камеру порцію електронів. Для цього є окрема імпульсна високовольтна схема. Друга високовольтна схема є для системи скидання електронів з колової орбіти. Може бути третя схема для виводу електронів із камери в атмосферу. Деколи друга і третя схеми об’єднані.

1 – камера, 2 – електромагніт, 3 – інжектор, 4 – мішень

Рисунок 2.6 – Схематична будова бетатрона

За чверть періоду напруги живлення (біля 5 мс при

f = 50 Гц) електрони зроблять декілька мільйонів обертів і наберуть необхідну енергію. У кінці четверті періоду, коли ще відбувається прискорення, на зміщуючі обмотки подається імпульс струму, який заставляє електрони зсунутись з орбіти і вони попадають в потрібну область поза камерою чи на мішень всередині, встановленого для одержання гальмівного випромінювання. Змінюючи момент подачі імпульса струму в зміщуючі обмотки, можна регулювати енергію електронів, які попадають на мішень.

Різні типи бетатронів дають пучки електронів з енергіями від 1 до 300 МеВ, що дозволяє просвічувати матеріали (сталь) від 10 до 600 мм.

Їхня вага від десятків до декількох (5) тисяч кг, а їхня ПЕД на віддалі 1м в Р/с – 0, 0003¸ 13 Р/с (табл. 2.3). Легкі бетатрони – переносні, інші – стаціонарні. Існують бетатрони імпульсні, двохпроменеві.

Таблиця 2.3 – Основні характеристики переносних

і пересувних бетатронів

Переносні і пересувні бетатрони – для радіографічного НК якості різних примислових виробів і зварених з’єднань безпосередньо в заводських цехах і на будівельних площадках. Стаціонарні бетатрони призначені для роботи в спеціально обладнаних лабораторіях радіаційного контролю.

Вони відрізняються від транспортабельних бетатронів підвищеними потужністю дози і енергією гальмівного випромінювання, а також більшою масою і габаритами.

При експлуатації стаціонарних установок в дефектоскопічних лабораторіях випромінювач монтують на нерухомій основі, або на мостовому крані, або на спеціальному механізмі переміщення. Особливу групу стаціонарних бетатронів складають сильнострумові бетатрони і стереобетатрони неперервної та імпульсної дії.

Сильнострумові бетатрони використовують для високопродуктивного НК якості виробів великої товщини.

Імпульсні установки застосовують для дефектоскопії рухомих ОК і знімання швидкорухомих процесів. Наприклад, при просвічуванні стальних виробів товщиною 200 і 510 мм гальмівним випромінюванням сильнострумового бетатрона час просвічування становить 3с та 40 хв. відповідно.

Випромінювання бетатрона, як і гальмівне випромінювання прискорювачів електронів других типів, характеризуються немонохроматичністю спектру.

Максимальна енергія в спектрі гальмівного випромінювання трохи менша максимальної енергії прискорених в бетатроні електронів, але квантів з такою енергією в спектрі випромінювання дуже мало.

Ефективна енергія випромінювання залежить від максимальної і становить звичайно 0, 3 – 0, 5 цієї величини.

Важливими характеристиками прискорювача є розміри фокусної плями і просторовий розподіл потужності ПЕД ІВ в робочому пучку (рис.2.7).

Розміри фокусної плями визначають геометричну нерізкість. На відміну від рентгенівських апаратів, лінійних прискорювачів і мікротронів, розміри фокусної плями на мішені бетатрона малі і становить долі мм².

Кутовий розподіл ПЕД гальмівного випромінювання в робочому пучку бетатронів для енергії 35 МеВ на рис.2.8.

Половинний кут конуса j в радіанах, в який випускається гальмівне випромінювання прискорювача, з

достатньою точністю може бути виражений:

, (2.5 )

де Е_мах – максимальна енергія гальмівного випромінювання (МеВ).

Рисунок 2.7 – Спектральний розподіл гальмівного

випромінювання бетатрона

Завдяки наявності квантів високої енергії бетатронами можна проводити радіографічний НК виробів складної форми без застосування спеціальних компенсаторів. Основна перевага бетатрона перед іншими пристроями – простота і надійність в експлуатації. Крім того, можна плавно регулювати енергію, ПЕД ІВ, для кожного конкретного випадку вибрати режим роботи прискорювача (енергію випромінювання) і добитись більш високої виявлювальної здатності дефектів.

Застосовуючи в ролі джерела проникаючого випромінювання бетатрона, можна контролювати якість стальних виробів товщиною до 600 мм з використанням методів і засобів промислової радіографії і радіометричної дефектоскопії.