Промышленная радиография — это метод неразрушающего контроля , в котором ионизирующее излучение используется для проверки материалов и компонентов с целью обнаружения и количественной оценки дефектов и ухудшения свойств материалов, которые могут привести к выходу из строя инженерных конструкций. Он играет важную роль в науке и технологиях, необходимых для обеспечения качества и надежности продукции. В Австралии промышленный радиографический неразрушающий контроль в просторечии называют «бомбардировкой» компонента «бомбой».
В промышленной радиографии используются либо рентгеновские лучи , генерируемые рентгеновскими генераторами , либо гамма-лучи , генерируемые естественной радиоактивностью закрытых радионуклидных источников. Также можно использовать нейтроны. После прохождения образца фотоны улавливаются детектором , например пленкой галогенида серебра, люминофорной пластиной , плоскопанельным детектором или детектором CdTe . Обследование может проводиться в статическом 2D (так называемая рентгенография ), в 2D в реальном времени ( рентгеноскопия ) или в 3D после реконструкции изображения ( компьютерная томография или КТ). Также возможно выполнить томографию практически в реальном времени ( 4-мерная компьютерная томография или 4DCT). Конкретные методы, такие как рентгеновская флуоресценция ( XRF ), рентгеновская дифрактометрия ( XRD ) и некоторые другие, дополняют набор инструментов, которые можно использовать в промышленной радиографии.
Методы контроля могут быть портативными или стационарными. Промышленная радиография используется при проверке сварки , литья или композитных деталей, при проверке пищевых продуктов и контроле багажа, при сортировке и переработке, при анализе EOD и IED , техническом обслуживании самолетов , баллистике , проверке турбин , при определении характеристик поверхности, измерении толщины покрытия, при проверке контрафакта. контроль над наркотиками и т.д.
Рентгенография началась в 1895 году с открытия рентгеновских лучей (позже названных лучами Рентгена в честь человека, который первым подробно описал их свойства), разновидности электромагнитного излучения . Вскоре после открытия рентгеновских лучей была обнаружена радиоактивность . Используя радиоактивные источники, такие как радий , можно получить гораздо более высокие энергии фотонов , чем от обычных генераторов рентгеновского излучения . Вскоре они нашли различные применения, одним из первых пользователей стал колледж Лафборо . [1] Рентгеновские и гамма-лучи начали использовать очень рано, еще до того, как была обнаружена опасность ионизирующего излучения. После Второй мировой войны новые изотопы, такие как цезий-137 , иридий-192 и кобальт-60, стали доступны для промышленной радиографии, а использование радия и радона сократилось.
.png/1280px-GemX-200_(mb).png)
Источники гамма-излучения , [2] чаще всего иридий-192 и кобальт-60, используются для проверки различных материалов. Подавляющее большинство рентгенографии касается испытаний и оценки сварных швов трубопроводов, сосудов под давлением, резервуаров для хранения большой емкости, трубопроводов и некоторых структурных сварных швов. Другие испытываемые материалы включают бетон (для определения арматуры или трубопровода), талоны сварщика, обработанные детали, листовой металл или стенку трубы (для определения аномалий, вызванных коррозией или механическим повреждением). Неметаллические компоненты, такие как керамика, используемые в аэрокосмической промышленности, также регулярно проходят испытания. Теоретически промышленные рентгенологи могли просвечивать любой твердый плоский материал (стены, потолки, полы, квадратные или прямоугольные контейнеры) или любой полый цилиндрический или сферический объект.
Луч излучения должен быть направлен в середину исследуемого сечения и должен быть перпендикулярен поверхности материала в этой точке, за исключением специальных методов, где известные дефекты лучше всего выявляются при другом расположении луча. Длина проверяемого сварного шва для каждого воздействия должна быть такой, чтобы толщина материала на диагностических краях, измеренная в направлении падающего луча, не превышала фактическую толщину в этой точке более чем на 6%. Образец, подлежащий контролю, помещается между источником излучения и детекторным устройством (обычно пленкой) в легкоплотном держателе или кассете, и излучению позволяют проникнуть в деталь в течение необходимого периода времени для адекватной регистрации.
