4 курс / Лучевая диагностика / Введение_в_комп_рентг_и_нейтронную_томографию
.pdf30 |
Глава 2 |
|
|
Рис. 21. Радиографические изображения плоскости вертолетного винта
в рентгеновском излучении (слева) и тепловых нейтронах (справа) [35]
Таблица 1.
Пропускание гамма-излучения Со-60 и 14 МэВ нейтронов для различных материалов
|
|
Толщина 0,1% |
Толщина 0,1% |
Отношение |
|
|
Плотность, |
пропускания |
пропускной |
||
Вещество |
пропускания |
||||
г/см3 |
14 МэВ |
способности |
|||
|
гамма Со-60 |
||||
|
|
нейтронов |
Со-60/14 МэВ |
||
|
|
|
|||
свинец |
11,3 |
10,4 |
38,9 |
0,27 |
|
железо |
7,6 |
15,5 |
33,4 |
0,46 |
|
алюминий |
2,7 |
43,6 |
65,6 |
0,66 |
|
графит |
1,0 |
117,7 |
99,8 |
1,18 |
|
полиэтилен |
0,94 |
111,5 |
63,0 |
1,77 |
|
вода |
1,0 |
107,4 |
88,3 |
1,58 |
|
бетон |
2,3 |
49,0 |
56,3 |
1,03 |
Рис. 22. Слева направо: радиографические изображения газового
пистолета в тепловых нейтронах (слева) и рентгеновском излучении
(справа) [61]
Особенности томографии в рентгеновском и нейтронном излучениях |
31 |
|
|
Рис. 23. Радиографические изображения фотоаппарата в рентгеновском излучении (слева) и тепловых нейтронах (справа)
Рис. 24. Устройство тестового образца (слева) и его внешний вид (справа). Стрелкой обозначен реконструируемый слой
Рис. 25. Реконструкция слоя Al/Pb/ПЭ тестового образца
по томографическим данным, полученным с помощью рентгеновского излучения с энергией 9 МэВ
32 |
Глава 2 |
|
|
Рис. 26. Реконструкция слоя Al/Pb/ПЭ тестового образца
по томографическим данным, полученным на источнике нейтронов с энергией 10 МэВ
Контрольные вопросы к главе 2
1.Физические процессы, приводящие к ослаблению рентгеновского (гамма) и нейтронного излучений при прохождении через слой вещества.
2.Зависимость ослабляющих способностей рентгеновского (гам- ма-) и нейтронного излучений в функции от атомного номера вещества.
3.Зависимость ослабляющих способностей рентгеновского (гам- ма-) и нейтронного излучений в функции от энергии излучения.
4.Влияние рассеянного в образце излучения на качество томографического изображения.
5.Сравнить ослабляющие способности гамма-излучения Со-60 и быстрых 14 МэВ нейтронов для различных материалов.
Области применения рентгеновской и нейтронной томографии |
33 |
|
|
Глава 3. Области применения рентгеновской
инейтронной томографии [37–40]
Впоследние годы на крупных международных конференциях по тематике нейтронной и рентгеновской радиографии организуются специальные секции, посвященные методам томографических исследований и их применению в неразрушающем контроле и научных исследованиях. Томография обеспечивает наиболее полную информацию о внутренней структуре анализируемых объектов. Поэтому она используются для углубленного анализа структуры исследуемых объектов. Детализированные томографические изображения и возможность измерения внутренних размеров объекта часто являются необходимыми для неразрушающего контроля качества изделий, анализа неисправностей и исследования материалов (рис. 27).
Рис. 27. Основные области применения радиационной томографии в неразрушающем контроле изделий
34 |
Глава 3 |
|
|
Рис. 28. Обнаружение обрыва проводника в нейтронном генераторе
ИНГ-07 с помощью томографической реконструкции
Рис. 29. Контроль качества сборки двигателя внутреннего сгорания:
слева – рентгеновское проекционное изображение, справа – структуры отдельных слоев
Как показывает практика, именно такие технологии необходимы современному производству в качестве инструментов исследования и контроля. Современный уровень развития микрофокусной томографии позволяет отнести ее к метрологической технологии, которая в качестве таковой находит применение в различных областях: энергетической, аэрокосмической, автомобильной, металлообрабатывающей и др.
