Радиационный способ контроля плотности Советский патент 1985 года по МПК G01N9/24 

Изобретение относится к плотнометрии твердых тел радиационными методами, а конкретнее к способам контроля плотности твердых тел по обратному рассеянию быстрых электро нов. Известен радиационный способ кон троля плотности, заключающийся в том, что поток электронов направляют, на поверхность объекта и регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие за пределы экранируемой области поверхности объекта. Однако результат регистрации не дает возможность судить о распределении плотности по глубине. Изделия порошковой металлургии характеризуются зависимостью плотности от глубины, причем вид распре деления определяет эксплуатационные характеристики, поэтому его определение важно, например, при отработке технологии изготовления изделия. Цель изобретения - контроль распределения плотности-по глубине объ екта. Указанная цель -достигается тем, что поток электронов направляют на поверхность контролируемого объекта и регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие за пределы экранируемой области, ступенчато увеличивают энергию электронов и размеры экранируемой области поверх ности объекта, из которой регистра ция обратнорассеянных электронов исключается, причем при каждой эне гии электронов и соответствующем . оптимальном размере экранируемой области производят регистрацию обр норассеянных электронов не только на объекте, но и на модельных образцах, которые изготовляют по результатам регистрации при всех пре дьщущих энергиях. Переход к каждой последующей энергии увеличивает глубину контроля на величину, равную разности толщин насыщения обра ного рассеяния для двух последз ощи значений энергий электронов. Изменение же размеров экранируемой области при переходе к большей энергии электронов до оптимального раз мера позволяет измерить плотность объекта с наилучшей чувствительностью. Получение результатов регистрации при каждой энергии электронов 2 е только для объекта, но и для моельных образцов обеспечивает точность определения плотности. При этом при каждой энергии могут быть использованы всего два модельньк образца, которые изготовляют из материала того же состава, что и объект, (например, из шихты той же марки). Образцы моделируют плотность и толщину слоев, которые бьши опре- i делены при предыдущих энергиях электронов и различаются тем, что слой, плотность которого определяют при данной энергии электронов, моделируется для одного образца в виде полубесконечного образца с плотностью равной плотности слоя, определенного при предьщущей энергии, а для другого - в виде полубесконечного образца с известной плотностью, но отличающейся от плотности такового для первого образца. Различие в результатах- регистрации на модельных образцах позволяет при каждой энергии определить чувствительность к изменениям плотности в глубинном слое, плотность которого измеряется, а различие в результатах регистрации на объекте и одном из модельньгх образцов - плотность глубинного слоя. При падении пучка электронов с энергией Е, , имеющего диаметр сечения 2 h(j , на поверхность объекта результат регистрации обратнорассеянных электронов (J() определяется плотностью объекта и эффективным атомным номером его материала и(Ец) fi(z) F(f) . Для однородного по составу объекта (например, фер. . рита) 2 2j.A const, результат зависимости от плотности объекта Р :ЧЕк) МЕк;,51) определяется, вкладом F d t слоя d-t, расположенного на глубине t и имеющего плотность р j(t) и зависящего ОТ радиуса R экранируемой области поверхности объекта, содержащей область поверхности, ограниченную сечением пучка ). Если априорно известно, что плотность такого объекта мало отличается во всех частях объема от некоторой плотности о , то равенство .) (,,)(Ек1 с f.M л (к.) Po.) (Р-РО-) выполняется с высокой точностью. Различие-результатов регистрации на объекте U и образце U на любой глубине щем плотность тогда UK -VUK rlPK(EK,«,f-,,M о tf-Po) При энергии электронов ,, для i 7 CEJ, а для значение величины опре деляющей чувствительность к изменениям плотности зависит от R и име ет максимум при оптимальном для эне гии Е Е радиусе что иллюстрируется экспериментальной за висимостью на фиг.4. Для контроля с наилучшей чувстви тельностью со nr-Hj К(ЕК..) (f-Po)и« C K K f-tj (р-ро) Если при реализации способа используются электроны с энергией ,. ЕК,-- Em ( ..