Как работают рентгеновские трубки?

Тлеющий разряд

Как переходящий из темного, получается в приборах при низких давлениях. Он характерен светящимся слоем газа, прилегающего к аноду,— анодное свечение. В длинных стеклянных трубках анодное свечение занимает большую часть трубки и имеет различный цвет в зависимости от газа, например неон дает красный цвет. Такие трубки применяются для рекламного освещения.

Лампы с тлеющим разрядом применяются как индикаторы напряжения. В баллоне, заполненном неоном или аргоном, расположены два металлических электрода. Зажигание лампы происходит при определенном напряжении. Мощность лампы составляет доли ватта.

Ультразвуковой контроль сварных швов и соединений

Сварные швы и соединения нуждаются в постоянном контроле качества. Самый распространенный метод контроля является ультразвуковой контроль. Многолетний опыт показывает, что внутри сварочного шва могут скрываться дефекты, которые могут повлиять на качество соединения, а ультразвуковой контроль позволяет выявить мельчайшие детали и недостатки.

Ультразвуковой метод и его технология

Технология ультразвукового контроля уже давно используется в производстве и промышленности. Данный способ контроля не разрушает соединения по структуре.

Технология проведения диагностики заключается в поиске структур, не отвечающих по физическим или химическим свойствам и показателям, где любые отклонения считаются дефектом.

Показания колебаний рассчитываются по формуле L=c/f, где L длина волны, с — скорость перемещения ультразвуковых колебаний, а f частота колебаний. По амплитуде отраженной волны определяется дефект – так можно выявить размер дефекта.  

При сваривании деталей образуются газовые ванны, их испарения не всегда успевают удалиться. Метод ультразвукового контроля позволяет выявить газообразные вещества за счет сопротивления волн.

Как проводится ультразвуковой метод

Практически любой тип металлов, таких как чугун, сталь, медь и другие, можно проверить ультразвуковым способом.

Существует четкий регламент выполнения проверочных работ, который нужно соблюдать:

• необходимо зачистить ржавчину и лакокрасочное покрытие со шва на расстоянии 5-7 см;
• поверхности необходимо обработать машинным, турбинным, или трансформаторным маслом;
• подстроить прибор под определенные параметры проверки;
• стандартные настройки прибора применяются при толщине шва не более 2 см;
• детали больше 2 см требуют применения АРД диаграмм;
• выполнить проверку качества шва с помощью AVG или DSG параметров;
• излучатель аппарата необходимо перемещать вдоль шва зигзагом, проворачивать вокруг своей оси на небольшой угол;
• аппарат выявляет максимально четкий сигнал, после чего разворачивается и ищет максимальную амплитуду;
• контроль и проверка производят согласно ГОСТу;
• отклонения и дефекты фиксируется в регистрационную таблицу.

Выполнение проверочных работ должно осуществляться только квалифицированными специалистами и на правильно настроенном оборудовании, только в этом случаем можно получить достоверные данные. В случаях, когда необходимо более подробное исследование, используют гамма — дефектоскопию или рентгенодефектоскопию.

Ультразвуковым способом можно диагностировать различные типы швов: продольные, плоские, кольцевые, сварные стыки и трубы, а также тавровые соединения.

Чаще всего данный вид диагностики используется:

• для определения износа труб в магистралях, сварных соединений;
• для диагностика агрегатов и материалов;
• в машиностроении, в тепловой, нефтегазовой, атомной и химической промышленности для обеспечения безопасности эксплуатации будущего изделия;
• для проверки соединений сварного типа с крупнозернистой структурой или сложной геометрической формой;
• при установке или соединение изделий, которые будут подвержены физическим или температурным нагрузкам.

К работе с оборудованием для диагностики сварных соединений допускаются только профессиональные специалисты, которые ознакомлены с правилами техники безопасности.

Если сварные соединения находятся в труднодоступных местах, на высоте или замкнутых пространствах, проводится дополнительный инструктаж, работа специалистов контролируется отделом охраны труда.

Оценка и контроль качества сварных соединений

Оценка качества сварных соединений происходит по следующим параметрам:

• протяженность;
• высота  и ширина дефекта, а также его форма;
• амплитуда звуковой волны.

Результаты исследования фиксируются в специальном журнале, согласно ГОСТ-14782.

При регистрации проверки в обязательном порядке проставляются:

• индексы сварного стыка
• наименование типа сварного стыка
• длина шва;
• описание условий, при которых производилась проверка;
• наименование и тип аппарата;
• частота колебаний в ГЦ;
• условная и предельная чувствительность, углы ввода в металл
• результаты проверки
• дата и ФИО специалиста.

