Импульсные рентгеновские аппараты

Импульсные рентгеновские аппараты используются в качестве источников ионизирующего излучения при радиографическом контроле сварных соединений и основного металла. Цель — выявить непровары, поры, трещины, шлаковые включения и иные дефекты. Импульсный рентгеновский аппарат (импульсный дефектоскоп) генерирует кратковременные, но мощные импульсы рентгеновского излучения. В отличие от традиционных рентгеновских аппаратов, импульсные системы не позволяют регулировать ток и напряжение рентгеновской трубки, но зато позволяют устанавливать время экспозиции или число импульсов. За генерацию рентгеновского излучения отвечает высоковольтный блок — металлический цилиндр, заполненный осушенным трансформаторным маслом (или, реже, газом). В блоке расположены:

• рентгеновская трубка — высоковольтный электровакуумный прибор в защитном кожухе;
• накопительные конденсаторы;
• импульсный трансформатор;
• разрядник-обостритель.

Большинство импульсных рентгеновских аппаратов подключаются к переносному пульту управления, который заряжает высоковольтный блок требуемым напряжением.

Принцип работы

Энергия накапливается в специальном конденсаторе. Затем она мгновенно высвобождается, генерируя импульс рентгеновского излучения длительностью от наносекунд до микросекунд. Импульс проходит сквозь объект контроля, и его интенсивность фиксируется детектором, создавая изображение внутренней структуры материала. Кратковременность импульса минимизирует размытие изображения из-за движения объекта или источника излучения, обеспечивая более чёткое изображение дефектов. Наличие свободного от рентгеновского излучения промежутка между двумя импульсами снижает дозу излучения. Степень снижения дозы зависит от продолжительности паузы между импульсами. Частота следования импульсов — обычно от 5 до 20 Гц. Длительность импульса — например, порядка 20 нс, условно форму импульса можно считать треугольной. Интегральная и суммарная доза у импульсных рентгеновских аппаратов в десятки раз меньше, чем у аппаратов непрерывного действия. Излучение импульсных аппаратов имеет вид пачек рентгеновских фотонов с высокой плотностью фотонов в пачке. Это обусловлено тем, что вся накопленная энергия выделяется в виде излучения в течение 10–20 нс. Спектр излучения импульсных аппаратов растянут в области больших длин волн по сравнению с аппаратами непрерывного действия. Это позволяет контролировать широкий диапазон толщин просвечиваемого материала при одном напряжении на трубке.

Методика

Существуют некоторые особенности в методике рентгенографического контроля импульсным аппаратом: Выбор экспозиции осуществляется с помощью номограмм. На них отображена зависимость толщины контролируемого материала от времени (числа импульсов). Фокусное расстояние дефектоскопист стремится делать наименьшим, как правило, в пределах 300–500 мм. Длина контролируемого участка за одну экспозицию не может быть больше удвоенного фокусного расстояния (для некоторых схем контроля — не более 0,8 от значения фокусного расстояния). После каждой экспозиции необходимо делать паузу с продолжительностью не меньше времени экспозиции, а лучше — больше. Для контроля в полевых условиях широко используются портативные импульсные рентгеновские аппараты. Вот несколько примеров такого оборудования. Серия «Арина» — напряжение на рентгеновской трубке от 160 до 300 кВ, просвечиваемая толщина по стали — до 45 мм. Серия «Арион» — время экспозиции задаётся не в секундах, а в импульсах (до 1 500 импульсов) продолжительностью 2 нс. Выбор между импульсным рентгеновским аппаратом и аппаратом постоянного действия зависит только от конкретных задач и требований, но, несмотря на это, существуют и некоторые преимущества импульсных аппаратов. Высокий КПД благодаря высокочастотному переключению силовых ключей (транзисторов). Вместо рассеивания избыточной мощности в виде тепла (как это происходит в линейных стабилизаторах) энергия порциями «перекачивается» в выходную цепь с минимальными потерями на переключение. И как следствие из этого:

• Экономия электроэнергии — меньше энергии тратится впустую, что особенно актуально для устройств, работающих круглосуточно.
• Уменьшается перегрев — снижение тепловыделения упрощает систему охлаждения, позволяя использовать меньшие радиаторы или обходиться без них вовсе.
• Повышение надежности — меньший нагрев компонентов продлевает срок их службы и снижает вероятность выхода из строя.
• Компактность и малый вес — благодаря высокочастотному преобразованию импульсные преобразователи значительно меньше по габаритам, чем их аналоги в линейных источниках.
• Широкий диапазон входных напряжений — импульсные источники могут работать в различных странах с разными стандартами напряжения сети (110 В или 220 В).

И конечно одним из видных преимуществ импульсного оборудования перед рентгеновскими аппаратами постоянного действия является их низкая себестоимость. Для этого есть свои причины: простота конструкции; низкое потребление электроэнергии и возможность питания от аккумуляторов.