СПОСОБ НЕЙТРОННОЙ РАДИОГРАФИИ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF NEUTRON RADIOGRAPHY AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к нейтронной радиографии и может быть использовано для исследования протяженных радиоактивных изделий, в основном тепловыделяющих элементов (твэлов), а также проведения неразрушающего контроля как облученных, так и необлученных объектов с определением их внутренней структуры и вещественного состава.
Известен способ получения нейтронного изображения методом прямого экспонирования, заключающийся в расчете экспозиционной дозы фонового γ-излучения и времени экспонирования, установки детектора и регистрации нейтронного изображения на фотографических материалах (Н.Д. Тюфяков, А.С. Штань «Основы нейтронной радиографии». М., Атомиздат, 1975, с. 250).
Известна установка нейтронной радиографии для просвечивания, в которой используется пучок нейтронов от ядерного реактора бассейнового типа и предусмотрена возможность плавного изменения коллимации пучка путем изменения размеров входного окна коллиматора (Радиационная техника. Вып. 16. М., Атомиздат, 1978).
Установка снабжена приводами подачи изделия и детектора на позицию контроля, приспособлением крепления активационного детектора для его перегрузки из каретки в фотоконтейнер, пневмосистемой для подачи сжатого воздуха для прижатия активированного экрана к рентгеновской пленке.
2
Просвечивание изделия ведется в радиографической камере размером 150×1200 мм в одном ракурсе при падении коллимированного пучка нейтронов под углом 90° к плоскости изделия и плоскости детектора. При обнаружении дефекта и выявлении его причины требовалось его рассмотрение под другим углом или несколькими. Это требовало многократных транспортировок облученного изделия из радиографической в защитную, поворот изделия в защитном контейнере и обратную транспортировку на место облучения.
Известен способ нейтронной радиографии (Н.Г. Кочерыгин, В.Д. Козменко. "Установка для дефектоскопии высокоактивных образцов", А.С. №199476, кл. 42к, 46/07, МПК G01n, 1967 г.), заключающийся в том, что исследуемый образец размещают в подвижной траверсе вертикально стоящего защитного контейнера, который затем устанавливают в горизонтальном положении над вертикальным каналом пучка нейтронов реактора, задают скорость перемещения траверсы и скорость уменьшения заданной величины диафрагмы. Скорость протяжки траверсы и изменения величины диафрагмы подбирают экспериментально и обеспечивают получение равномерного фона активируемого экрана к окончанию облучения и достаточную его активность для получения четкого изображения на фотопленке.
Установка для реализации способа содержит источник нейтронов, рабочий контейнер, расположенную внутри рабочего контейнера подвижную траверсу для размещения исследуемого образца, механизм протяжки траверсы в перпендикулярном направлении к нейтронному потоку, механизм изменения величины диафрагмы, фотоконтейнер, манипуляционный механизм для транспортировки неактивированного экрана из рабочего контейнера в фотоконтейнер.
Данное устройство предназначено для исследования образцов или изделий небольшой длины. При большой длине изделий приходится использовать контейнеры с высотой, вдвое большей длины самого этого изделия. Обращение с громоздкими контейнерами представляет большие неудобства, поскольку после доставки его к месту предстоящих измерений всю эту громоздкую конструкцию необходимо переводить из вертикального (занимаемое при транспортировках) в горизонтальное положение (занимаемое при «просветках»).
Размер пучка нейтронов, выходящих из протяженных вертикальных каналов оказывается минимизированным (не более 50÷100 мм). Это приводит к необходимости иметь множество пошаговых перемещений траверсы с изделием в контейнере, перевернутом из вертикального в горизонтальное положение, что занимает много времени.
Для получения картины пространственных изменений, параметров области распространения дефектов по длине и радиусу исследуемых изделий необходимо получать изображения с поворотами самих этих изделий вокруг своих осей и протяжками поперек воздействующего пучка. Это требует проведения ряда независимых «просветок» нейтронами и проведения множества дополнительных операций, осуществляемых, в том числе, с возвратами контейнера с изделием в защитную камеру для дистанционного проведения в ней соответствующих механических манипуляций с высокоактивным изделием.
