РАДИОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2006 года по МПК G01N23/04 

Изобретение относится к радиационным способам неразрушающего контроля объектов, в том числе крупногабаритных изделий тяжелого машиностроения (атомного энергомашиностроения, судостроения, космического машиностроения и т.п.), грузовых контейнеров, большегрузных автомобилей.

Известны способы контроля крупногабаритных объектов, транспортных средств, реализованные, например, мобильным оборудованием для грузовой инспекции-осмотра [Патент FR 2808088] с рентгеновским источником излучения; аппаратурой для осмотра объектов веерным радиационным пучком (контейнеров или транспортных средств) [Патент ЕР 0412190], содержащим два рентгеновских аппарата, располагающихся сбоку и сверху относительно объекта контроля, и две детекторные линейки. У рентгеновских аппаратов угол расходимости тормозного излучения большой, поэтому для материалов небольшой толщины и плотности предлагаемые решения обеспечивают хорошую выявляемость, а два источника излучения позволяют обеспечить большую разрешающую способность.

Известен способ контроля большегрузных транспортных средств с использованием рентгеновской аппаратуры [Патент DE 19532965]. Аппаратура контроля реализована на передвижном транспортном средстве со специальной конструкцией устройства, на которое крепится детекторная линейка, которое в нерабочем состоянии сложено и располагается вдоль транспортного средства, а в рабочем - раскладывается в виде ворот перпендикулярно транспортному средству таким образом, что детекторная линейка располагается напротив источника излучения в поле его излучения. Объект исследования при прохождении через эти ворота просвечивается узким веерным пучком рентгеновского излучения с энергией до 140-500 КэВ. Прошедшее через объект излучение регистрируется детекторной линейкой, обрабатывается, затем восстанавливается полное изображение объекта.

Общий недостаток этих решений в том, что использование излучения с энергией до 500 КэВ обеспечивает контроль объектов с эквивалентной толщиной по стали до 80-100 мм.

Для контроля объектов с эквивалентной толщиной по стали, например, до 200 мм необходимо увеличивать энергию тормозного излучения до 5-10 МэВ.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ, реализованный комплексной системой неразрушающего контроля на базе линейного ускорителя, созданной в научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова (г.Санкт-Петербург, Россия) [Материалы XVII совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, т.2, 2000 г., с.317]. Способ заключается в просвечивании объекта узким веерным пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем соответствующей математической обработки результатов измерений.

С увеличением энергии угол половинного ослабления тормозного излучения уменьшается α=110/Е (МэВ), а фокусное расстояние, необходимое для контроля изделий больших габаритов, увеличивается. Требуемая мощность дозы излучения для обеспечения заданной выявляемости дефектов увеличивается пропорционально 1/R², где R - фокусное расстояние. При контроле объектов размером более 2,5 м фокусное расстояние между фокусным пятном источника излучения до линейки детекторов будет составлять более 10 м. При меньшем расстоянии изделие не помещается в поле излучения. При этом мощность дозы составляет для устройства прототипа более 100 Гр/мин. Этот способ и устройство обеспечивают качественный контроль для объектов высокой плотности и толщины по стали до 300 мм.

Недостатками этого способа являются большие габариты системы контроля крупногабаритных объектов большой плотности и толщины и, соответственно, большая мощность дозы излучения, что влечет за собой большие расходы на биологическую защиту от излучения.

Цель изобретения - уменьшение мощности дозы излучения и габаритов системы контроля.

Поставленная цель достигается тем, что в способе радиометрического контроля крупногабаритных объектов, заключающемся в просвечивании объекта веерным пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем соответствующей обработки результатов измерений, веерные пучки формируют несколькими источниками импульсного тормозного излучения, например бетатронами, фокусы которых располагают по горизонтали на одной линии, при этом оси пучков каждого источника направлены таким образом, чтобы охватывалось все поперечное сечение объекта, излучение регистрируют детекторными линейками, расположенными в плоскости пучка соответствующего источника излучения в пределах угла половинной мощности дозы, и моменты генерации излучения источников сдвигают во времени, чтобы обеспечить их раздельную регистрацию.

В результате использования нескольких источников излучения, фокусы которых расположены на одной линии по горизонтали, и формирующих суммарный пучок излучения с необходимым углом расходимости и энергией, обеспечивающей контроль материалов больших толщин и плотности, становится возможным осуществлять контроль крупногабаритных объектов с толщинами по стали до 300 мм, уменьшать габариты установки контроля за счет уменьшения фокусного расстояния и мощность дозы излучения. Суммарная мощность дозы нескольких ускорителей будет меньше мощности дозы одного ускорителя, используемого по схеме прототипа.

На фиг.1.1 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения сбоку от объекта. Вид спереди.

На фиг.1.2 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения сбоку от объекта контроля. Вид сверху.

