Радиационный вид неразрушающего контроля однородности объектов таможенного досмотра и поиска

Введение

Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с объектом контроля (ОК). В практике таможенного контроля объектов используют рентгеновское и гамма-излучение. Выбирая необходимый частотный диапазон излучения, можно производить контроль объектов разных габаритных размеров, выполненных из различных веществ и материалов. По характеру взаимодействия с ОК основной применяемый способ радиационного контроля — метод прохождения. Он основан на разном поглощении излучения частями объекта.

Информативный основной параметр этого метода — плотность потока излучения. Чем больше толщина и поглощающая способность материала объекта, тем более высокочастотное (более жесткое) излучение должно быть применено для его контроля. При просвечивании объектов контрастность изображения обуславливается разницей в поглощении лучей отдельными деталями объекта. Рентгеновские лучи поглощаются в той или иной степени всеми веществами, через которые они проходят. Доля энергии лучей, поглощенной в веществе, зависит от толщины поглощающего слоя, природы вещества и длины волны лучей.

1. Задание на работу Целью настоящей работы является использование радиационного метода неразрушающего контроля для оценки аномальной области ОК (места заложения сокрытия).

В процессе выполнения работы необходимо:

­ рассмотреть процесс прохождения рентгеновских лучей ОК;

­ изучить последовать вывода выражения для определения объёма аномальной области ОК и вывести окончательное расчётное выражение;

­ провести анализ зависимости объема Vа аномалии, которые можно выявить, при вариации размеров коллиматора и скорости перемещения? ОК относительно коллиматора.

В работе требуется установить зависимости: Vа = f (?), (b = const); Vа = f (d), Vа = f (b), (? = const). Исходные данные для проведения расчётов приведены в таблицах 1, 2.

Таблица 1

Таблица 2

Методы радиационного контроля изложены в указанных ниже работах.

2. Прохождения рентгеновских лучей через ОК Радиометрия основана на измерении одного или нескольких параметров ионизирующего излучения после его взаимодействия с объектом контроля. В радиометрии различают дефектоскопию и толщинометрию.

В основном при радиометрическом контроле используют радиоактивные источники, рентгеновские аппараты и бетатроны. В качестве детекторов применяют ионизационные камеры, полупроводниковые и сцинтилляционные детекторы. Радиометрический контроль может быть основан на измерении параметров излучения, прошедшего объект контроля (см. рис. 1) и рассеянного.

Рис. 1. Схема радиометрического контроля: 1 — источник излучения; 2 — коллиматоры; 3 — контролируемый объект; 4 — направление перемещения; 5 — сцинтилляционный кристалл; 6 — фотоэлектронный умножитель; 7 — усилитель; 8 — регистрирующий прибор

В зависимости от выходного сигнала детектор может быть аналоговым и дискретным. При использовании дискретного детектора определяется число импульсов, при использовании аналогового детектора — суммарный сигнал.

Источниками рентгеновского излучения в промышленности служат ускорители электронов (рентгеновские аппараты, микротроны, бетатроны, линейные ускорители и т. п.).

Рентгеновским аппаратом называют совокупность технических средств, предназначенных для получения и использования рентгеновского излучения. Основные блоки рентгеновского аппарата: рентгеновский излучатель, рентгеновское питающее устройство, устройства для приема рентгеновских лучей и дополнительные устройства и принадлежности.

Рентгеновский излучатель представляет собой рентгеновскую трубку (электронный вакуумный прибор-баллон с запаянными в него электродами: катодом и анодом, заключенную в защитный кожух) (см. рис. 2).

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Рис. 2. Схема конструкции рентгеновской трубки: 1 — нить накала; 2 — катод; 3, 5 — фокусирующие электроды; 4 — фокусирующие катушки; 6 — мишень; 7 — анод; 8 — колба; 9 — охлаждающие трубки; 10 — выходное окно Подробней рассмотрим применяемый в данной работе сцинтилляционный детектор. Сцинтилляционные (от лат. Scintillation — мерцание) — радиолюминесцентные детекторы, в которых используется сцинтиллирующее вещество, испускающее фотоны света под действием ионизирующего излучения. Детектор оптически связан непосредственно или через световод с фоточувствительным устройством — фотоэлектронным умножителем.

