RU2284511C2

RU2284511C2 - Radiometric method of testing large-scale objects

Info

Publication number: RU2284511C2
Application number: RU2004123712/28A
Authority: RU
Inventors: нов Валерий Алексеевич Кась (RU); Валерий Алексеевич Касьянов; Михаил Михайлович Штейн (RU); Михаил Михайлович Штейн; Владимир Лукь нович Чахлов (RU); Владимир Лукьянович Чахлов
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-09-27
Also published as: RU2004123712A

Abstract

FIELD: investigating or analyzing materials.

SUBSTANCE: method comprises illuminating the large-scale object with penetrating radiation, generating fan-shaped beams of penetrating radiation by means of several sources of pulse braking radiation, e.g. betatrons, whose focuses are arranged over the horizontal line. The axes of the beams of each source cover the cross-section of the object completely. The radiation is recorded by the detecting members mounted in the plane of the beam. The moments of radiation generation are shift in time to allow them to be recorded separately.

EFFECT: reduced radiation dose and sizes.

1 cl, 4 dwg

Description

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.The invention relates to radiation methods of non-destructive testing of objects, including large-sized products of heavy engineering (nuclear power engineering, shipbuilding, space engineering, etc.), freight containers, heavy vehicles.

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.Known methods for monitoring large objects, vehicles, implemented, for example, mobile equipment for cargo inspection, inspection [Patent FR 2808088] with an x-ray radiation source; equipment for inspecting objects with a fan beam (containers or vehicles) [Patent EP 0412190], containing two x-ray machines located on the side and top relative to the control object, and two detector lines. For X-ray machines, the angle of divergence of the bremsstrahlung is large, therefore, the proposed solutions for materials of small thickness and density provide good detectability, and two radiation sources allow for greater resolution.

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.A known method of monitoring heavy vehicles using x-ray equipment [Patent DE 19532965]. The control equipment is implemented on a mobile vehicle with a special design of the device on which the detector line is mounted, which is folded in the idle state and is located along the vehicle, and in the working position it is folded in the form of a gate perpendicular to the vehicle so that the detector line is located opposite the radiation source in the field of its radiation. When passing through this gate, the object of study is illuminated by a narrow fan beam of x-ray radiation with energies up to 140-500 keV. The radiation transmitted through the object is recorded by a detector line, processed, and then the full image of the object is restored.

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.A common drawback of these solutions is that the use of radiation with an energy of up to 500 keV provides control of objects with an equivalent steel thickness of up to 80-100 mm.

Для контроля объектов с эквивалентной толщиной по стали, например, до 200 мм необходимо увеличивать энергию тормозного излучения до 5-10 МэВ.To control objects with equivalent steel thickness, for example, up to 200 mm, it is necessary to increase the energy of bremsstrahlung to 5-10 MeV.

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.The closest technical solution to the proposed one is the method implemented by a comprehensive system of non-destructive testing on the basis of a linear accelerator, created at the Research Institute of Electrophysical Equipment named after D.V. Efremova (St. Petersburg, Russia) [Materials of the XVII meeting on charged particle accelerators, Protvino, vol.2, 2000, p.317]. The method consists in illuminating an object with a narrow fan beam of penetrating radiation, registering a detector line through the radiation object, scanning the object with subsequent restoration of the image by appropriate mathematical processing of the measurement results.

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.With increasing energy, the angle of half attenuation of bremsstrahlung decreases α = 110 / E (MeV), and the focal length necessary to control large-sized products increases. The required radiation dose rate to ensure a given detectability of defects increases in proportion to 1 / R ² , where R is the focal length. When monitoring objects larger than 2.5 m in size, the focal distance between the focal spot of the radiation source to the line of detectors will be more than 10 m. At a shorter distance, the product does not fit in the radiation field. Moreover, the dose rate for the prototype device is more than 100 Gy / min. This method and device provide quality control for objects of high density and thickness on steel up to 300 mm.

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.The disadvantages of this method are the large dimensions of the control system of large-sized objects of high density and thickness and, accordingly, a large radiation dose rate, which entails high costs for biological protection from radiation.

Цель изобретения - уменьшение мощности дозы излучения и габаритов системы контроля.The purpose of the invention is to reduce the dose rate and the dimensions of the control system.

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.This goal is achieved by the fact that in the method of radiometric monitoring of large-sized objects, which consists in illuminating the object with a fan beam of penetrating radiation, registering the radiation passed through the object with a detector line, scanning the object with subsequent restoration of the image by appropriate processing of the measurement results, fan beams are formed by several sources of pulsed bremsstrahlung , for example betatrons, the foci of which are placed horizontally on the same line, This axis of each source beams directed so as to cover the entire cross-object section, the radiation is recorded on the detector array, disposed in a plane corresponding to the radiation source a beam within an angle half the dose rate, and the moments of generation sources of the radiation is shifted in time to ensure that they separate registration.