Особенности томографии в рентгеновском и нейтронном излучениях |
35 |
|
|
В настоящее время радиационная (нейтронная и рентгеновская) томография используется при решении следующих научно-техни- ческих задач:
-выявление внутренних дефектов;
-обнаружение и анализ неисправностей (рис. 28);
-проверка качества сборки сложных механизмов (рис. 29);
-контроль электронных компонент (рис. 30), металлических отливок (рис. 31), сварных соединений;
-выполнение пространственной метрологии;
-обратное проектирование;
-исследование состава и структуры различных материалов;
-исследование биологических объектов, горных пород, гальванических и топливных элементов;
-цифровое копирование и архивирование изделий и артефактов.
Рис. 30. Выявление пустот (слева) и трещин (справа) в шариковых выводах
В атомной промышленности радиационная томография используется при:
-дефектации и контроле тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов)
итепловыделяющих сборок (ТВС) [41, 42];
-исследовании состояния радиоактивных изделий и материалов [43, 44];
-контроле качества сварных швов [45];
-контроле количества и распределения радиоактивных отходов в контейнерах [46].
36 |
Глава 2 |
|
|
Рис. 31. Пример применения радиационной томографии в контроле
пористости металлических отливок
При дефектации ТВЭЛов контролируется содержание и пространственное распределение делящихся веществ (рис. 32). В случае ТВС задачей контроля является наличие и правильность установки ТВЭЛов, определение сплошности и пространственной равномерности топливного столба. Качество изготовления оболочек ТВЭЛов, в частности, качество сварных швов, во многом определяет надёжность и безопасность эксплуатации ядерной энергетической установки.
Рис. 32. Распределение топлива
в графитовой матрице шарового
топливного элемента диаметром 6 см
с примерно 8500 частицами топлива
диаметром 0,5 мм
Области применения рентгеновской и нейтронной томографии |
37 |
|
|
Рис. 33. Пример 3D реконструкции турбинной лопатки:
слева – рентгеновское проекционное изображение,
справа – структуры отдельных слоев
При инспекции контейнеров с остеклованными радиоактивными отходами важно контролировать массу содержащихся в контейнере отходов, их распределение по объему, а также состояние фосфатного стекла.
Ваэрокосмической промышленности контроль проходят [47–49]: - турбинные лопатки (рис. 33); - сварные швы;
- сборки пиротехнических изделий.
Вавтомобильной промышленности томографическому контролю подвергаются:
- электрические разъемы; - инжекторы;
- датчики (например, лямбда-зонды); - литые детали, изготовленные под давлением (рис. 34); - сажевые фильтры.
Вэлектронной промышленности при производстве печатных плат контролируются и выявляются:
- точная пространственная локализация пустот и дефектов; - точный анализ формы паяного соединения.
38 |
Глава 3 |
|
|
Рис. 34. Возможности томографии в тепловых нейтронах высокого разрешения: А – фото сотовой структуры, Б – 3D реконструкция, В – отдельные составляющие структуры
При производстве пластмассовых изделий проверяются:
-конструктивно сложные изделия (рис. 35);
-мягкие, прозрачные материалы без возможности тактильной или оптической проверки;
-места сварки пластмассовых деталей.
Рис. 35. Структура пластика, усиленная стеклянными волокнами, полученная с помощью нейтронной томографии
Области применения рентгеновской и нейтронной томографии |
39 |
|
|
Рис. 36. Томограммы метеорита: А – рентгеновская,
Б– нейтронная и В – их комбинация
Внаучных исследованиях томография используется при:
-исследовании физико-химических процессов в водородных топливных ячейках и гальванических элементах [50];
-определении структуры и вещественного состава метеоритного вещества (рис. 36) и геологических кернов (рис. 37) [51];
-исследовании поведения многофазных жидкостей (рис. 38);
-исследовании и копировании различного рода археологических артефактов [52];
-анализе морфологии биологических объектов (рис. 39);
-измерении распределения пор по размеру в пористых веществах [53].
Рис. 37. Томограммы образца гранита с включениями каолина