Несамостоятельная проводимость

Называется проводимость газа, вызванная действием постороннего ионизатора, наблюдаемая только в течение времени его действия.

При неизменной ионизации постоянным ионизатором повышение напряжения между электродами сначала вызывает пропорциональное увеличение тока (рис. 4-12),затем наблюдается замедление его роста и далее прекращение роста. Ток достигает значения насыщения, при котором не происходит деионизации, а все ионы и электроны, возникающие в процессе ионизации, достигают электродов.

При увеличении напряжения можнополучить между двумя электродами напряженность поля, при которой кинетическая энергия электроновmυ2/2будет достаточной для ионизации нейтральных атомов, т. е. ионизации толчком или ударом. Отщепившиеся электроны, получив достаточное ускорение, ионизируют новые нейтральные атомы и т.д. Процесс образования ионов и электронов развивается лавинообразно и сопровождается резким увеличением тока (рис. 4-12,участок ВГ) до значения, определяемого сопротивлением r (рис. 4-11).Напряжение на электродах при этом уменьшается.

Пространство между электродами при разряде заполняется ионизированным газом, в котором содержится примерно одинаковое количество электронов и положительных ионов. Такая среда называется электронно-ионной плазмой или просто плазмой. Плазма обладает хорошей электропроводностью, близкой к электропроводности металлов.

У части электронов кинетическая энергия недостаточна для ионизации атомов газа. В этом случае энергия, полученная атомом при соударений, только возбуждает атом.

Возбужденный атом вскоре отдает избыточную энергию в виде светового излучения, воспринимаемого глазом как свечение газа.

Атомная энергия

Атомная энергетика является наиболее спорной из всех антропогенных источников излучения, но она оказывает очень малый вклад в воздействие на здоровье человека. При нормальной работе ядерные объекты выделяют в окружающую среду незначительное количество радиации. На февраль 2016 года насчитывалось 442 гражданских действующих атомных реактора в 31 стране и еще 66 находилось в стадии строительства. Это лишь часть цикла производства ядерного топлива. Начинается он с добычи и измельчения урановой руды и продолжается изготовлением ядерного топлива. После использования на электростанциях топливные элементы иногда перерабатываются для восстановления урана и плутония. В конце концов, цикл завершается утилизацией ядерных отходов. На каждом этапе этого цикла возможна утечка радиоактивных материалов.

Около половины объемов мировой добычи урановой руды поступает из открытых карьеров, другая половина – из шахт. Затем она измельчается на близлежащих дробилках, которые производят большое количество отходов – сотни миллионов тонн. Эти отходы остаются радиоактивными миллионы лет после того, как предприятие прекратит свою работу, хотя радиационное излучение составляет очень малую долю естественного фона.

После этого уран превращается в топливо путем дальнейшей обработки и очистки на обогатительных комбинатах. Эти процессы приводят к воздушному и водному загрязнению, но они намного меньше, чем на других этапах топливного цикла.

Радон

Наиболее важным из всех источников природной радиации является элемент без вкуса и запаха, невидимый газ, который в 8 раз тяжелее воздуха, радон. Он состоит из двух основных изотопов — радона-222, одного из продуктов распада U-238, и радона-220, образуемого при распаде Th-232.

Горные породы, почва, растения, животные испускают радон в атмосферу. Газ является продуктом распада радия и производится в любом материале, который его содержит. Поскольку радон – инертный газ, он может выделяться поверхностями, контактирующими с атмосферой. Количество радона, который исходит из данной массы породы, зависит от количества радия и площади поверхности. Чем мельче порода, тем больше радона она может освободить. Концентрация Rn в воздухе рядом с радийсодержащими материалами также зависит от скорости движения воздуха. В подвалах, пещерах и шахтах, которые имеют плохую циркуляцию воздуха, концентрации радона могут достигать значительных уровней.

Rn достаточно быстро распадается и образует ряд дочерних радионуклидов. После образования в атмосфере продукты распада радона соединяются с мелкими частицами пыли, которая оседает на почву и растения, а также вдыхается животными. Дожди особенно эффективно очищают воздух от радиоактивных элементов, но соударение и оседание частиц аэрозоля также способствует их осаждению.

В умеренном климате концентрация радона в помещении в среднем примерно в 5–10 раз выше, чем на открытом воздухе.

За последние несколько десятилетий человек «искусственно» произвел несколько сотен радионуклидов, сопутствующее рентгеновское излучение, источники, свойства, применение которых используются в медицине, военном деле, производстве энергии, приборостроении и для разведки полезных ископаемых.

