Радиационный способ контроля плотности

)4 С 01 И 92 контролируе уют обратнор ышедшие за асти поверх чающий го объекта поверхно и регист сеянныееделы экрасти объекМ 23В.Б.Сорокиавательский электронынируемойта, о т л с я тем ститут эл при Томск волюции и Знамени п имени С.М ктро интроскопииОктябрьской Реудового Красно ском институте м орденорденалитехни(53 что по ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СГ 1 О ДЕЛАМ ИЗОЬЩтЕНИЙ И Откат(71) Научно-исс 4)(57) РАДНаЦНОНН 11 Й СПОСОБ КОНТР ПЛОТНОСТИ, заключающийся в том,ектронов направляют н что, с целью контроля распределенияплотности по глубине объекта,ступенчато увеличивают энергию электронов и размеры экранируемой области, причем при каждой энергии дополнительно получают результаты регистрации для модельных образцов и поразнице результатов регистрации судят о плотности глубинного слоя объекта.76 б 21Изобретение относится к плотнометрии твердых тел радиационнымиметодами,.а конкретнее к способамконтроля плотности твердых тел пообратному рассеянию быстрых электронов.Известен радиационный способ контроля плотности, заключающийся втом, что поток электронов направляют, на поверхность объекта и регистрируют обратнорассеянные электроны,вышедшие за пределы экранируемойобласти поверхности объекта,Однако результат регистрации недает возможность судить о распределении плотности по глубине.Изделия порошковой металлургиихарактеризуются зависимостью плотности от глубины, причем вид распределения определяет эксплуатационные 20характеристики, поэтому его определение важно, например, при отработке технологии изготовления изделия.Цель изобретения - контроль распределения плотности по глубине объекта.Указанная цель достигается тем,что поток электронов направляют наповерхность контролируемого объекта1и регистрируют обратнорассеянныеэлектроны, вышедшие за пределыэкранируемой области, ступенчатоувеличивают энергию электронов иразмеры экранируемой области поверхности объекта, из которой регистра 35ция обратнорассеянных электроновисключается, причем при каждой энергии электронов и соответствующемоптимальном размере экранируемойобласти производят регистрацию обратОнорассеянных электронов не толькона объекте, но и на модельных образцах, которые изготовляют по результатам регистрации при всех предыдущих энергиях, Переход к каждойпоследующей энергии увеличиваетглубину контроля на величину, равную разности толщин насыщения обратного рассеяния для двух последующихзначений энергий электронов. Изменение же размеров экранируемой об"ласти при переходе к большей энер 3гии электронов до оптимального размера позволяет измерить плотностьобъекта с наилучшей чувствительностью,Получение результатов регистрации при каждой энергии электронов 50не только для объекта, но и для модельных образцов обеспечиваетточность определения плотности,При этом при каждой энергии могутбыть использованы всего два модельных образца, которые изготовляютиз материала того же состава, что иобъект. (например, из шихты той жемарки), Образцы моделируют плотностьи толщину слоев, которые были определены при предыдущих энергиях электронов и различаются тем, что слой,плотность которого определяют приданной энергии электронов, моделируется для одного образца в виде .полубесконечного образца с плотностьюравной плотности слоя, определенноф го при предыдущей энергии, а для другого - в виде полубесконечногообразца с известной плотностью, но отличающейся от плотности такового для первого образца.Различие в результатах регистраций на модельных образцах позволяетпри каждой энергии определить чувствительность к изменениям плотности в глубинном слое, плотность которого измеряется, а различие в результатах регистраций на объекте и одном из модельных образцов - плотность глубинного слоя.