Результатом является двумерная проекция детали на пленку, создающая скрытое изображение различной плотности в зависимости от количества излучения , достигающего каждой области. Он известен как радиографический снимок, в отличие от фотографии, полученной светом. Поскольку реакция пленки кумулятивна (экспозиция увеличивается по мере поглощения большего количества излучения), относительно слабое излучение можно обнаружить, продлевая экспозицию до тех пор, пока пленка не сможет записать изображение, которое будет видно после проявления. Рентгенограмма рассматривается как негативная , без печати как позитивная, как при фотографии. Это связано с тем, что при печати некоторые детали всегда теряются и не приносят никакой пользы.
Прежде чем приступить к рентгенологическому исследованию, всегда желательно осмотреть деталь собственными глазами, чтобы исключить возможные внешние дефекты. Если поверхность сварного шва слишком неровная, может быть желательно отшлифовать ее, чтобы получить гладкую поверхность, но это, скорее всего, будет ограничено теми случаями, когда неровности поверхности (которые будут видны на рентгенограмме) могут обнаружение внутренних дефектов затруднено.
После визуального осмотра оператор будет иметь четкое представление о возможностях доступа к двум сторонам сварного шва, что важно как для настройки оборудования, так и для выбора наиболее подходящей технологии.
Такие дефекты, как расслоения и плоские трещины, трудно обнаружить с помощью рентгенографии, особенно неподготовленному глазу.
Не упуская из виду недостатки рентгенографического контроля, рентгенография действительно имеет много существенных преимуществ перед ультразвуком, особенно в том смысле, что, поскольку создается «изображение», сохраняющее полупостоянную запись жизненного цикла пленки, можно более точно идентифицировать дефект. и другими переводчиками. Очень важно, поскольку большинство строительных стандартов допускают определенный уровень допуска дефектов, в зависимости от типа и размера дефекта.
Для обученного рентгенолога небольшие изменения плотности видимой пленки дают технику возможность не только точно определить местонахождение дефекта, но и определить его тип, размер и местоположение; интерпретация, которая может быть физически проверена и подтверждена другими, что, возможно, устраняет необходимость в дорогостоящем и ненужном ремонте.
Для целей контроля, включая контроль сварных швов , существует несколько схем воздействия.
Во-первых, это панорама, одна из четырех схем экспозиции с одной стеной/вида с одной стены (SWE/SWV). Это облучение создается, когда рентгенолог помещает источник излучения в центр сферы, конуса или цилиндра (включая резервуары, сосуды и трубопроводы). В зависимости от требований клиента рентгенолог затем помещал кассеты с пленкой на внешнюю сторону исследуемой поверхности. Такая схема экспонирования почти идеальна: при правильном расположении и экспонировании все части экспонированной пленки будут иметь примерно одинаковую плотность. Преимущество этого метода также заключается в том, что он занимает меньше времени, чем другие схемы, поскольку источник должен проникнуть на всю толщину стенки (WT) только один раз и должен пройти только по радиусу объекта контроля, а не по его полному диаметру. Основным недостатком панорамы является то, что может быть непрактично достичь центра объекта (закрытая труба) или источник может быть слишком слабым для работы в таком расположении (большие сосуды или резервуары).
Второе расположение SWE/SWV представляет собой размещение источника внутри закрытого объекта контроля без центрирования источника. Источник не соприкасается с предметом напрямую, а размещается на расстоянии, в зависимости от требований клиента. Третий – наружное размещение со схожими характеристиками. Четвертый предназначен для плоских объектов, таких как металлические пластины, и также рентгенографируется без прямого контакта источника с предметом. В каждом случае радиографическая пленка располагается на противоположной от источника стороне объекта контроля. Во всех четырех случаях обнажена только одна стенка и на рентгенограмме видна только одна стена.
Из других схем воздействия только при контактном воздействии источник расположен на объекте контроля. Этот тип рентгенограммы обнажает обе стены, но разрешает изображение только на стене, ближайшей к пленке. Такая схема экспонирования занимает больше времени, чем панорама, поскольку источник должен сначала дважды проникнуть в WT и пройти весь внешний диаметр трубы или сосуда, чтобы достичь пленки на противоположной стороне. Это расположение DWE/SWV с видом на двойную стену/вид на одну стену. Другой метод - наложение (при котором источник размещается на одной стороне предмета, не в прямом контакте с ним, а пленка - на противоположной стороне). Такое расположение обычно предназначено для труб или деталей очень малого диаметра. Последней схемой экспонирования DWE/SWV является эллиптическая, при которой источник смещен от плоскости объекта контроля (обычно сварного шва в трубе), а на пленку отбрасывается эллиптическое изображение сварного шва, наиболее удаленного от источника.
