Что легче просветить?

Рентгенография — метод визуализации, при котором рентгеновское излучение позволяет отображать внутреннюю структуру непрозрачного объекта, например, металла. В промышленности рентгенография используется для дефектоскопии — контроля надёжности основных рабочих свойств и параметров объекта или его элементов.          

С точки зрения физики, рентгеновское излучение выбивает электроны с орбиталей атома. Этот процесс называется фотоэффектом. Механизм его состоит в том, что рентгеновский фотон (квант излучения) сталкивается с атомом и освобождает один из электронов, если энергия фотона превосходит энергию связи электрона. Электроны в атоме имеют различные энергии связи, при этом она максимальна для электронов, расположенных ближе к ядру. После освобождения электрона в одной или более электронных орбиталях образуются «дырки» — вакансии. Атомы переходят в возбуждённое состояние, то есть становятся нестабильными. Через миллионные доли секунды атомы возвращаются к стабильному состоянию, когда вакансии во внутренних орбиталях заполняются электронами из внешних орбиталей. Такой переход сопровождается испусканием энергии в виде вторичного фотона, что и вызывает флуоресценцию — свечение химических соединений.

Просвечивать (применять радиографический метод) можно любой материал, структура которого представляет собой кристаллическую решетку. Нельзя однозначно сказать, что рентген нельзя применять к аморфным материалам, так как рентгеноструктурный анализ позволяет исследовать аморфные тела, но в этой практике много “своих” проблем. Например, возникает многократное рассеяние рентгеновских лучей: отражённый от какого-либо семейства плоскостей в кристалле луч не выходит из образца, а вновь отражается (многократно) там же или иным семейством плоскостей. В то же время, при работе с аморфными материалами могут возникать ошибки, связанные с наличием в образцах микропор, микротрещин и других неупорядоченных неоднородностей и дефектов.   

Проще просвечивать материалы с низкой плотностью, а сложнее — с высокой. 

Факторы, влияющие на проницаемость при промышленном рентгене: 

1. Плотность материала (чем выше плотность, тем больше рентгеновских лучей поглощает вещество);
2. Толщина объекта контроля (толстые объекты частично блокируют рентгеновские лучи, что затрудняет или делает невозможным их полное просвечивание);
3. Атомный номер элементов (элементы с более высоким атомным номером, например, свинец или уран обладают большей способностью к поглощению рентгеновских лучей и сложнее просвечиваются);
4. Композиция материала (гетерогенные материалы, состоящие из нескольких компонентов, могут создавать сложные для анализа изображения, так как различные компоненты поглощают лучи по-разному).

Примеры материалов:

Органические (пластик, дерево) — легко просвечиваются за счет своей структуры и состава, поглощают меньше излучения, чем металлы. Металлы, такие как железо, сталь или алюминий, имеют высокую плотность и хорошо задерживают рентгеновские лучи, создавая контраст на снимке. Органические же материалы отличаются низкой плотностью и способностью пропускать рентгеновские лучи.

Металлы — поглощают большую часть лучей, создают яркое и контрастное изображение. Металлы и сплавы легче просвечивать промышленной рентгенографией, чем керамику из-за их физических свойств: плотности, атомного номера элементов и структуры материала.

Твердые сплавы – просвечивание твёрдых сплавов рентгеном возможно, но здесь многое зависит от толщины и плотности материала. На точность рентгенографического анализа твердых сплавов также влияют характеристики образца, такие как малое число кристаллитов и текстура.

Рентгенография твердых сплавов применяется для исследования материалов твердосплавного производства на разных стадиях технологического процесса. Например, с его помощью можно установить зависимость структуры порошков от различных условий стадий изготовления и выбрать оптимальные режимы производства твёрдых сплавов.

Керамика —  может содержать металлические примеси или изготавливаться с использованием специальных высокотемпературных технологий. Рентгенография керамики- задача крайне сложная, поскольку, благодаря своему составу, она блокирует и ослабляет рентгеновское излучение.

Пластмассы и полимеры с высокой плотностью — частично блокируют рентгеновские лучи, при значительной толщине или наличии добавок (например, металлизированные пластики) могут становиться непрозрачными. 

Жидкости с высокой плотностью (ртуть, некоторые промышленные химические растворы) — блокируют излучение, что делает рентгенографический контроль невозможным.

Высокоплотные текстильные материалы — обычные ткани легко просвечиваются, но ткани с высокой плотностью или с металлическими волокнами могут поглощать часть излучения. Это опять связано с тем, что плотность материала влияет на его способность поглощать рентгеновские лучи: чем выше плотность, тем больше лучей поглощается. При этом часть лучей всё же проходит через материал, что позволяет получить изображение на снимке, но интенсивность рентгена будет меньше из-за этого поглощения.

Следовательно, от размера атома исследуемого материала и кристаллической решетки будет зависеть, насколько мощное должно быть излучения у генератора для получения достоверного и качественного снимка.  В то же время, если исследуются материалы с идентичной структурой, на простоту “просветки” влияет толщина и габариты исследуемого объекта.