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.As a result of using several radiation sources, the foci of which are located on the same horizontal line and forming a total radiation beam with the necessary divergence angle and energy to control materials of large thicknesses and densities, it becomes possible to control large-sized objects with steel thicknesses up to 300 mm, reduce the dimensions of the control installation by reducing the focal length and radiation dose rate. The total dose rate of several accelerators will be less than the dose rate of one accelerator used according to the prototype scheme.

На фиг.1.1 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения сбоку от объекта. Вид спереди.Figure 1.1 presents a diagram of the implementation of the method with the location of the radiation sources on the side of the object. Front view.

На фиг.1.2 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения сбоку от объекта контроля. Вид сверху.Figure 1.2 presents a diagram of the implementation of the method with the location of the radiation sources on the side of the control object. View from above.

На фиг.2.1 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения снизу от объекта контроля. Вид спереди.Figure 2.1 presents a diagram of the implementation of the method with the location of the radiation sources below the control object. Front view.

На фиг.2.2 представлена схема осуществления способа при расположении источников излучения снизу от объекта контроля. Вид сверху.Figure 2.2 presents a diagram of the implementation of the method with the location of the radiation sources below the control object. View from above.

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.A device that implements the proposed method contains two or more pulsed sources 1, 2 of bremsstrahlung with the same parameters, for example betatrons, the foci of which are located on the same horizontal line A, and the axis of the beams of each radiation source should be directed so that the total a fan beam covered the entire cross section of the object. A fan-shaped beam is formed by a system of collimators of emitters. The distance between the radiation sources is determined by their structural dimensions. Sources of radiation 1, 2 can be located, for example, on the side of the control object (Fig.1.1, Fig.1.2) or from below (Fig.2.1, Fig.2.2) horizontally. The angle of inclination of the axis of the beam of the first source to the horizontal can be selected equal to approximately 1/2 of the angle α of the divergence of the beam, and the angle of inclination of the axis of the beam of each subsequent source is increased by α. Registration of radiation is carried out by several (depending on the number of sources) detector lines 3, 4. Detector lines 3, 4 are located in the beam plane of the corresponding source within the angle of half the dose rate. The number of detector lines 3, 4 corresponds to the number of radiation sources. You can place the radiation sources from the bottom of the object in a single line in the transverse direction. This option also allows for a sufficiently large total divergence angle with a small focal length and a small radiation dose rate. The moments of generation of radiation from sources are shifted in time to ensure their separate registration. The information processing system 5 mathematically processes the measurement results, and the monitor 6 shows a reconstructed image of the control object 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.The method of radiometric control is as follows. When moving the control object 7 through the control zone, it is layer-by-layer illuminated by a fan-shaped beam of penetrating radiation of two or more pulse sources 1, 2 of bremsstrahlung. Several sources of radiation 1, 2, located at a small distance from the control object, ensure the compactness of the installation and allow not only to cover a large-sized object with a radiation beam, but also to shine it with radiation of lower power, but sufficient energy to ensure reliable control of material of large thicknesses on steel. The radiation generation moments of sources 1, 2 are shifted in time in order to ensure separate registration of the radiation transmitted through the object by the corresponding segments of the detector lines 3, 4. The detector lines 3, 4 located behind the object record the bremsstrahlung photons transmitted through the controlled object 7, converting them into electrical signals, which, after processing by the processing unit 5 and summing, are sent to the monitor 6 in the form of an image of the control object 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.For example, the use of two radiation sources at a focal length twice as short as possible will reduce the dose rate of each source by 4 times while maintaining detectability. And the total dose rate of two sources will be reduced by half.

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.Thus, the proposed technical solution allows for reliable control of large-sized objects of high density and thickness by radiation dose of lower power and a control system of smaller dimensions while maintaining detectability. And the total dose rate of two sources will be reduced by half.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить достоверный контроль крупногабаритных объектов большой плотности и толщины излучением дозы меньшей мощности и системой контроля меньших габаритов.Thus, the proposed technical solution allows for reliable control of large-sized objects of large density and thickness by radiation dose of lower power and a control system of smaller dimensions.

Claims

A method for radiometric monitoring of large-sized objects, which consists in illuminating an object with a fan beam of penetrating radiation, registering the radiation passed through the object with a detector line, scanning the object with subsequent reconstruction of the image by appropriate processing of the measurement results, characterized in that the fan beams are formed by several sources of pulsed bremsstrahlung, for example betatrons , the foci of which are placed horizontally on the same line, while the axis of the beams Each source is directed in such a way that the entire cross section of the object is covered, the radiation is recorded by detector lines located in the beam plane of the corresponding radiation source within the angle of half the radiation dose rate, and the moments of generation of radiation from the sources are shifted in time to ensure their separate registration.