Индивидуальное действие техногенных источников радиации сильно различается. Большинство людей получает относительно небольшую дозу искусственной радиации, но некоторые – во много тысяч раз превышающую излучение природных источников. Техногенные источники лучше контролируются, чем естественные.

Свойства и особенности рентгеновских лучей

Проходимость материалов зависит от длины генерируемых лучей. Рентгеновский поток при прохождении плотных структур поглощается: лучи рассеиваются в пространстве. Чем ниже плотность проверяемых сварных соединений трубопроводов, металлоконструкций или деталей, тем четче получаемое радиографическое изображение. Пустоты, раковины на снимке буду темнее.

Картинка получается благодаря способности некоторых химических реагентов светиться под действием излучения. Они сохраняют эту способность несколько секунд. Этого достаточно, чтобы светочувствительная пленка засветилась.

В процессе рентген-контроля сварных швов выявляются участки разной плотности. Если металл однородный – снимок будет светлым, однотонным. При пустотах появятся затемнения.

Действие некоторых дефектоскопов основано на способности ионизированного воздуха пропускать электрический ток. Проводимость напрямую зависит от степени ионизации. Лучи расщепляют молекулы на своем пути, превращают их в коктейль анионов и катионов. Применение этого свойства помогает получать изображение на осциллографе.

Как работает трубка Крукса

Диаграмма, показывающая цепь лампы Крукса.

Лампы Крукса — это лампы с холодным катодом , а это означает, что в них нет нагретой нити накала, которая выпускает электроны, как это обычно бывает с более поздними электронными вакуумными лампами . Вместо этого электроны генерируются за счет ионизации остаточного воздуха высоким постоянным напряжением (от нескольких киловольт до примерно 100 киловольт), приложенным между катодным и анодным электродами в трубке, обычно с помощью индукционной катушки («катушка Румкорфа»). . Для работы трубок Крукса требуется небольшое количество воздуха, примерно от 10 -6 до 5 · 10 -8 атмосфер (7 · 10 -4 — 4 · 10 -5 торр или 0,1-0,006 паскаль ).

Когда к трубке прикладывается высокое напряжение , электрическое поле ускоряет небольшое количество электрически заряженных ионов и свободных электронов, всегда присутствующих в газе, создаваемое естественными процессами, такими как фотоионизация и радиоактивность . Электроны сталкиваются с другими молекулами газа , сбивая с них электроны и создавая больше положительных ионов. Электроны продолжают создавать больше ионов и электронов в цепной реакции, называемой таунсендовским разрядом . Все положительные ионы притягиваются к катоду или отрицательному электроду. Ударяя по нему, они выбивают с поверхности металла большое количество электронов, которые, в свою очередь, отталкиваются катодом и притягиваются к аноду или положительному электроду. Это катодные лучи .

Из трубки удалено столько воздуха, что большая часть электронов может пройти по длине трубки, не столкнувшись с молекулой газа. Высокое напряжение ускоряет эти частицы малой массы до высокой скорости (около 37 000 миль в секунду или 59 000 км / с, что составляет около 20 процентов скорости света при типичном напряжении трубки 10 кВ). Когда они достигают анодного конца трубки, у них такой большой импульс, что, хотя они притягиваются к аноду, многие пролетают мимо него и ударяются о торцевую стенку трубки. Когда они сталкиваются с атомами в стекле, они выбивают свои орбитальные электроны на более высокий энергетический уровень . Когда электроны возвращаются к исходному уровню энергии, они излучают свет. Этот процесс, называемый катодолюминесценцией , заставляет стекло светиться, обычно желто-зеленым. Сами электроны невидимы, но свечение показывает, где пучок электронов попадает в стекло. Позже исследователи покрасили внутреннюю заднюю стенку трубки люминофором , флуоресцентным химическим веществом, таким как сульфид цинка , чтобы сделать свечение более заметным. После удара о стену электроны в конечном итоге попадают на анод, проходят через анодный провод, источник питания и обратно к катоду.

Когда количество газа в трубке Крукса немного больше, она создает узор из светящихся областей газа, называемый тлеющим разрядом .

Сказанное выше описывает только движение электронов. Полные детали действия в трубке Крукса сложны, потому что она содержит неравновесную плазму положительно заряженных ионов , электронов и нейтральных атомов, которые постоянно взаимодействуют. При более высоком давлении газа, выше 10 -6 атм (0,1 Па), это создает тлеющий разряд ; узор из светящихся областей разного цвета в газе в зависимости от давления в трубке (см. диаграмму). Детали не были полностью поняты до развития физики плазмы в начале 20 века.