При падении пучка электронов сэнергией Г , имеющего диаметр сечения 2 о, на поверхность объектарезультат регистрации обратнорассеянных электронов 9 Б 1 определяетК/ся плотностью объекта и эффективным атомным номером его материала О(Е)= й(2) (у ), Для однородного по составу объекта (например, меррита) 2 =2=сопя результат заЭфФ фвисимости от плотности объекта уО(Е = Р ф ,Я,Юопределяется. вкладом Р Й 1 слоя Ы, расположенного на глубине 1 н имеющего плотность р =р(1) и зависящего от радиуса Р экранируемой области поверхности объекта, содержащей область поверхности, ограниченную сечением пучка г(Р )" ).Если априорно известно, что плотность такого объекта мало отличается во всех частях объема от некоторой плотности о , то равенствоофчто и контролируемый объект. Необходимо найти распределение плотности по глубине объекта - толстой ферритовой пластины предлагаемым способом контроля плотности объекта по обратному рассеянию электронов при реализации его на альбедном электронном плотномере с бетатроном на энергии 2-6 МаВ в качестве источника электронного пучка с диаметром сечения 21 =3,5 мм.Массовая глубина контроля при энергии электронов в пучке Е составляет Й)Ыс(Е)г/см "-2,4 зхп(Л/30 ЕМэВ Для пучка с диаметром сечения, равном 2 , при энергии электроновк наилучшая чувствительность к изменениям плотности объекта, плотность которого мало отличается во всех частях его объема от , наблюдается при диаметре экранируемой области поверхности объекта, равном 2 Кк , при Р находится из соотношенияЕ %96.1(Я Р ) ГО,Ф 10 Ф)гу Гг .Ч Таким образом при максимальной энергии Е =6 МэВ, которую обеспечивает в данном случае бетатрон, массоваяглубина контроля составляет1,411 г/см, что намного меньшемоссовой толщины объекта, равнойу =3,63 г/см . Таким образом толщина объекта при всех энергиях издиапазона (2-6) МэВ не окажет влияния на результаты контроля,Устанавливаем наименьшую энергию электронов в пучке -=2 МэВ, обеспечивающую массовую глубину контроля 0,499 г/см . Берем образец 1" в виде тонкой пластины, плотность которой Я 1, =4,58 г/см, а толщина С =1,11 мм. При этом массовая толщина образца 1 1 р, =0,508 г/см, что превьппает глубину контроля при Е =2 МэВ,1Берем образец 1 в виде тонкой пластины, плотность которой у = =4,72 г/см , а толщина 1 =1,08 мм. При этом массовая толщина образца 1" 1 у =0,51 г/см, что.также превышает глубину контроля при энергии Е,=2 МэВ.По соотношению (4) определяем, что диаметр экранируемой области поверхности 29=5,26 мм. Устанавливаем коллиматор с диаметром торца 5,26 мм, .обеспечивающий экранирование области поверхности с диаметром 5,26 мм,Направляем пучок электронов последовательно на образцы 1", 1 ц, иобъект Т путем приведения их поочередно в контакт с торцом коллима 1 О тора, регистрируем при этом обратнорассеянные электроны, вышедшие изповерхности за пределами экранируе%мой области диаметром 2 Р, и определяемом отношением результатов регистраций датчика-монитора и датчика обратнорассеянных электроновслужащее мерой плотности,При этом для удобства путем изменения коэффициентов передачи датчик20 устанавливаем отношение равным 1при контроле образца 1;Имеем " =1,=1 7 Г =1,74,Плотность объекта в слое 0-) находим из соотношения251" 1 т 1ГсЯ =4,74 (г/см).Толщина слоя (О)д 1: при этом равнанос 1 Е- с 105 мм1 уБерем тонкий образец с плотностью Р=4,73 г/см и толщиной 1,08 мм и изготавливаем из него путем шлифования образец 1 с толщиной 1 =1,05 мм.Увеличиваем энергию электронов в пучке до энергии Е =4 МэВ, обеспечивающей массовую глубину контроля ,0,977 г/см. Берем образец 1. Берем пластину 45феррита с плотностью р =4,74 г/см2 фи толщиной д 12=1,07 мм. При этом4 +412 =1,01 г/см, что превращает массовую глубину контроля при Е 2=4 Мэв.