Файл: Румянцев, С. В. Радиационная дефектоскопия.pdf

время ясно, что в щелочиогалоидных кристаллах кинетическая энергия заряженных частиц преобразуется в энергию возбуж­ дения сцинтиллятора, подвижными носителями которой яв­ ляются электроны проводимости, дырки и экситоны. Захват этих носителей центрами люминесценции, в создании которых основную роль играют, по-видимому, ионы активирующего веще-

3 4

Рис. 3.4. Принципиальная схема устройства сцинтнлляционного счетчика:

ства, и вызывает высвечивание кристаллов. В органических ве­ ществах заряженная частица вызывает возбуждение молекул вещества, составляющего основу сцинтиллятора. Высвечивание органических сцинтилляторов связано с электронными перехо­ дами в молекулах, а процесс переноса энергии носит межмоле­ кулярный характер.

Временные характеристики сцинтиллятора определяются по­

В энергию фотонов превращается только малая часть всей поглощенной в сцинтилляторе энергии частицы, определяемая

частицы или фотона. При этом возникает от нескольких десят­ ков до нескольких десятков тысяч фотонов. Фотоны разле­ таются под разными углами, поэтому только часть их попадает из сцинтиллятора па фотоумножитель.

63.

ФЭУ состоит из фотоэлемента и электронного умножителя. Функции первого выполняет фотокатод, второго—-умножитель- ная (динодная) система ФЭУ. Фотоны попадают на фотокатод и вырывают из него фотоэлектроны, которые с помощью диа­ фрагмы собираются на первый электрод (дшгод) умпожительной системы. Если использовать хорошие сурьмяно-цезиевые фотокатоды, то на каждые пять фотонов можно получить один фотоэлектрон, однако, как правило, для обычных фотокатодов фотонный выход составляет 5— 15%. Вследствие вторичной электронной эмиссии каждый попадающий на динод электрон выбивает из него несколько вторичных электронов в зависимо­ сти от материала динода, и этот процесс повторяется на всех

чаях в качестве чувствительного детектора излучений. При этом частицы и фотоны воспринимаются непосредственно фотокато­ дом ФЭУ.

При выборе фосфора и ФЭУ исходят из назначения счетчи­ ка. Для счета а-частиц. имеющих малую проникающую способ­ ность, обычно используют тонкий слой ZnS (Ag), для |5-частиц высоких энергий, рентгеновских и у-фотонов— большие кристал­ лы Nal(Tl) пли жидкие фосфоры, для [5-частиц малых и сред­ них энергий (до 3 Мэе) — антрацен и стнльбен.

С помощью сцинтилляционных счетчиков можно регистриро­ вать и нейтроны. Как правило, быстрые нейтроны регистрируют органическими сцинтилляторами, а для регистрации тепловых нейтронов применяют бор в сочетании с органическими сцин­ тилляторами, кристаллами ZnS (Ag) и другими люминесцирующими кристаллами. Особенно удобно применять слоистые сцин­ тилляторы. Их преимущество состоит в том, что они почти не регистрируют у-излучение и в то же время имеют высокую эф­ фективность регистрации нейтронов.

Достоинствами сцинтилляционных счетчиков являются:

1) высокая чувствительность (эффективность) к рентгенов­ скому излучению и ко всем видам ядерных излучений (до 100% для а- и |5- и до 5—90% — для рентгеновского и у-излучений);

Мюллера, обладая более высокой эффективностью и разрешаю­ щей способностью.

64

К недостаткам сцинтилляционных счетчиков следует от­ нести:

1) наличие шумов ФЭУ, которые ухудшают амплитудное разрешение и требуют специальных мер борьбы с фоном — схе­ мы совпадения или сильное охлаждение ФЭУ;

2)зависимость амплитуды импульса от скорости счета при больших скоростях счета;

3)явление «утомления» динодов при значительных анодных токах, что значительно сокращает срок службы ФЭУ, а иногда приводит к его порче;

4)резкую зависимость коэффициента усиления ФЭУ от на­ пряжения на дпнодах.

4. Фотографический метод [29, 35]

Использование рентгеновских пленок в качестве детекторов рентгеновского или у-излучения основано на фотохимическом действии этих излучений. На фотоэмульсию пленок непосредст­ венно воздействуют не рентгеновские или у-фотоны, а вторичные электроны, образованные при поглощении излучения.

Оптическая плотность негатива D0пт зависит от действия из­ лучения на светочувствительный слой рентгеновской пленки, т. е. от мощности экспозиционной дозы падающего на него из­ лучения Р, длины волны X, продолжительности экспозиции t и фактора проявления

где /о— интенсивность света, падающего на негатив; i — интен­ сивность света после прохождения негатива.

Исследования показали, что при одинаковой фотообработке одинаковая оптическая плотность достигается при выполнении условия

экспозиционной дозы.

При регистрации рентгеновского или у-излучения на рентге­ новскую пленку без флуоресцирующих экранов с достаточной степенью точности можно считать, что р=1. Иначе говоря, плот­ ность почернения пленки зависит лишь от величины Pt, и поэто­ му безразлично, например, производить просвечивание в течение 2 мин при токе рентгеновской трубки 20 ма или в течение 4 мин

при токе 10 ма. Однако этот закон взаимозаменяемости неверен в случае использования флуоресцирующих экранов, когда плен­

ка облучается видимым светом.

При рассмотрении кривых зависимости D от Р или t отме­ чается, что, начиная с некоторого значения мощности экспози­ ционной дозы или определенного времени облучения, плотность

негатива растет медленнее, чем мощность экспозиционной дозы или время, и после достижения области насыщения может наблюдаться явление соляризации, когда с ростом экспозиции

излучения пли времени экспозиции. Такие кривые называют ха­ рактеристическими (рис. 3.5). На приведенном графике имеется несколько областей: за точкой Е наступает явление соляриза­ ции, DE — область насыщения, прямолинейный участок ВС ха­ рактеризует диапазон плотности, в котором определенному приросту экспозиции соответствуют наибольший прирост плот­ ности (наибольшая разность в плотности) и максимальный ко­ эффициент контрастности. Мерой контрастности служит тангенс угла наклона касательной в какой-либо точке кривой. Коэффи­ циент контрастности, полученный при специальных условиях проявления, обозначается буквой у, он равен тангенсу макси­ мального утла наклона характеристической кривой ао:

66

Чувствительность пленок обычно определяется в р~1 и чис­ ленно равна обратной величине дозы излучения в рентгенах, необходимой для получения определенной плотности почернения снимка. При этом используют излучение рентгеновской трубки при напряжении 80 кв. Для экранных пленок чувствительность

На рис. 3.6 приведена относи­ тельная чувствительность, рассчитанная по энергии, поглощае­

мой внутри зерна бромистого серебра. Наибольшей чувствитель­ ности соответствует энергия 45 кэв. Приблизительно такой эф­ фективной энергией обладает спектр рентгеновского излучения при напряжении на трубке 80 кв.

5. Спектрометрический метод (36, 37]

Для практических целей представляет интерес исследовать энергетический спектр не только излучения самого источника, применяемого для дефектоскопического контроля, но и излуче­ ния, прошедшего через материал контролируемого объекта (по­ глотителя) .

Энергетический спектр является качественной характеристи­ кой излучения и может быть измерен специальным прибором —■ спектрометром. Существует несколько видов спектрометров, в которых измеряется энергия фотонов, поглощенная в сцинтил-

3* 67