Как ручной багаж, так и ручная кладь обычно проверяются рентгеновскими аппаратами с использованием рентгеновской радиографии. Дополнительную информацию см. в службе безопасности аэропорта .
Гамма-радиография и высокоэнергетическая рентгеновская радиография в настоящее время используются для сканирования интермодальных грузовых грузовых контейнеров в США и других странах. Также проводятся исследования по адаптации других типов радиографии, таких как двухэнергетическая рентгеновская радиография или мюонная радиография, для сканирования интермодальных грузовых контейнеров.
Американская художница Кэтлин Гилье написала копии « Сусанна и старейшины » Артемизии Джентилески и « Женщины с попугаем » Гюстава Курбе . Прежде она рисовала свинцовыми белилами похожие картины с различиями: Сусанна борется с вторжением старцев; [3] За женщиной, которую он рисует, стоит обнаженная Курбе. [4] Затем она закрасила изображение оригинала. Картины Гилье выставлены с рентгенограммами, на которых видны подмалевки, имитирующие изучение пентиментов и дающие комментарий к работам старых мастеров.
Существует множество типов источников ионизирующего излучения для использования в промышленной радиографии.
Генераторы рентгеновского излучения производят рентгеновские лучи , прикладывая высокое напряжение между катодом и анодом рентгеновской трубки и нагревая нить накала трубки, чтобы начать эмиссию электронов. Затем электроны ускоряются в возникающем электрическом потенциале и сталкиваются с анодом, который обычно изготавливается из вольфрама . [5]
Рентгеновские лучи, излучаемые этим генератором, направляются на контролируемый объект. Они пересекают его и поглощаются в соответствии с коэффициентом затухания материала объекта . [6] Коэффициент затухания составляется из всех сечений взаимодействий, происходящих в материале. Тремя наиболее важными неупругими взаимодействиями с рентгеновскими лучами на этих энергетических уровнях являются фотоэлектрический эффект , комптоновское рассеяние и образование пар . [7] После прохождения объекта фотоны улавливаются детектором , например пленкой галогенида серебра, люминофорной пластиной или плоскопанельным детектором . [8] Если объект слишком толстый, слишком плотный или его эффективный атомный номер слишком высок, можно использовать линейный ускоритель . Они работают аналогичным образом, производя рентгеновские лучи путем столкновений электронов с металлическим анодом, разница в том, что для их ускорения используется гораздо более сложный метод. [9]
Радионуклиды часто используются в промышленной радиографии. Их преимущество заключается в том, что для работы им не требуется электропитание, но это также означает, что их нельзя отключить. Двумя наиболее распространенными радионуклидами, используемыми в промышленной радиографии, являются иридий-192 и кобальт-60 . Но другие используются и в общей промышленности. [10]
Эти изотопы испускают излучение с дискретным набором энергий, в зависимости от механизма распада , происходящего в атомном ядре . Каждая энергия будет иметь разную интенсивность в зависимости от вероятности конкретного взаимодействия распада. Наиболее заметные энергии кобальта-60 составляют 1,33 и 1,17 МэВ, а также 0,31, 0,47 и 0,60 МэВ для иридия-192. [11] С точки зрения радиационной безопасности это усложняет обращение с ними и управление ими. Их всегда необходимо помещать в экранированный контейнер, а поскольку они все еще радиоактивны после нормального жизненного цикла, для владения ими часто требуется лицензия, и они обычно отслеживаются государственным органом. В этом случае их утилизация должна производиться в соответствии с национальной политикой. [12] [13] [14] Радионуклиды, используемые в промышленной радиографии, выбираются из-за их высокой удельной активности . Такая высокая активность означает, что для получения хорошего потока излучения требуется лишь небольшой образец. Однако более высокая активность часто означает более высокую дозу в случае случайного облучения. [15]
Для радиографических «камер» был разработан ряд различных конструкций. «Камера» — это не устройство, которое принимает фотоны для записи изображения, а «камера» в промышленной радиографии — это источник радиоактивных фотонов. Большинство отраслей переходят от рентгенографии на пленочной основе к рентгенографии на основе цифровых датчиков почти так же, как это сделала традиционная фотография. [16] Поскольку количество излучения, исходящего с противоположной стороны материала, можно обнаружить и измерить, изменения этого количества (или интенсивности) излучения используются для определения толщины или состава материала.