3. Прохождения излучения через аномальную область Контрабанда может закладываться внутри материала строительных полуфабрикатов. Для этого в указанных объектах изготовляются пустоты, куда и закладываются предметы контрабанды, а затем место вложения соответствующим образом заделывается. Если физические свойства вложения отличаются от физических свойств материала полуфабриката, то такая аномалия будет надёжно выявляться (см. рис. 3).

Рис. 3. Схема проведения контроля: 1 — монолит полуфабриката, 2 — вложение, 3 — излучатель, 4 — приемник.

Для количественного описания процесса поглощения вводят понятие линейного коэффициента ослабления рентгеновских лучей. Интенсивность рентгеновского пучка после прохождения слоя вещества толщиной х уменьшается до величины I:

I = I0? e-??x (1)

где: I0 — интенсивность исходного пучка;? — линейный коэффициент ослабления.

Если излучение проходит через аномальную область (место заложения сокрытия) с коэффициентом линейного поглощения? а и размером x в направлении распространения излучения, интенсивность излучения будет равна:

Iа = I0 ?(R0 /R)2? (2)

где: I0 — интенсивность излучения, создаваемая источником; R0 — фокусное расстояние; R — расстояние от фокусного пятна до края аномальной области; h — толщина контролируемого объекта;? — толщина аномалии.

Рассмотрим связь между входными параметрами схем регистрации и параметрами ОК. Пусть источник создаёт на входе ОК плотность потока фотонов? по, который перпендикулярен плоскости ОК. Радиационный дефектоскоп имеет коллиматор с прямоугольным окном размерами d (высота) и b (ширина). ОК, выполненный из материала с коэффициентом? линейного ослабления излучения источника и имеющий внутреннюю полость в виде куба размером? << h, где h — толщина ОК, перемещается со скоростью? относительно коллиматора. Тогда средняя скорость счёта регистрируемых импульсов:

?0? [(?? ?3)/(d? b) + 1] при 0? t? d/ ?,

?= (3)

?0 при других t,

где: ?0 — эффективное число статистических импульсов при сканировании участков без аномалий ОК при условии, что вклад рассеянного ОК излучения в сигнал сведён к минимуму; QD — обобщённый квантовый выход детектирующей системы.

?0 = QD? ?по· Ak (4)

При поступлении нормированных импульсов с частотой? на интегрирующую ячейку сигнал на ней напряжение u (t) описывается соотношением:

u0? {[(?? ?3)/(d? b)]? (1 — e-t/?) + 1} при 0? t? d/?,

u (t)= (5)

u0? {[(?? ?3)/(d? b)]? (1 — e-t/?)? e-(t-d/?)/? + 1} при t > d/?.

Пусть ?N — случайные величины с нулевым среднем, т. к. аномалии вносят незначительные возмущения в регистрируемый поток.

?N = N — N0 / N0, ?u = (u — u0) / u0 (6)

Если N0 или u0 — средние величины на участках, не содержащих аномалий, то ?(?N) = ?N, а ?(?u) = ?u. В дальнейшем предполагается, что аппаратурная погрешность не превышает статистическую и? р = ?а.

Для счётных схем регистрации при времени накопления сигнала t = d /? отношение сигнал/шум:

q = ?? /?N = ?N /?(?N) = ??Vа ?k (7)

где: Vа = ?3 — объём аномалии;? = b?? — производительность контроля по площади; k = 0,5…1 — коэффициент, учитывающий, что в момент окончания и начала отсчёта в канал регистрации поступает информация не от всей аномалии.

Критерием выявляемости аномалии считается условие q? К (где, например, К = 3), тогда (7) c учетом (4):

K = ??Vа ?k (8)

где: Ak = d • b — площадь коллиматора.

