Микрофокусные рентгеновские аппараты для промышленной дефектоскопии

проигрыш в числе используемых квантов составляет всего 2,5 раза или 1,58 раза по отношению сигнала к шуму.

Накопленный практический опыт «бетатронной» томографии также подтверждает, что малая мощность дозы «томобетатрона» не является непреодолимым ограничением в важнейших применениях томографического контроля для отработки ответственных технологий.

Тем не менее повышение МЭД в 10 раз до 40 Р/мин (в 3 раза по отношению сигнала к шуму) было бы решающим в соревновании «томобетатрона» с линейным ускорителем в томографических применениях. К сожалению, пока не найдены средства значительного увеличения МЭД «томобетатрона», хотя ограничения и носят чисто технический характер, не достигая предела допустимой тепловой нагрузки на мишень. Надо продолжать поиск. Соревнование высокоэнергетических источников компьютерных томографов продолжается.

Список литературы

1. Вайнберг Э.И. Компьютерные томографы «ПРОМИНТРО» // В мире НК. - 2001 .— №4.-С. 30-33.

2. Вайнберг Э.И. Томографический контроль композитов // В мире НК. - 2003. № 3. - С. 8-11.

3. Вайнберг И.А., Вайнберг Э.И., Цыганов С.Г. Опыт томографического контроля охлаждаемых турбинных лопаток // В мире НК. - 2007. - № 1. - С. 12-15.

4. Вайнберг Э.И., Цыганов С.Г., Шаров М.М. Опыт трехмерной компьютерной томографии // В мире НК. - 2008. - № 1. - С. 56-59.

5. Вайнберг Э.И. Повышение пространственного разрешения промышленных компьютерных томографов // В мире НК. - 2006. - № 3. - С. 40^42.

6. Byorkholm P., Johnson J. Cargo Examination using the X-ray Radiation of High Energy. - Cargo Security International. October 2004.

7. Вайнберг Э.И. Опыт использования малогабаритного бетатрона МИБ-5 в составе промышленного компьютерного томографа ВТ-500ХА // В мире НК. - 2003. №4.-С. 58-61.

МИКРОФОКУСНЫЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННОЙ ДЕФЕКТОСКОПИИ

A.M. Штейн, В.Н. Твердохлебов, Е.Ю. Усачев г. Томск, г. Москва, г. Москва, Россия

Традиционно микрофокусные рентгеновские аппараты с размерами фокусного пятна от долей микрометра до 0,1 мм используются в рентгеновских микроскопах или для контроля малых объектов с увеличением их изображения в 15-50 раз. [1]

Ниже рассмотрены преимущество этих аппаратов применительно к наиболее широко используемому сейчас в дефектоскопии методу радиографии.

В ООО «Диагностика-М» разработаны и производятся малогабаритные микрофокусные рентгеновские аппараты с размерами фокуса 0,03-0,06 мм. Они представляют собой относительно новый класс рентгеновских аппаратов для дефектоскопии. С их помощью можно по-новому решать проблемы неразрушающего контроля. Эти аппараты отличаются малыми размерами и весом, низкой потребляемой мощностью и высокой надежностью. Основные технические характеристики приведены в табл. 1.

Аппарат Напряжение, кВ Толщина просвечивания Ре, мм Фокусное пятно, мм

РАП100МН 20-100 8 0,05*

РАП150МН 40-150 18 0,06*

В комплект поставки может входить дополнительная магнитная система для уменьшения фокуса до 0,03 мм.

Подробные технические данные можно найти на сайте [2].

Стандартно принято, что источник излучения должен быть удален на возможно большее расстояние от пары: объект контроля - приемник преобразователь излучения (далее -пленка), которые в свою очередь должны быть как можно плотнее прижаты друг к другу. Такая геометрия контроля вызвана тем, что размер источника излучения (фокусное пятно рентгеновской трубки, далее - фокус), как правило, заметно больше дефектов, которые надо обнаруживать. В этих условиях, если фокус достаточно близок к пленке, а объект контроля несколько отдален от нее, то излучение от краев фокуса частично или даже полностью перекрывает изображение дефекта на пленке, так называемая зона полутени (см. рис. 1, а).

