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

По аналогии с уравнением (2.10) можно написать формулу для' массового коэффициента ослабления:

и протяженностью I см.

Прохождение излучения через вещество сопровождается из­ менением энергии излучения, а это приводит к изменению спек­ трального состава излучения. Так, в случае рентгеновского из-

лучения с непрерывным спектром фотоны с различной длиной волны ослабляются неодинаково: чем меньше длина волны, тем меньше ослабление, т. е. происходит фильтрация излучения: оно становится более однородным, а интенсивность его падает (рис. 2.8, а). В связи с тем, что ослабление длинноволновой ча­ сти спектра тем сильнее, чем больше атомный номер вещества поглощающей среды, фильтрация непрерывного спектра излуче­ ния сильнее в тяжелых элементах (см. рис. 2.8, б).

В практике работ по дефектоскопии немоноэнергетическое излучение можно рассматривать как моноэнергетическое с не­ которой эффективной энергией излучения £ эфф и эффективным коэффициентом ослабления Цэфф- Эффективной энергией немоноэнергетического излучения называется энергия такого моноэнергетического излучения, относительное ослабление которого в поглотителе определенного состава и определенной толщины то же самое, что и у рассматриваемого немоноэнергетического излучения. При этом эффективным коэффициентом ослабления немоноэнергетического излучения называется линейный коэф­

45

фициент ослабления излучения с эффективно/! энергией фото­ нов. При прохождении через вещество такое немоноэиергетпческое излучение с эффективной энергией £ Эф,(, ослабляется в той же степени, что и моноэнергетическое излучение, т. е.

Эффективный коэффициент ослабления |д0фф немоноэнергетнческого излучения в отличие от коэффициента ослабления моиоэнергетического излучения зависит не только от энергии излу­ чения и вещества поглотителя, но также и от толщины погло­ тителя. Это отличие обусловлено тем, что по мере прохождения через вещество различные компоненты спектра иемоноэнергетического излучения поглощаются по-разному. Естественно, что фотоны низких энергий ослабляются сильнее, и с увеличением толщины поглотителя в спектре возрастает доля фотонов высо­ ких энергий, т. е. жесткость излучения увеличивается, а |.1Яфф уменьшается.

Эффективный коэффициент ослабления рафф можно опреде­ лять экспериментально по схеме, показанной па рис. 2.7, о. Практически детектор регистрирует мощность экспозиционной дозы параллельного узкого пучка излучения, прошедшего иссле­ дуемый образец. Фотоны, рассеянные материалом образца, за­ держиваются поглотителем н не попадают в детектор. Эффек­ тивный коэффициент ослабления вычисляется также по фор­ муле [см. (2.15)]

рвФФ— (2.16)

Если спектр излучения моноэнергетпческий, то в спектре прошедшего через поглотитель излучения вследствие многократ­ ного рассеяния и тормозного излучения фотоэлектронов и элек­ тронов отдачи имеются фотоны с энергией, меньшей, чем энер­ гия первичных моноэнергетических фотонов. Поэтому если при прохождении через поглотитель излучение с непрерывным энер­ гетическим спектром становится более однородным, то при про­ хождении через тот же поглотитель излучение с моноэнергетическим спектром становится менее однородным, т. е. происходит накопление длинноволновых линий спектра. Размытие спектра излучения происходит тем сильнее, чем меньше атомный номер материала поглотителя Z и чем больше его толщина. В силу этого для каждого источника излучения, имеющего вполне опре­ деленные энергетические линии спектра, существует предельная толщина (зависящая от атомного номера материала поглоти­ теля), при которой рассеяние излучения возрастает настолько, что затрудняет получение качественного изображения просвечи­ ваемого объекта.

46

Если спектр излучения состоит из нескольких линий, что имеет место при использовании большинства гамма-источников, то ослабление узкого пучка излучения определяется уравне­ нием

ные коэффициенты поглощения компонентов спектра в данной среде.

Энергетический спектр излучения радиоактивного источника отличается от спектра излучения изотопа, из которого изготов­ лен источник. Это различие спектров обусловлено наличием рас­ сеянных у-фотонов и тормозного излучения (3-частиц, возникаю­ щих в материале самого источника и его оболочке. При просве­ чивании контролируемых объектов спектр излучения источника преобразуется в исследуемом материале. В соответствии с этим чувствительность, производительность и другие параметры де­ фектоскопического контроля определяются характером измене­ ния энергетического спектра излучения, зависящего от энергии фотонов, и спектра излучения применяемого источника, а также от атомного номера и толщины просвечиваемого материала. Изучение спектрального состава излучения источников и харак­ тера изменения их спектра в зависимости от толщины и атом­ ного номера исследуемого материала необходимо для решении практических задач, связанных с радиационной защитой, выбо­ ром источника и детектора излучения и определением чувстви­ тельности и производительности метода контроля.