В одной конструкции для обнаружения источника используется движущийся затвор. Радиоактивный источник помещен внутри экранированного бокса; шарнир позволяет открыть часть защиты, обнажая источник и позволяя фотонам выйти из рентгенографической камеры.
Другая конструкция затвора заключается в том, что источник помещен в металлическое колесо, которое может поворачиваться внутри камеры и перемещаться между положениями экспонирования и хранения.
Устройства на основе затвора требуют, чтобы все устройство, включая тяжелую защиту, располагалось в месте воздействия. Это может быть сложно или невозможно, поэтому их в основном заменили проекторы с кабельным управлением.
В современных конструкциях проекторов используется механизм тросового привода для перемещения источника по полой направляющей трубке к месту воздействия. Источник хранится в блоке защиты, в блоке которого имеется S-образное трубчатое отверстие. В безопасном положении источник находится в центре блока. Источник прикреплен к гибкому металлическому кабелю, называемому пигтейлом. Для использования источника к одной стороне устройства прикрепляется направляющая трубка, а к косичке прикрепляется приводной кабель. Затем с помощью ручного управления источник выталкивается из экрана по направляющей трубке источника к кончику трубки, чтобы обнажить пленку, а затем поворачивается обратно в полностью экранированное положение.
В некоторых редких случаях рентгенография проводится с использованием нейтронов . Этот вид рентгенографии называется нейтронной рентгенографией (NR, Nray, N-ray) или нейтронной визуализацией . Нейтронная радиография дает изображения, отличные от рентгеновских, поскольку нейтроны легко проходят через свинец и сталь, но задерживаются пластиком, водой и маслами. Источники нейтронов включают радиоактивные источники ( 241 Am/Be и Cf), электрические реакции DT в электронных лампах и обычные критические ядерные реакторы. Для увеличения потока нейтронов можно было бы использовать нейтронный усилитель. [17]
Радиационная безопасность является очень важной частью промышленной радиографии. Международное агентство по атомной энергии опубликовало отчет, описывающий лучшие методы снижения дозы радиации, которой подвергаются работники. [18] [19] В нем также приводится список национальных компетентных органов, ответственных за одобрения и разрешения в отношении обращения с радиоактивными материалами. [20]
Экранирование может использоваться для защиты пользователя от вредных свойств ионизирующего излучения. Тип материала, используемого для защиты, зависит от типа используемого излучения. Национальные органы радиационной безопасности обычно регулируют проектирование, ввод в эксплуатацию, техническое обслуживание и проверку установок промышленной радиографии. [21]
Во многих местах государственные рентгенологи обязаны использовать определенные типы защитного оборудования и работать парами. В зависимости от местоположения промышленным рентгенологам может потребоваться получить разрешения, лицензии и/или пройти специальную подготовку. Перед проведением каких-либо испытаний близлежащую зону всегда следует сначала очистить от всех других людей и принять меры, гарантирующие, что работники случайно не попадут в зону, которая может подвергнуть их опасному уровню радиации.
Оборудование для обеспечения безопасности обычно включает в себя четыре основных предмета: измеритель радиационного обследования (например, счетчик Гейгера/Мюллера), дозиметр тревожной сигнализации или измеритель скорости, газовый дозиметр и пленочный значок или термолюминесцентный дозиметр (ТЛД). Самый простой способ запомнить, что делает каждый из этих элементов, — это сравнить их с датчиками автомобиля.
Измеритель обзора можно сравнить со спидометром, поскольку он измеряет скорость или скорость улавливания радиации. При правильной калибровке, использовании и обслуживании он позволяет рентгенологу видеть текущее воздействие радиации на измерителе. Обычно его можно установить на различную интенсивность, и он используется для предотвращения переоблучения рентгенолога радиоактивным источником, а также для проверки границы, которую рентгенологи должны поддерживать вокруг облученного источника во время радиографических операций.
Тревожный дозиметр наиболее близко можно сравнить с тахометром, поскольку он подает сигнал тревоги, когда рентгенолог попадает в «красную черту» или подвергается слишком сильному воздействию радиации. При правильной калибровке, активации и ношении на рентгенологе он подает сигнал тревоги, когда измеритель измеряет уровень радиации, превышающий заданный порог. Это устройство предназначено для предотвращения случайного приближения рентгенолога к открытому источнику.