Повреждения высокоактивных изделий при таком множестве перестановок и перемещений могут произойти по какой-либо непредвиденной причине и закончиться серьезным радиационным происшествием. Кроме того, каждое новое просвечивание (облучение пучком нейтронов) исследуемого изделия, содержащего ядерное топливо, проводит к накоплению дополнительной активности. Это делает нахождение такого изделия в пределах ЦЗ с каждым разом все более радиационно опасным для персонала, обслуживающего эту установку.
Перенос скрытого изображения с экрана на пленку в фотоконтейнере в условиях центрального зала не лучшее решение, поскольку возможен дополнительный фон от других источников излучения.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение информативности, точности и четкости получения результатов при исследовании изделий.
Вышеуказанная задача решается в способе нейтронной радиографии, заключающемся в том, что помещают исследуемый объект в защитный контейнер, контейнер размещают на станине в посадочное место и жестко фиксируют в нем, устанавливают в паз лимба, который вмонтирован в станину и выполнен в форме поворотного диска, имеющего вырез полукруговой формы, первый детектор, устанавливают угол (+α) между направлением излучения и детектором, подают поток нейтронов, после облучения переносят первый детектор из камеры и размещают в специальном контейнере для контакта с фотопленкой, устанавливают в паз второй детектор, устанавливают угол (-α) между направлением излучения и детектором, облучают, после облучения переносят второй детектор из камеры и размещают в специальном контейнере для контакта с фотопленкой, обрабатывают засвеченные пленки для получения изображений под углом ±α (|+α|=|-α|), варьируя которым получают стереоскопическое изображение.
Экспериментально подтверждено, что величину угла (±α) выбирают из диапазона от 40° до 80°.
Для получения качественных изображений проводят мониторирование плотности пучка нейтронов и вторую экспозицию осуществляют при той же плотности потока нейтронов, что и первую.
i
Установка для реализации способа контроля изделий методом нейтронной радиографии включающая источник нейтронов, защитный контейнер для исследуемого объекта, детектирующую систему с плоским активационным детектором, дополнительно содержит станину, на которой размещена детектирующая система, выполненная в виде поворотного лимба с посадочным местом для фиксации нейтронных детекторов в виде диаметрального паза, установленного с возможностью поворота вокруг оси, параллельной оси контролируемого изделия на заданный угол, и полукольцевым вырезом в лимбе для прохода протяженного изделия при повороте лимба на угол α относительно направления пучка нейтронов.
В посадочное место устанавливают и жестко фиксируют стопором контейнер с исследуемым объектом. Лимб своим центром вращения закреплен в шарикоподшипнике, вмонтированном в станину, и опирается на ролики, размещенные в круговой дорожке лимба.
На диаметре лимба имеются прорезь прямоугольного профиля со своей шириной и длиной для установки детектора.
i
Лимб устанавливают в одно из выбранных положений, находящихся под углом α к оси нейтронного пучка, где i может принимать разные, но строго определенные и фиксированные значения для одной пары измерений.
i
Меняя угол ориентации (α) размещения активируемых пластин под углом и получая соответственно пары рентгеновских изображений, можно за два-три приема полностью охарактеризовать имевшиеся распределения дефектов, образовавшихся в исследуемом объекте, состояние оболочек, сварных швов, приобретенных либо в ходе изготовления, либо в результате изменений, вызванных интенсивным воздействии на них реакторных излучений и высоких температур.
Оба активационных изображения должны быть получены на том же самом пучке нейтронов (по интенсивности и составу), без изменения позиции исследуемого изделия на станине.
i
Установка последовательно двух детекторов с расположением одного детектора под углом +α, а второго детектора в зеркально противоположном положении - под углом -α (перевернутом на 180 градусов по отношению к оси пучка) позволяет получить два изображения изделия, которые составляют стереоскопическую пару с заданным коэффициентом увеличения изображения, равным 1/sinα.
Применение объемной нейтронной радиографии значительно расширяет возможности визуального анализа дефектов в исследуемых изделиях по сравнению с обычным способом получения их радиографических изображений.
