Процесс образования пары «электрон—позитрон»

Он наблюдается в том случае, когда энергия первичных квантов излучения превышает 1,02 МэВ. При этом сам квант исчезает, а его энергия превращается в кинетическую энергию движения электрона и позитрона (рис. 3.16, в). Этот процесс учитывается коэффициентом взаимодействия к (см4):

Наряду с рассмотренными процессами при взаимодействии ионизирующего излучения с материалом контролируемого объекта может происходить:

• а) превращение части энергии в тепловую путем увеличения амплитуды колебания атомов;
• б) фотографический эффект, являющийся результатом взаимодействия Rи у-изл учения с фотопленкой, на поверхности которой образуется почернение, пропорциональное количеству восстановленного в эмульсии пленки серебра; почернение пропорционально интенсивности излучения, попадающего на данный участок фотопленки;

Рис. 3.16. Схемы физических процессов, протекающих при взаимодействии рентгеновского и у-излучения с материалом контролируемого объекта:

а — фотоэлектрический эффект; б — эффект Комптона; в — процесс образования пары «электрон — позитрон»

в) ионизация газов, происходящая вследствие образования под действием ионизирующего излучения фотоэлектронов, которые ионизируют окружающий газ; это явление используется для регистрации и измерения интенсивности ионизирующего излучения в дозиметрах и электрических приборах.

Результатом первых трех процессов взаимодействия ионизирующих излучений с веществом является ослабление излучения при прохождении его через материал контролируемого объекта. Это учитывается линейным коэффициентом ослабления р (см" '):

Коэффициент р характеризует относительное уменьшение интенсивности ионизирующего излучения /₀ после прохождения им поглотителя толщиной 1 см. Величина, обратная р, называется длиной свободного пробега квантов ионизирующего излучения в материале контролируемого объекта.

В области низких энергий ионизирующего излучения (рис. 3.17) р в основном определяется фотоэффектом (т) и резко убывает с ростом энергии излучения (при Е < 0,3 МэВ лучше контролировать материалы с порядковым номером атома Z_a > 30).

В области средних значений энергий основным процессом является комптоновское рассеяние (о), так как р в меньшей степени зависит от Z_a и Е (при Е = 0,3—1,02 МэВ лучше контролировать материалы с порядковым номером атома Z_a < 30).

При значениях энергии более 1,02 МэВ процесс взаимодействия ионизирующего излучения с материалом определяется в основном процессом образования пары (к) «электрон — позитрон» (при Е > 1,02 МэВ лучше контролировать материалы с порядковым номером атома Z_a > 30).

Интенсивность ионизирующего излучения, прошедшего через контролируемый объект, уменьшается в зависимости от его толщины и свойств и регистрируется обычно либо по плотности почернения фотопленки, либо по току в ионизационной камере.

Интенсивность излучения /₅ после прохождения материала толщиной 6 становится меньше по сравнению с начальной /₀ (/₆ < /₀). Ее величина изменяется по экспоненциальному закону в зависимости от толщины материала КО и коэффициента линейного ослабления р:

При просвечивании КО с дефектом размером х в направлении просвечивания (рис. 3.18) на детекторе (например, на рентгеновской пленке) получается эпюра изменения интенсивности излучения в соответствии с законом ослабления в зависимости от толщины и свойств материала контролируемого объекта:

Как правило, р. «р, поэтому р х —* 0. Тогда.

т.е. выявляемость дефекта на детекторе будет тем лучше, чем больше разница между /₂ и /, и чем больше отношение /₂//_г

Из уравнения (3.26) видно, что выявляемость дефекта зависит от следующих факторов:

• 1) от размера дефекта х (хотя минимальный размер выявляемого дефекта задается нормами контроля и его невозможно увеличить, чтобы улучшить выявляемость дефекта);
• 2) от коэффициента ослабления р, который, в свою очередь, зависит от Z_a и Е, так как:
  • а) при малых значениях Е лучше просвечивать металлы с Z_a > 30;
  • б) при средних значениях Е лучше просвечивать металлы с малым значением Z < 30;
  • в) при больших значениях Е лучше просвечивать металлы с большим значением Z > 30.

а Таким образом, для лучшей выявляемое™ дефектов необходимо, чтобы р было как можно больше, т. е. желательно использовать либо мягкое рентгеновское излучение, получаемое в рентгеновских аппаратах, либо жесткое рентгеновское излучение, генерируемое в ускорителях.

• 3) от толщины 5 контролируемого объекта: для большинства источников ионизирующих излучений (кроме Со⁶⁰ и Cs¹³⁷) приращение относительной интенсивности Д/тем больше, чем меньше 8 (рис. 3.19, о);
• 4) от свойств материала контролируемого объекта и порядкового номера его атома Z_a в периодической системе: чем больше Z_a, тем больше приращение относительной интенсивности A/(при постоянном значении толщины объекта 5) и тем лучше выявляемость дефекта (рис. 3.19, б);
• 5) от энергии ионизирующего излучения: чем меньше мощность рентгеновского аппарата (чем меньше U), тем больше приращение относительной интенсивности Д/ и тем лучше выявляемость дефекта (рис. 3.19, в).

В практике промышленной радиографии в зависимости от способа регистрации изображения контролируемого объекта и типа детектора различают два основных метода:

• — прямой экспозиции;
• — переноса изображения.

Рис. 3.17. Зависимость коэффициента ослабления р от энергии ионизирующего излучения Е и ее составляющие:

г — фотоэлектрический эффект; о — эффект Комптона; к — образование пары

Рис. 3.18. Изменение интенсивности ионизирующего излучения /₀ при прохождении через материал контролируемого объекта с дефектами:

Ij — интенсивность излучения, прошедшего через контролируемый объект при отсутствии дефекта; 1₂ — то же при наличии дефекта (пора); 1_} — то же в месте нахождения дефекта (металлическое включение); S — толщина контролируемого объекта; КО — контролируемый объект

Метод прямой экспозиции является основным и наиболее распространенным методом промышленной радиографии, при котором используются все виды источников ионизирующего излучения. Он называется—фотометод. В этом случае изделия просвечиваются на специальную радиографическую пленку. Под действием прошедшего через КО ионизирующего излучения на пленке образуется скрытое изображение, которое становится видимым после ее обработки. Для сокращения времени просвечивания и повышения контрастности получаемого изображения используютусл- ливающие металлические или флуоресцирующие экраны.

Метод переноса изображения получил применение, главным образом, при нейтронной радиографии, когда скрытое изображение получают на промежуточном детекторе: металлическом активируемом экране, размещаемом за изделием. После этого скрытое изображение переносят на радиографическую пленку, прикладывая ее к металлическому экрану. Разновидность метода переноса изображения, при.

Рис. 3.19. Зависимость относительной интенсивности Л/ (выявляемости дефекта) от толщины 6 контролируемого объекта (а), порядкового номера материала Z, в периодической системе (б) и энергии ионизирующего излучения Е (анодного напряжения UJ рентгеновской трубки (в) котором в качестве промежуточного детектора скрытого изображения используют электрически заряженные полупроводниковые пластины, а в качестве регистратора изображения — обычную бумагу, на которой скрытое изображение проявляется с помощью сухих красящих веществ, получила название ксерографии или электрорадиографии.