Газовый дозиметр похож на счетчик пройденного пути: он измеряет общее полученное излучение, но его можно сбросить. Он предназначен для того, чтобы помочь рентгенологу измерить общую периодическую дозу радиации. При правильной калибровке, перезарядке и ношении рентгенологом он может с первого взгляда сообщить рентгенологу, какому количеству радиации подверглось устройство с момента его последней перезарядки. Рентгенологи во многих штатах обязаны регистрировать свое радиационное воздействие и составлять отчет о воздействии. Во многих странах рентгенологам не требуется использовать персональные дозиметры, поскольку отображаемые ими мощности дозы не всегда правильно регистрируются.
Значок фильма или TLD больше похож на одометр автомобиля. На самом деле это специальный кусок радиографической пленки в прочном контейнере. Он предназначен для измерения общего облучения рентгенолога с течением времени (обычно за месяц) и используется регулирующими органами для мониторинга общего облучения сертифицированных рентгенологов в определенной юрисдикции. В конце месяца бейдж фильма сдается и обрабатывается. Создается отчет об общей дозе, полученной рентгенологом, и сохраняется в файле.
Когда эти защитные устройства правильно откалиброваны, обслуживаются и используются, рентгенологу практически невозможно получить травму в результате радиоактивного переоблучения. Удаление хотя бы одного из этих устройств может поставить под угрозу безопасность рентгенолога и всех, кто находится рядом. Без измерительного прибора полученное излучение может быть чуть ниже порога сигнализации уровня, и может пройти несколько часов, прежде чем рентгенолог проверит дозиметр, и до месяца или более, прежде чем проявится пленочный значок для обнаружения низкой интенсивности. передержка. Без сигнала тревоги по частоте один рентгенолог может случайно приблизиться к источнику, экспонируемому другим рентгенологом. Без дозиметра рентгенолог может не заметить переоблучения или даже радиационного ожога, который может привести к заметным травмам через несколько недель. А без значка с пленкой рентгенолог лишается важного инструмента, предназначенного для защиты его или ее от последствий длительного чрезмерного воздействия профессионально полученной радиации, и, таким образом, в результате может страдать от долгосрочных проблем со здоровьем.
Рентгенолог может гарантировать, что он не подвергнется воздействию радиации, превышающей требуемый уровень, тремя способами: время, расстояние, экранирование. Чем меньше времени человек подвергается воздействию радиации, тем ниже будет его доза. Чем дальше человек находится от радиоактивного источника, тем меньший уровень радиации он получает, во многом это связано с законом обратных квадратов. Наконец, чем больше радиоактивный источник защищен лучшей или большей степенью защиты, тем ниже уровень радиации, которая выйдет из зоны испытаний. Наиболее часто используемыми защитными материалами являются песок, свинец (листы или дробь), сталь, отработанный (нерадиоактивный уран) вольфрам и, в подходящих ситуациях, вода.
Промышленная радиография, по-видимому, имеет один из худших профилей безопасности среди радиационных профессий, возможно, потому, что многие операторы используют мощные источники гамма-излучения (> 2 Ки) на удаленных объектах без особого надзора по сравнению с работниками атомной промышленности или больницами. [22] Из-за высокого уровня радиации во время работы многим рентгенологам также приходится работать поздно ночью, когда рядом мало других людей, поскольку большая часть промышленной рентгенографии проводится «на открытом воздухе», а не в специально построенных кабинах для облучения. или комнаты. Усталость, небрежность и отсутствие надлежащего обучения являются тремя наиболее распространенными факторами, вызывающими несчастные случаи на производстве при радиографии. Многие из аварий с «потерянным источником», о которых прокомментировало Международное агентство по атомной энергии, связаны с рентгенографическим оборудованием. Аварии с потерей источника потенциально могут привести к значительным человеческим жертвам. Один из сценариев заключается в том, что прохожий находит источник рентгенографии и, не зная, что это такое, забирает его домой. [23] Вскоре после этого человек заболевает и умирает в результате дозы радиации. Источник остается в их доме и продолжает облучать других членов семьи. [24] Такое событие произошло в марте 1984 года в Касабланке , Марокко . Это связано с более известной аварией в Гоянии , когда связанная с ней цепочка событий привела к тому, что представители общественности подверглись воздействию источников радиации.