Преобразуем (8) для токовых схем регистрации при? = 0,8• d /? и t = d ?:

Vа? (9)

Оценим объем Vа аномалий, которые можно выявить, а алюминиевом объекте контроля (ОК) с помощью радиометрического дефектоскопа, работающего в токовом режиме при помощи дозы излучения в зоне преобразователя 400 мкР/с, его квантовой эффективности QD = 0,8, энергии рентгеновских фотонов Е = 100 кэВ, размере коллиматора b, скорости контроля ?.

Для фотонов с энергией Е = 100 кэВ для ОК из алюминия? = 0,5 см-1, а мощности дозы излучения 400 мкР/с соответствует? п = 4?104 фотонов/(мм2?с).

В работе требуется установить зависимости: Vа = f (?), (b = const); Vа = f (b), (? = const). Исходные данные для проведения расчётов приведены в таблицах 3, 4.

Таблица 3

Таблица 4

Произведём расчёт для первого случая, когда ширина коллиматора b неизменна, скорость перемещения ОК относительно коллиматора v варьируется.

Производительность контроля по площади:

? = b[мм]? ?[мм/с] = [мм2/с].

?1 = b? ?1 = 4? 115 = 460 [мм2/с].

?2 = b? ?2 = 4? 120 = 480 [мм2/с].

?3 = b? ?3 = 4? 125 = 500 [мм2/с].

?4 = b? ?4 = 4? 130 = 520 [мм2/с].

?5 = b? ?5 = 4? 115 = 540 [мм2/с].

Во втором случае неизменна скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется.

Производительность контроля по площади:

?1 = b1?? = 3? 125 = 375 [мм2/с].

?2 = b2?? = 3,5? 125 = 437,5 [мм2/с].

?3 = b3?? = 4? 125 = 500 [мм2/с].

?4 = b4?? = 4,5? 125 = 562,5 [мм2/с].

?5 = b5?? = 5? 125 = 625 [мм2/с].

Преобразуем формулу (3.8) и выведем расчётную формулу для определения объёма аномалий Vа, которые можно выявить в алюминиевом объекте контроля с помощью радиометрического прибора, работающего в токовом режиме:

Vа ?

Vа? (10)

Vа? (11)

Оценим объём аномалий Vа для первого случая, когда ширина коллиматора b неизменна, а скорость перемещения ОК относительно коллиматора v варьируется.

Vа1 ?

Vа2 ?

Vа3 ?

Vа4 ?

Vа5 ?

Построим график зависимости Vа = f (?), (b = const) (см. рис. 4).

Рис. 4. График зависимости Vа = f (?), (b = const)

Оценим объём аномалий во втором случае, когда неизменна скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется.

Vа1 ?

Vа2 ?

Vа3 ?

Vа4 ?

Vа5 ?

Построим график зависимости Vа = f (b), (? = const) (см. рис.5).

Рис. 5. График зависимости Vа = f (b), (? = const).

Заключение

Анализируя полученные зависимости, устанавливаем следующее. Объём, выявляемых аномалий Vа для случая, когда ширина коллиматора b неизменна, а скорость перемещения ОК относительно коллиматора v варьируется, линейно возрастает. Таким образом, для выявления аномалий малого размера, необходимо снижать скорость контроля.

Объём, выявляемых аномалий для случая, когда неизменна скорость перемещения ОК относительно коллиматора v, а ширина коллиматора b варьируется, линейно возрастает. Таким образом, для выявления аномалий малого размера, необходимо ширину коллиматора уменьшать.

рентгеновский контроль излучение диапазон

1. Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 4. Контроль излучениями: Практ. пособие/Б. Н, Епифанцев, Е. А. Гусев, В. И. Матвеев, Ф. Р. Соснин; Под ред. В. В. Сухорукова. — М.: Высш. шк., 1992. — 321 с.

2. Бякин Г. И., Кулешов А. В., Улупов Ю. Г. Интроскопия в таможенном деле: учебно-методическое пособие. — СПб.: СПб им. В. Б. Бобкова филиал РТА, 1998. 114 с.

3. Ермолов И. Н., Останин Ю. Я. Методы средства неразрушающего контроля качества: Учеб. пособие для инженерно-техн. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1988. — 368 с.