Радиационные методы контроля конструкций

Лабораторная работа на тему: «Радиационные методы контроля нефтегазового оборудования»

Уфа 2014

Содержание

Цели лабораторной работы

1.1 Изучить радиационные методы неразрушающего контроля нефтегазовых конструкций и оборудования.

1.2 Изучить технологию проведения рентгенографического контроля.

Радиационные методы контроля конструкций

2.1. Ионизирующие излучения.

Ионизирующие излучения обусловлены процессами, происходящими с ядром атома (гамма-излучение) и частицами (электронами), окружающими его (рентгеновское излучение).

Природа гамма-излучения. Ядро атома состоит из двух видов элементар­ных частиц: протонов и нейтронов. Протон – частица, обладающая положи­тельным электрическим зарядом, нейтрон – электрически нейтральная частица. Протоны и нейтроны, находящиеся в атомном ядре, называют также нуклона­ми.

Число протонов определяет заряд ядра и атомный номер элемента z в пе­риодической системе элементов Менделеева (mпр ~ mн ~ 1840mе).

Большая часть химических элементов имеет несколько разновидностей атомов, отличающихся друг от друга числом (Nн) нейтронов в ядре, они назы­ваются изотопами.

Разные изотопы одного и того же химического элемента являются нукли­дами (атомы, содержащие различное число протонов или нейтронов, либо тех и других одновременно).

Между одноименно заряженными частицами ядра (протонами) действу­ют силы электростатического отталкивания, однако ядро является чрезвычайно устойчивой системой. Между нуклонами в ядре действуют, так называемые ядерные силы, определяющие его строение и свойства. Ядерные силы на много порядков превышают электромагнитные и гравитационные силы и их значение не зависит от заряда взаимодействующих нуклонов.

Действие ядерных сил проявляется в том, что у всех атомных ядер плотности ядерного вещества и удельные энергии связи приблизительно одинаковы.

Ядерные силы – коротко действующие силы; они убывают очень быстро с увеличением расстояния г между нуклонами и практически равны нулю при , где ₀ – радиус действия ядерных сил.

У тяжелых элементов z > 82 ядерные силы уже не способны обеспечивать устойчивость ядер, и начинается самопроизвольное превращение неустойчи­вых изотопов в более устойчивые (обычно в изотопы другого элемента). Это явление называют радиоактивностью или радиоактивным распадом. Радиоак­тивный распад ядер сопровождается испусканием -и β-частиц ( - и β- излучением) и квантов γ- излучением, α-частицы представляют собой ядра ге­лия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Они несут положительный заряд, равный 2е = 2 ∙ 1,6 ∙ Кл, отклоняются в магнитном и электрических полях.

Пробег α-частиц в веществе мал, в воздухе достигает 11см, а в биологи­ческой ткани – 0,1мм, α-частицы полностью поглощаются слоем алюминия 0,1мм.

β-частицы – это электроны или позитроны. Под действием магнитного и электрического полей они отклоняются от прямолинейного направления, про­бег их в воздухе достигает Юм, в биологической ткани – 10-12мм и полностью поглощаются листом из алюминиевого сплава или слоем свинца толщиной 1 мм.

γ – излучение представляет собой электромагнитное излучение с очень ко­роткой длиной волны ( нм) заряда не несет, магнитным и электрическим полем не отклоняется, γ – излучение может проникать через стальные изделия толщиной до 500 мм, что обуславливает его преимущественное использование для дефектоскопии материалов.

Закон радиоактивного распада имеет вид экспоненциальной зависимости

(1.1)

где N – число радиоактивных ядер к моменту времени t, N₀ – число ядер в начальный момент времени t = 0, – постоянная распада.

На практике характеристикой устойчивости ядра радиоактивного элемента служит период полураспада Т_1/2, время, в течение которого число; радиоактивных атомов уменьшается вдвое.

(1.2)

Период полураспада не зависит от количества, формы и геометрических размеров источника излучения и у различных радиоактивных изотопов, приме­няемых в дефектоскопии, колеблется от нескольких дней до десятков лет (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Изотопы, применяемые в дефектоскопии