На фиг.2.1 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения снизу от объекта контроля. Вид спереди.

На фиг.2.2 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения снизу от объекта контроля. Вид сверху.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит два или более импульсных источников 1, 2 тормозного излучения с одинаковыми параметрами, например бетатронов, фокусы которых располагают на одной линии А по горизонтали, а оси пучков каждого источника излучения должны быть направлены т.о., чтобы суммарный веерный пучок охватил все поперечное сечение объекта. Веерообразный пучок формируется системой коллиматоров излучателей. Расстояние между источниками излучения определяется их конструктивными размерами. Источники 1, 2 излучения можно располагать, например, сбоку от объекта контроля (фиг.1.1, фиг.1.2) или снизу (фиг.2.1, фиг.2.2) по горизонтали. Угол наклона оси пучка первого источника к горизонтали может быть выбран равным приблизительно 1/2 угла α расходимости пучка, а угол наклона оси пучка каждого последующего источника увеличивают на величину α. Регистрация излучения осуществляется несколькими (в зависимости от числа источников) детекторными линейками 3, 4. Детекторные линейки 3, 4 располагают в плоскости луча соответствующего источника в пределах угла половинной мощности дозы. Число детекторных линеек 3, 4 соответствует числу источников излучения. Можно источники излучения располагать снизу объекта по одной линии в поперечном направлении. Этот вариант позволяет обеспечить также достаточно большой суммарный угол расходимости при небольшом фокусном расстоянии и небольшой мощности дозы излучения. Моменты генерации излучения источников сдвигают во времени, чтобы обеспечить их раздельную регистрацию. Система 5 обработки информации математически обрабатывает результаты измерений, а монитор 6 демонстрирует восстановленное изображение объекта контроля 7.

Способ радиометрического контроля осуществляется следующим образом. При передвижении объекта 7 контроля через зону контроля его послойно просвечивают веерообразным пучком проникающего излучения двух или более импульсных источников 1, 2 тормозного излучения. Несколько источников 1, 2 излучения, располагаясь на небольшом от объекта контроля расстоянии, обеспечивают компактность установки и позволяют не только охватить пучком излучения объект крупных габаритов, но и просвечивать его излучением меньшей мощности, но достаточной энергии для обеспечения достоверного контроля материала больших толщин по стали. Моменты генерации излучения источников 1, 2 сдвигают во времени с целью обеспечения раздельной регистрации прошедшего через объект излучения соответствующими сегментами детекторных линеек 3, 4. Детекторные линейки 3, 4 расположенные за объектом, регистрируют фотоны тормозного излучения, прошедшие через контролируемый объект 7, преобразуя их в электрические сигналы, которые после обработки блоком обработки 5 и суммирования поступают на монитор 6 в виде изображения объекта контроля 7.

Например, использование двух источников излучения на меньшем в два раза фокусном расстоянии позволят снизить мощность дозы каждого источника в 4 раза при сохранении выявляемости. А суммарная мощность дозы двух источников уменьшится в два раза.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить достоверный контроль крупногабаритных объектов большой плотности и толщины излучением дозы меньшей мощности и системой контроля меньших габаритов при сохранении выявляемости. А суммарная мощность дозы двух источников уменьшится в два раза.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить достоверный контроль крупногабаритных объектов большой плотности и толщины излучением дозы меньшей мощности и системой контроля меньших габаритов.

Использование: для контроля крупногабаритных объектов. Сущность заключается в том, что при просвечивании проникающим излучением крупногабаритного объекта формируют веерные пучки проникающего излучения несколькими источниками импульсного тормозного излучения, например бетатронами, фокусы которых располагают по горизонтали на одной линии, при этом оси пучков каждого источника направлены таким образом, чтобы охватывалось все поперечное сечение объекта, излучение регистрируют детекторными линейками, расположенными в плоскости пучка соответствующего источника излучения в пределах угла половинной мощности дозы излучения, а моменты генерации излучения источников сдвигают во времени, чтобы обеспечить их раздельную регистрацию. Технический результат: уменьшение мощности дозы излучения и габаритов системы контроля. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ радиометрического контроля крупногабаритных объектов, заключающийся в просвечивании объекта веерным пучком проникающего излучения, регистрации прошедшего сквозь объект излучения детекторной линейкой, сканировании объекта с последующим восстановлением изображения путем соответствующей обработки результатов измерений, отличающийся тем, что веерные пучки формируют несколькими источниками импульсного тормозного излучения, например бетатронами, фокусы которых располагают по горизонтали на одной линии, при этом оси пучков каждого источника направлены таким образом, чтобы охватывалось все поперечное сечение объекта, излучение регистрируют детекторными линейками, расположенными в плоскости пучка соответствующего источника излучения в пределах угла половинной мощности дозы излучения, а моменты генерации излучения источников сдвигают во времени, чтобы обеспечить их раздельную регистрацию.