Наличие лимба, установленного на станине с возможностью вращения и имеющего паз для установки активационных детекторов и выреза круговой формы с угловой длиной 180° и шириной, равной диаметру контейнера с исследуемым объектом, позволяет получать изображение объектов, снятых под разными углами, и получать стереоскопическую пару для объемного изображения объекта.
Лимб приводится во вращение на заданные углы с помощью механизма и фиксации в автоматическом режиме.
На фигуре 1 показан общий вид установки, на фигуре - вид сверху установки на лимб (а), (б) - вид с установленным в паз детектором,
где:
1 - коллимированный пучок нейтронов;
2 - исследуемый объект;
3 - защитный контейнер;
4 - станина;
5 - посадочное место; (гнездо)
6 - стопор;
7 - поворотный лимб;
8 - паз;
9 - ось поворота лимба;
10 - шарикоподшипник;
11, 12 - активационные детекторы;
13 - полукольцевой вырез на лимбе;
14 - механизм поворота и фиксации лимба под заданным углом.
Исследуемый объект (образец, изделие) - 2 размещают в защитном контейнере - 3. Контейнер 3 размещают на станине - 4 в посадочном месте - 5 и жестко фиксируют стопором - 6. На станине - 4 располагается поворотный лимб - 7, выполненный в форме поворотного диска, имеющего вырез - 8 круговой формы с угловой длиной 180° и шириной, равной диаметру контейнера 3 с исследуемым объектом - 2.
i
i
Лимб - 7 своей осью вращения - 9 закреплен в шарикоподшипнике 10, вмонтированном в станину - 4, и опирается на ролики (на рисунке не показаны) и имеет вырез - 13. В паз - 8 поочередно устанавливают парные активационные детекторы - 11 и - 12, высота которых должна быть равна высоте просвечиваемого объекта - 2. Каждый из нейтронных детекторов - 11 и - 12, размещенный за исследуемым объектом - 2, может быть единым или составным из нескольких частей. Для набора статистики (в известной степени исключающей случайности, обязанные некачественным фотоматериалам, используемым на последующих стадиях получения изображений), таких обследований на одном и том же изделии - 2 может быть проведено несколько. Выбранный угол поворота нейтронных детекторов к оси пучка задается применением известного механизма поворота и фиксации - 14, например сельсинной парой (сельсином-задатчиком и сельсином-приемником), дискретной зубчатой передачей, системой отверстий, расположенной ниже лимба на неподвижной нижней опоре и подпружиненным стопором на лимбе 7 или т.п. Примененный способ должен обеспечивать разворот активационных детекторов 11 и 12 к выбранным углам атаки нейтронного пучка, численно равным друг другу (|+α|=|-α|), реализованном в первом сеансе «просветки» исследуемого объекта и затем во втором сеансе.
После первой «просветки» проводится перенос полученного распределения активности на пластине 11 на рентгеновскую пленку, не дожидаясь второго облучения для того, чтобы успеть без потерь (хорошо) снять изображение активности, наведенной на активационном детекторе, обладающем малым периодом полураспада. После облучения второго активационного детектора 12 (обладающего тем же малым периодом полураспада) процедура снятия изображения повторяется и оно переносится на вторую рентгеновскую пленку. Далее негативные изображения, полученные на рентгеновских пленках, в свою очередь переносятся обычным путем на два фотоотпечатка. Обе полученные рентгеновские пленки (или фотоотпечатки) рассматриваются одновременно на соответствующей стереоскопической аппаратуре, которая позволяет объединить оба эти ракурса в один объемный зрительный объект. Использование этой аппаратуры и двух рентгеновских пленок обеспечивает получения 3D-изображения исследуемого изделия 2.
i
Меняя угол ориентации размещения активационных детекторов 11, 12 под лучом (α) и соответственно полученные пары рентгеновских изображений можно за два-три приема полностью охарактеризовать имевшиеся распределения дефектов, образовавшихся в исследуемом объекте, состояние оболочек, сварных швов, приобретенных либо в ходе изготовления, либо в результате изменений, вызванных интенсивным воздействием на них реакторных излучений и высоких температур.