Г. Л. ДЕДЕНКО, В. В. КАДИЛИН, М. А. КАПЛУН,
В. Ю. МИЛОСЕРДИН
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ
РАДИОНУКЛИДНОЙ ТОМОГРАФИИ НА РАССЕЯННОМ
ИЗЛУЧЕНИИ ДЛЯ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ ШВОВ
ПРИ ОДОНОСТОРОНННЕМ ДОСТУПЕ К ОБРАЗЦУ
Проведен анализ физических процессов взаимодействия фотонов с веществом, содержащим дефекты. Определена зависимость потока и спектра рассеянного излучения от размера дефекта, Установлено, что для прямого определения дефекта необходимо иметь окно коллиматора рассеянного излучения порядка размеров самого дефекта. Разработана расчетная модель томографа с использованием обранорассеянного неколлимированного излучения позволяющая выявлять наличие дефектов в различных материалах.
Данная работа посвящена рассмотрению экспериментальных возможностей радионуклидной томографии на рассеянном излучении для анализа дефектов в сварных швах, которые, например, присутствуют в хвостовиках твэлов.
Были проанализированы особенности процессов взаимодействия излучения наиболее распространенных радионуклидных источников с веществом сварного шва. Было показано, что в данном диапазоне энергий можно учитывать только два процесса взаимодействия фотонов с веществом: фотоэффект и комптон-эффект.
На основании анализа была разработана и применена программа расчета взаимодействия фотонов с веществом, основанная нам применении метода Монте-Карло. Число историй составило 104 для каждого варианта расчетов. Рассматривались два варианта: падающее и рассеянное излучение коллимированны и при коллимированном падающем рассеянное излучение неколлимировано. Решение прямой задачи показало, что для достоверного наблюдения дефекта типа полости характерный размер дефекта должен быть порядка размеров окна коллиматора рассеянного излучения.
Однако структурный анализ вещества с помощью установки с коллимированным излучением достаточно сложен в реализации. Поэтому для упрощения анализа был выбран качающийся коллимировнный источник излучения фирмы COMSCAN, а анализ объекта проводился по обранорассеянному неколлимированному излучению.
С помощью разработанного алгоритма был промоделирован данный источник, коллиматор которого вращался подобно маятнику в диапазонах углов -600¸600 и перемещался от одного края исследуемого образца к другому. В качестве образца брался железный лист, в котором дефект моделировался в виде включения кубической формы из Al определенных размеров или в виде кубика тех же размеров, содержащего воздух. На рис. 1 и 2 представлены результаты моделирования при следующих условиях: энергия излучения 0.4 МэВ, толщина пластины 5 см, размер дефекта 0.4*0.4*0.4 см. На рис. 1 дефект из Al, на рис. 2 – воздух. Центр дефекта расположен на глубине 0.3 см от поверхности листа. Статистика 104 историй.
Рис. 1. Дефект из Al Рис. 2. Дефект заполнен воздухом
Из приведенных рисунков видно, что наличие дефекта проявляется в полученных данных косой полосой из левого верхнего в правый нижний угол, что соответствует изменению условия рассеяния фотонов при соответствующих координатах и ориентации коллиматора. Сравнение рис. 1 и 2 показывает, что дефект в виде пустоты выявляется лучше, чем дефект, имеющий плотность отличную от 0.
Таким образом, создана расчетная модель, позволяющая выявлять наличие дефектов в различных материалах.
Список литературы
1. , , Томография на рассеянном излучении. М.: Уч. Изд. 2002.
