Особенности рентгенографического контроля импульсными аппаратами

1. Общие сведения

Основными преимуществами импульсных аппаратов, которые обеспечили им большую нишу на рынке неразрушающего контроля, являются:

• компактность и малый вес (работа на высоте, в поле и в тесных помещениях),
• работа от аккумулятора (в поле при отсутствии стационарной электрической сети),
• простота использования,
• время экспозиции от нескольких секунд,
• возможность контроля широкого диапазона толщин,
• низкая цена.

Все это делает их особенно привлекательными для работы в поле и на высоте.

Однако, у импульсных аппаратов есть ряд особенностей, которые надо учитывать, чтобы наиболее полно использовать их возможности.

2. Физический принцип работы

Под импульсными аппаратами обычно понимаются аппараты с накапливаемой энергией, в которых получение рентгеновского излучения основано на эффекте взрывной электронной эмиссии в рентгеновской трубке с холодным катодом.

Если в классическом рентгеновском аппарате на трубку подается постоянное напряжение, то в импульсном напряжение имеет форму коротких импульсов. Под действием такого импульса кромка вольфрамового катода трубки взрывается, образуется облако плазмы, которая и является источником электронов. Таким образом излучение импульсных рентгеновских аппаратов представляет собой не непрерывный поток рентгеновских фотонов, а ряд коротких импульсов. При этом время между импульсами достаточно велико. Так, при типовой длине импульса около 50 нс, время между импульсами достигает 100 мс (100 000 нс).

3. Практические следствия. Особенности экспозиции

3.1. Масса, габариты

Главным практическим следствием такого принципа работы является уменьшение массы и габаритов аппарата по сравнению с классическими на такое же напряжение.

Поскольку высокое напряжение внутри аппарата существует только в течении очень короткого времени, это позволяет существенно уменьшить требования к толщине и характеристикам высоковольтной изоляции. А уменьшение толщины изоляции позволяет сделать аппарат более компактным и легким.

3.2. Короткие экспозиции

Импульсный аппарат готов к работе сразу после включения. Если в аппаратах с постоянным напряжением проходит некоторое время, пока напряжение плавно поднимется до установленного (для разных производителей это время может составлять от нескольких секунд до десятков секунд), то в импульсном аппарате максимальное напряжение достигается мгновенно. Это позволяет работать с предельно короткими экспозициями в несколько секунд.

3.3. Мощность излучения

Длительные паузы между импульсами приводят к тому, что средняя мощность излучения импульсного аппарата невелика, поэтому рекомендуется по возможности:

• применять флуоресцентные или флуорометаллические экраны;
• использовать пленочные системы с наибольшей возможной чувствительностью либо цифровую рентгенографию;
• применять высококонтрастные пленки только при контроле небольших толщин или легких материалов;
• вести съемку при минимально допустимых фокусных расстояниях (экспозиция возрастает как квадрат расстояния);
• использовать схемы, сокращающие просвечиваемую толщину (например, панорамное просвечивание вместо направленного).

Эти меры не только повышают эффективность, но и экономят ограниченный ресурс аппарата.

3.4. Регулировка анодного тока

Импульсные аппараты не имеют регулировки анодного тока. Однако, рентгеновская пленка накапливает изменения, происходящие под действием излучения, независимо от того, попадает не нее излучение в виде непрерывного потока или в виде импульсов. Поэтому отсутствие регулировки по току компенсируется выбором времени экспозиции.

3.5. Регулировка напряжения

Это очень важный пункт, который зачастую недооценивается.

Импульсные аппараты не имеют регулировки анодного тока. Вместо регулировки напряжения требуется подбора аппарата с соответствующим рабочим напряжением, подходящим для заданной толщины объекта контроля. Для этого аппараты выпускается в виде линейки с рядом напряжений на трубке 200, 250 и 300 кВ.

Но, при этом, рентгеновское излучение, полученное на основе взрывной эмиссии, отличается по просвечивающей способности от излучения постоянных аппаратов. Подробнее об этой особенности будет рассказано далее.

3.6. Размер фокусного пятна и резкость изображения

Снимки, сделанные импульсными аппаратами, в большинстве случаев получаются менее резкими, чем при использовании классических аппаратов с постоянным напряжением. Это объясняется принципом образования первичного электронного облака в микровзрывах катода трубки.

4. Спектр излучения и его влияние на просвечиваемую толщину

4.1. Величина напряжения и минимальная толщина

Особенности спектра излучения позволяют при одной величине напряжения просвечивать более широкий диапазон толщин.

Как известно, в ГОСТ 20426 или ГОСТ ISO 17636-1 задаются требования по предельной величине анодного напряжения для просвечивания конкретной толщины. Указанные там значения получены исходя из необходимости получения минимально допустимой контрастности радиографического снимка. Эти требования рассчитывались исходя из предположения, что в качестве источника излучения будет использоваться классическая рентгеновская трубка с постоянным напряжением, которая генерирует спектр с явно выраженным максимумом энергии фотонов, численно равным 2/3 величины напряжения на трубке. Однако данное предположение не применимо к импульсным рентгеновским аппаратам.

Спектр импульсного аппарата сдвинут в сторону больших длин волн (меньших энергий), то есть соответствует меньшей «жесткости» излучения. Интенсивность в мягкой части спектра выше, а в жесткой — ниже, чем у классических аппаратов (аналогично бетатронам). Такая форма спектра позволяет контролировать импульсным аппаратом более тонкие толщины, чем это было бы возможно для аппаратов с постоянным напряжением при одной и той же величине напряжения на трубке, а также объекты с большими перепадами по толщине.

Накопившийся практический опыт такого использования был отражен в п. 2.2 СДОС 01-2008: «Допускается использовать импульсные рентгеновские аппараты, если они обеспечивают получение требуемого качества изображения».

4.2. Контроль объектов с большими перепадами по толщине

Для расширения диапазона контролируемых толщин предлагаются следующие методы:

• Убрать передний экран, оставив один усиливающий экран на тыльной стороне пленки. Мягкая компонента излучения поглощается непосредственно пленкой (высокое разрешение), а жесткая преобразуется тыльным люминесцентным экраном (большие толщины, но более размытое изображение).
• Одновременное получение двух изображений (методика Hewlett-Packard): одно — без усиливающих экранов (чувствительно к мягкой части спектра, для малых толщин), другое — с усиливающими экранами (чувствительно к жесткой части, для больших толщин).

 

Обновлено 16.04.2026