Собираем модельный образец 2из образца 1 и этой пластины путемприведения их в плотный контакт,По соотношению (4) определяем,что 2 Й 2 =7,02 мм. Путем смены коллиматора на коллиматор, имеющий диаметр торца 7,02 мм, обеспечиваемувеличение по сравнению с предыдущимдиаметра экранируемой областиповерхности от 5,26 до 7,02 мм.Направляем пучок электронов наобразец 2 путем приведения его вконтакт с торцом коллиматора и производим регистрацию обратнорассеянныхэлектронов, вышедших за пределамиэкранируемой области поверхностиобразца 2 с диаметром 7,02 мм,устанавливая при этом для удобствапутем изменения усиления датчиковотношение результатов регистрацийдатчика-монитора и датчика обратнорассеянных электронов равным 1.ПОЛУЧаЕг 2 2, =1,Берем пластйну феррита с плот. -ностью р =4,.60 г/смз и толщинойа 6 22=1.0 мм. При этомусй 2,у ==0,988 г/см, что превышает массовуюглубину контроля при Е=4 МэВ.2Собираем модельный образец 2 20из образца 1 и этой пластины путемприведения их в плотный контакт.Направляем пучок электронов наобразец 2 со стороны. образца 1 путем приведения его в контакт с торцом коллиматора, производим регистрацию обратнорассеяннкх электронов, вышедших из образца 2 за пределамиУзкранируемой области поверхностидиаметром 7,02 мм и определяем отношение результатов регистрацийдатчика-монитора и датчика обратнорассеянных электронов.Получаем=1,42,Направляем пучок электронов наобъект Т путем проведения его вконтакт с торцом коллиматора, производим регистрацию обратнорассеянныхэлектронов, вышедших из поверхностиза пределами экранируемой областидиаметром 7,02 мм, и определяем отношение результатов регистраций,Получаем ф =1,18.Плотность объекта Т в слое(Е)определяем из соотношения452г гт2 г гРг"Уг Рг /гЯ 2 =4,68 г/смз .Толщину слоя й= -Ьнаходим из 50соотношения 42" -1,222 мм,Берем тонкую пластину с плотностьк55 4,63 г/смэ и толщиной 1,02 мм.Берем тонкую пластину с плотностью 4,68 г/см и. толщиной 1,07 мм и изготавливаем из нее образец 2 с толщиной 1,02 мм.Увеличиваем энергию электронов в пучке до энергии Е =6 ИэВ, обеспечивающей массовую глубину контроля 1,411 г/см,Берем образец 1 и 2.Берем пластину меррита с плотностью р =4,65 г/см и толщиной Ь 12 =0,98 мм.При этому + р (1 фу, ( 1 =1,433 г/смчто превышает массовую глубину контроля при Е 2= 4 ИэВ. Собираем модельный образец 3 из образцов 1и 2 и этой пластины путем приведенияих в плотный контакт,По отношению (4)гопределяем 2 что2 Я =8,78 мм. Путем смены коллиматора на коллиматор, имеющий диаметрторца 8,78 мм, обеспечиваем увеличение по сравнению с предыдущим диаметром экранируемой области поверхности от 7,02 мм до 8,78 мм,Направляем пучок электронов наобразец 3 со стороны образца 1путем приведения его в контакт сторцом коллиматора, производим регистрацию обратнорассеянных электронов, вышедших из образца 3 , запределами экранируемой области поверхности диаметром 8,78 мм устанавливая при этом для удобства путемизменения усиления датчиков отношение результатов регистраций равным 1,Получаем 25 З:1,Берем пластину феррита с плотностью рф =4,53 г/смз и толщиноййз 22=1,01 мм.При этом 1 +й 1 р+1 2 у=1,43 г/см 2 что повышает массовуюглубину контроля при энергии56 МэВ,Собираем модельный образец 3" изобразцов 1 и 2 и этой пластины путемприведения их. в плотный контакт.Направляем пучок электронов наобразец 3 со стороны. образца 1путем приведения его в контакт сторцом коллиматора, производит регистрацию обратнорассеянных электронов, вышедших из образца 3" запределами экранируемой,области поверхности диаметром 8,78 мм и определяем отношение результатов регистраций датчика-монитора и датчика обратнорассеянных электронов.