Е), то контролируются соответственно сл ) 2 1 - к При энергии Ец и радиусе йц и. K4Prfo)(rV.). Перед измерением при Ец и R по результатам измерений при всех Е и Р имеем что объект имеет плотнос р; в слое (t,--t,-.), ,2,3.. (К-1)3. Изготовляем модельный образец К , состоящий из подложки, име щей плотность f и толщину iЦ.1 И (К-1) покрытий с характерис 504 тиками слоев р и (ij-ij ) ( 1,2,.. . (К-О) (см. фиг.5). Изготовляем модельный образец К, состоящий из подложки, имеющей плотность (р. j и толщину t( ) и покрытий, характеристики которых совпадают с характеристиками образца к (см. фиг.6). Различие результатарегистрации для объекта ( Т ) и модельного образца (К ) .Т-ц т-н ..к-н к - , где Н - образец имеющий плотность , ро по всей глубине, причем о выбирается по априорным сведениям Рл,(Рмакс Рмии Яо Р««кс (,(frPo)(,K-i(fK-r)(VrS-i)K(PK-PK-i) 4VVj-,(Prfcl,(p,-/o)(,K-i(fK.rJc)(..KK(PK-rPc) 4VVi)KK(PK-fK-J(.)- ( Аналогично K -- H K-I(K-.M) Из (2) определяем Д и находим j по (1). Подложки и покрытия модельных образцов изготовляются из области цилиндрических образцов одинакового с объектом состава вблизи их оси и медианного сечения, где, как известно, плотность слабо зависит от положения элементарного объема. Пример конкретной реализации предлагаемого способа на альбедном электронном плотномере НИИ электронной интроскопии. Имеется объект - толстая пластина феррита, толщина которой равна мм, а средняя по всему объему плотность, измеренная методом гидростатического взвешивания, р 4,54 г/см. Известно также, что при данной технологии ферриты этого состава имеют плотность в диапазоне 4,20-4,85 г/см. Имеются также тонкие, толщиной около 1 мм, ферритовые пластины различной толщины, плотности которых также промерены гидростатическим взвешиванием и лежат в указанном диапазоне и которые изготовлены из шихты того же состава. что и контролируемый объект. Необходимо найти расп1)еделение 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 ,5 мм. Массовая глубина контроля при энергии электронов в пучке Е состав ляет(3) ()г/см 2,4 81пШЗО-Е МэВ| Для пучка с диаметром сечения, равном 2г , при энергии электронов наилучшая чувствительность к иэменениям плотности объекта, плотность которого мало отличается во всех частях его объема от , наблюдается при диаметре экранируемой области по верхности объекта, равном 2 R , при R., находится из соотношения . -. /- , E..M96j ( млл 0,4 10 U) ° 2р г/см Таким образом при максимальной энер гии МэВ, которую обеспечивает в данном случае бетатрон, массовая глубина контроля составляет 1,411 г/см, что намного меньше моссовой толщины объекта, равной /to 3,63 г/см. Таким образом толщина объекта при всех энергиях из диапазона (2-6) МэВ не окажет влияния на результаты контроля. Устанавливаем наименьшую энергию электронов в пучке МэВ, обеспечивающую массовую глубину контрол 0,499 г/см. Берем образец l в вид тонкой пластины, плотность которой 5,4,58 г/см , а толщина-t 1,11 м При этом массовая толщина образца 1 | 0,508 г/см , что превышает глубину контроля при МэВ. Берем образец 1 в виде тонкой пластины, плотность которой р 4,72 г/см, а толщина -ii,, 1,08 мм. При этом массовая толщина образца 1 i,, ji I, 0,51 г/см , что.также пр.е вышает глубину контроля при энергии Е,2 МэВ. По соотношению (4) определяем, что диаметр экранируемой области по верхности ,26 мм. Устанавливаем коллиматор с диаетром торца 5,26 мм, обеспечиваюий экранирование области поверхнос и с диаметром 5,26 мм, Направляем пучок электронов поледовательно на образцы 1, l, и бъект Т путем приведения их пооередно в контакт с торцом коллимаора, регистрируем при этом обратноассеянные электроны, вышедшие из оверхности за пределами экранируеой области диаметром 2 R , и опрееляемом отношением результатов реистраций датчика-монитора и датчиа обратнорассеянных электронов q, , лужащее мерой плотности. При этом для удобства путем измеения коэффициентов передачи датчик станавливаем отношение равным 1 ри контроле образца l ; Имеем , 1, 7,VT 1. 74. потность объекта в слое (O-i) нахоим из соотношения 1 -tТ f,..-fv fiFv , 4,74 (г/см). Толщина слоя (0--t)4t. i при этом равна , Берем тонкий образец с плотностью ,73 г/см и толщиной 1,08 мм и изготавливаем из него путем шлифования образец 1 с толщиной ,05 мм. Увеличиваем энергию электронов в пучке до энергии МэВ, обеспечивающей массовую глубину контроля 0,977 г/см2. Берем образец 1. Берем пластину феррита с плотностью ,74 г/см и толщиной 4i(1,07 мм. При этом tff, )ji l-tji 1,01 г/см, что превращает массовую глубину контроля при МэВ. Собираем модельньй образец 2 из образца 1 и этой пластины путем приведения их в плотный контакт. По соотношению (4) определяем, что 2 RJ 7,02 мм. Путем смены коллиматора на коллиматор, имеющий диаметр торца 7,02 мм, обеспечиваем увеличение по сравнению с предыдущим диаметра экранируемой области поверхности от 5,26 до 7,02 мм. Направляем пучок электронов на образец 2 путем приведения его в контакт С торцом.