д. Ослабление широкого пучка излучения

В промышленной рентгено- и гамма-дефектоскопии, как пра­ вило, имеют дело не с узким, а с широким, расходящимся пуч­ ком излучения (см. рис. 2.7, б). При использовании узкого пуч­ ка каждый рассеянный фотон выходит за пределы пучка, и зна­ чение линейного эффективного коэффициента ослабления опре­ деляют без учета рассеянного излучения. При широком пучке некоторая доля рассеянных фотонов попадает в детектор и, сле­ довательно, спад мощности экспозиционной дозы широкого пуч­ ка излучения происходит медленнее, чем узкого. При этом доля рассеянного излучения возрастает с увеличением толщины по­ глотителя и поля облучения. Ослабление широкого пучка излу­

47

где Pap = P0e~fl‘3№ 1 — мощность экспозиционной дозы нерассеян­ ного излучения; рЭфф— эффективный коэффициент ослабления узкого пучка излучения; Pv — мощность экспозиционной дозы рассеянного излучения в той же точке.

Значение Pv зависит от спектрального состава падающего излучения, его изменения при рассеянии, поглощения рассеянно­ го излучения и других параметров. Это усложняет расчет вели­ чины Рр, тем более что рассеянный фотон может испытывать многократное рассеяние. Для дефектоскопических целей мощ­ ность экспозиционной дозы рассеянного излучения обычно определяют экспериментально по разности между мощностью экспозиционной дозы узкого и широкого пучков излучения после прохождения через материал данной толщины.

Отношение суммы мощности экспозиционной дозы нерассеян­ ного Рпр и рассеянного Рр излучений к мощности экспозицион­ ной дозы нерассеянного излучения называют дозовым фактором накопления (фактор накопления) рассеянного излучения:

где рш — линейный коэффициент ослабления широкого пучка излучения; В — фактор накопления рассеянного излучения.

Для данного слоя материала и излучения данного качества коэффициент ослабления рш меньше, чем эффективный коэффи­

ского излучения уменьшается с увеличением толщины поглоти­ теля, так как жесткость излучения растет за счет относительно большей фильтрации мягких компонентов спектра. Так же соот­ ветственно уменьшается и коэффициент ослабления для широ­ кого пучка.

На рис. 2.9 приведена зависимость цэфф и рш от толщины свинцового поглотителя для у-излучения 1г192.

Для практических целей коэффициент ослабления широкого пучка излучения может быть определен экспериментально по схеме, приведенной на рис. 2.7, б. По результатам замера строится кривая ослабления излучения для широкого пучка в

48

данном материале. Значение р,ш для различных толщин мате­ риалов определяется по формуле

Необходимо отметить, что для одного и того же источника излучения и исследуемого материала числовые значения коэф­ фициента рш будут определяться следующими геометрическими условиями: толщиной исследуемых образцов, углом расхожде­ ния пучка (поле облучения) и расстоянием между источником

Рис. 2.9. Зависимость (хэфф и ц ш от толщины свин­

цового поглотителя I для у-излучения 1г192.

излучения и детектором излучения. С уменьшением угла а (см. рис. 2.7, б) при прочих равных условиях коэффициент рш воз­ растает и при а = 0 достигает максимума (Рш= цэфф)-

Кривые ослабления в стали широкого пучка у-излучения ра­ диоактивных источников Ей152, 1г192, Тш170, Eu155, Sm145, Se75 и

Се144 показаны на рис. 2.10. Изменение линейного коэффициен­ та ослабления широкого пучка у-излучения тех же источников в зависимости от толщины стального поглотителя характеризуется рис. 2.11. Зависимость эффективного коэффициента ослабления от напряжения на рентгеновской трубке для свинца, стали и алюминия приведена на рис. 2.12.

Значения линейных и массовых коэффициентов ослабления узкого моноэнергетического пучка излучения для различных по­ глотителей приведены в приложении 1, значения массового ко­ эффициента ослабления рентгеновского излучения — в прило­ жении 2.

3. Физические и химические эффекты воздействия рентгеновского и у-излучений на вещество

Прохождение рентгеновского и у-излучений через вещество сопровождается тепловыми, ионизационными (электрическими), люминесцентными (световозбуждающими) и фотохимическими

49