Однако, к проблеме разрешающей способности метода можно подойти иначе.

Если размер фокусного пятна меньше размера дефекта, то при любых расстояниях фокус-объект-пленка не будет уменьшения размера изображения (см. рис. 1, б). В этом случае разрешающая способность метода прямо пропорциональна tga, так как чем больше а, тем большее увеличение можно получить на пленке, значит, тем меньше влияют ограничения в разрешающей способности приемника изображения (пленка, рентгенотелевизионный преобразователь и т. д.). Естественно, что при таком фокусе ток будет небольшим, но это компенсируется малым фокусным расстоянием, поскольку обратно пропорционален фокусному расстоянию, а мощность дозы излучения, попадающего на пленку, обратно пропорциональна квадрату этого расстояния.

з

Рис. 1. Формирование изображения объекта: 1 - фокус; 2 - дефект; 3 - пленка; 4 - зона полутени; 5 - изображение дефекта

Рассмотрим это предположение на примере. Пусть объект имеет толщину 10 мм с расположением дефектов у поверхности со стороны пленки, в центре объекта и у поверхности со стороны источника излучения (это наиболее сложный для выявления случай, поэтому тест-объект положено ставить именно в этом положении). Согласно ГОСТ 7512-82 (п.6,3) наименьший диаметр выявляемой проволочки должен быть не более 0,1 мм. В практике принято считать надежно выявляемым дефект, размер которого равен двойному диаметру выявляемой проволочки эталона. Наименьший диаметр проволочки эталона по ГОСТ 7512-82 (и по EN462-1) равен 0,05 мм, что соответствует выявляемости дефекта диаметром 0,1 мм.

В качестве стандартных источников излучения возьмем 2 рентгеновских аппарата на напряжение 30-160 кВ, оптимальное для объектов выбранной толщины: РАП160-5 с фокусом 1,2 мм и током 5 мА и SMART 160W с фокусом 0,4 мм и током 4 мА.

Сравним мощность дозы, создаваемую этими аппаратами на пленке на расстоянии, определяемым допустимой полутенью, с мощностью дозы, создаваемой аппаратом с фокусом 30^40 мкм и током 0,2 мА.

Расстояние от дефекта до пленки с учетом толщины свинцового усиливающего экрана, бумажной кассеты и неплотности прилегания объекта к кассете примем равным 1 мм для случая, когда дефект находится у поверхности со стороны пленки, и равным глубине залегания для остальных случаев. Примем, что полутень закрывает 50 % размера дефекта(или, что то же самое, 50 % диаметра проволочки в 0,05 мм). В таком случае, согласно рис. 1 tga = 0,0125. Отсюда, легко получить фокусные расстояния, обеспечивающие полутень не более 50 % дефекта, при разной глубине залегания его.

Для аппарата РАП 160-5 фокусное расстояние должно быть не менее 46 мм при дефекте со стороны пленки, 230 мм при залегании дефекта на 5 мм и 460 мм - при дефекте со стороны источника.

Для аппарата SMART 160W, соответственно, имеем 14, 70 и 140 мм.

В силу конструктивных особенностей минимальное фокусное расстояние для аппарата РАП 160-5 равно 75 мм плюс толщина объекта, то есть в нашем случае - 85 мм, а для аппарата SMART160W, который имеет выносной анод длиной (до фокуса) 110 мм, оно равно, примерно, 75 мм.

Микрофокусный аппарат РАП100МН имеет выносной анод длиной 140 мм и диаметром 6 мм, таким образом, для нашего случая мы имеем фокусное расстояние 13 мм.