коллиматора и про водим регистрацию обратнорассеянны электронов, вьшедших за пределами экранируемой области поверхности образца 2 с диаметром 7,02 мм, устанавливая при этом -для удобства путем изменения усиления датчиков отношение результатов регистрации датчика-монитора и датчика обратно рассеянных электронов равным 1. Получаем cj, 1, Берем пластину феррита с плотностью р,,.60 г/см и толрщной мм. При этом,,|/)2,| 0,988 г/см, что превышает массов глубину контроля при МэВ. Собираем модельный образец 2 из образца 1 и этой пластины путем приведения их в плотньй контакт. Направляем пучок электронов на образец 2 со стороны.образца 1 пу тем приведения его в контакт с тор цом коллиматора, производим регист цию обратнорассеянных электронов, шедших из образца 2 за пределами экранируемой области поверхности диаметром 7,02 мм и определяем отношение результатов регистрации датчика-монитора и датчика обратно рассеянных электронов. Получаем 1,42, . Направляем пучок электронов на объект Т путем проведения его в контакт с торцом коллиматора, прои водим регистрацию обратнорассеянны электронов, вьшедших из поверхност за пределами экранируемой области диаметром 7,02 мм, и определяем от ношение результатов регистрации. Получаем }.1 1,18. Плотность ооъекта Т в слое/t-t определяем из соотношения Pj 4,68 г/см . Толщину cлoя4t2 tJ -i находим из at iil sifililfll-f соотношения 2 f Берем тонкую пластину с плотно 4,63 г/см и толщиной 1,02 мм. Берем тонкую пластину с плотностью 4,68 г/см и толщиной 1,07 и изготавливаем-из нее образец 2 с толщиной 1,02 мм. Увеличиваем энергию электронов в пучке до энергии МэВ, обеспечивающей массовую глубину контроля 1,411 г/см. Берем образец 1 и 2. Берем пластину феррита с плотностью ,65 г/см и толщиной tji 0,98 мм. При этом ) ЧТО превышает массовую глубину контроля при Е 4 МэВ. Собираем модельный образец 3 из образцов 1 и 2 и этой пластины путем приведения их в плотньй контакт. По отношению (4) .-определяем, что ,78 мм. Путем смены коллиматора на коллиматор, имеющий диаметр торца 8,78 мм, обеспечиваем увеличение по сравнению с предьщущим диаметром экранируемой области поверхности от 7,02 мм до 8,78 мм. Направляем пучок электронов на образец З со стороны образца 1 путем приведения его в контакт с торцом коллиматора, производим регистрацию обратнорассеянных электронов, вьш1едших из образца З , за пределами экранируемой области поверхности диаметром 8,78 мм устанавливая при этом для удобства путем изменения усиления датчиков отношение результатов регистрации равным 1. Получаем l-j 1 Берем пластину феррита с плотностью 4,53 .г/см и толщиной ,01 мм. При этом tif-, + ai2P2 3 f Э 1,43 г/см, что повьштает массовую глубину контроля при энергии Ед 6 МэВ. Собираем модельньш образец 3 из образцов 1 и 2 и этой пластины путем приведения их в плотный контакт. Направляем пучок электронов на образец 3 со стороны образца 1 путем приведения его в контакт с торцом коллиматора, производит регистрацию обратнорассеянных электронов, вьшедших из образца 3 за пределами экранируемой.области поверхности диаметром 8,78 мм и определяем отношение-результатов- регистрации датчика-монитора и датчика обратнорассеянных электронов. Получаем (|,,87. Направляем пучок .электронов на объект Т путем приведения его в кон такт с торцом коллиматора, производи регистрацию обратнорассеяннмх электр нов, вышедших из поверхности объекта за пределами экранируемой области диаметром 8,78 мм и определяем отнош ние результатов регистрации датчикамонитора и датчика обратнорассеянных электронов. Получаем ({,,99 Плотность объекта Т в слое (t, -ipопределяем из соотношения 3 -Т.аЗ/ Яз- ; 7з«-П у ,64 г/см. олщину слоя 2 находим из оотношения xo,c(,,. ,94 мм, Таким образом имеем распределение плотности по глубине объекта Г в виде гистограммы р(0-1,05)4,73 г/смз,- р(1,05 -2,07.) 4,68 г/см, f (2,07-3,01) 4,64 г/см. ; Предлагаемый способ позволяет контролировать распределение плотности по глубине пористых объектов без разрушения объектов, что невозможно при использовании известных способов плотнометрии твердых тел.

РАДИАЦИОННЫЙ-СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ, заключающийся в том, что поток электронов направляют на поверхность контролируемого объекта и регистрируют обратнорассеянные электроны, вышедшие за пределы экранируемой области поверхности объекта, отличающийся тем, что, с целью контроля распределения плотности по глубине объекта, ступенчато увеличивают энергию электронов и размеры экранируемой области, причем при каждой энергии дополнительно получают результаты регистрации для модельньЕХ образцов и по разнице результатов регистрации судят о плотности глубинного слоя объекта. S