При прочих равных условиях, мощность дозы у РАП 100МН составляет 0,04 мощности дозы от РАП 160-5 и 0,05 - от SMART 160W, однако, с учетом необходимого фокусного расстояния мы имеем следующие соотношения мощностей дозы у пленки (см. табл. 2).

Таблица 2

75 мм 85 мм 140 мм 230 мм 460 мм

РАП100МН РАП 160-5 1,7 12,5 50

РАПЮОМН SMART 160 W 1,66 5,8

Микрофокусный аппарат РАП150МН может иметь выносной анод длиной 250 мм и диаметром 20 мм с фокусным пятном не более 0,05 мм. И в этом случае при минимальном фокусном фокусном расстоянии 20 мм мы имеем выигрыш в дозе по сравнению с обычными аппаратами (табл. 2).

Если принять, что технологически невыгодно увеличение времени экспозиции, примерно, в три раза, то преимущество сильноточных стандартных аппаратов при оговорен-

ных выше условиях начинает сказываться при фокусных расстояниях более 100 мм. Однако, и здесь не все однозначно. Излучатели (моноблоки) микрофокусных аппаратов имеют очень малые размеры и массу. Помимо возможности работы в стесненных условиях это позволяет сократить время установки моноблока в позицию для просвечивания.

Бесспорно преимущество микрофокусных аппаратов для контроля кольцевых сварных швов трубных досок. Сейчас контроль одного такого кольцевого шва производится последовательно за 4-6 экспозиций. Помимо затраты времени возникают трудности при «сшивании» снимков, чтобы определить, где именно находится дефект. Микрофокусные аппараты с вынесенным анодом и панорамным излучением (с осью излучения под 45° назад) позволяют делать снимок кольцевого шва за одну экспозицию. В наших экспериментах с трубными досками с трубами внутренним диаметром 10 мм уверенно определялась проволочка эталона диаметром 0,08 мм, причем ограничение в диаметре определяемой проволочки вызваны не разрешающей способностью аппарата, а условием длительности экспозиции не более 60 секунд. Это потребовало применить несколько большее напряжение, чем необходимо для получения максимальной контрастной чувствительности. В тех же условиях, например, на фоне 10 мм титана выявлялись проволочки из титана диаметром 0,08 мм и более плотные проволочки из железа диаметром 0,05 мм.

Таким образом, во многих случаях радиографического контроля применение микрофокусных аппаратов более предпочтительно по сравнению с обычными аппаратами.

Список литературы

1. Соснин Ф.Р. Нсразрушающий контроль: справочник: в 7 т. Т. 1: в 2 кн.: кн. 1: Визуальный и измерительный контроль. Кн. 2: Радиационный контроль / под общ. ред. В.В. Клюева,- М.: Машиностроение, 2003. - 560 е.: ил.

2. http://www.tsnk-lab.ru/work/equipment/form/portable/rapm

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ УСКОРЕННЫХ РЕСУРСНЫХ ИСПЫТАНИЙ

СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К ФАКТОРАМ РАДИАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРИЗАЦИИ В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ

К).А. Бежаев, В.М. Зыков, A.A. Лукащук

На основе результатов испытаний арсенид-галлисвых фотопреобразователей предложен новый подход к методике проведения лабораторных ускоренных ресурсных испытаний солнечных батарей космических аппаратов к факторам радиационной электризации.

Разработка космических аппаратов (КА) нового поколения, функционирующих на высоких орбитах, обладающих расширенными целевыми возможностями, с большей мощностью полезной нагрузки и сроками активного существования (САС) до 15-ти лет, предъявляет к современным солнечным батареям (БС) ряд требований, направленных на достижение максимальной эффективности БС при заданном ресурсе или максимального ресурса при определенном уровне эффективности БС.

Воздействие факторов космического пространства приводит к деградации БС. Значительный вклад в ухудшение характеристик БС вносят потоки заряженных частиц. Под действием радиации существенно изменяется как режим работы фотопреобразователей