Путешествие в страну РАИ - Дмитрий Николаевич Трифонов
Илья замолк, и было неясно, кончил ли он или станет продолжать, но на его лице уже появилась ехидная улыбка.
— Хотите вопрос на сообразительность? Можно ли с помощью радиоактивных изотопов определять износ режущего инструмента? Пока обед не готов, думайте!
— Я бы хотела подумать о другом, — робко произнесла Майка. — На сколько дней у нас осталось продуктов? Кажется, физической работы никакой, а едим мы многовато.
— Зато какая умственная работа! Нам — популярно объяснять, вам — понимать! И потом, разве ты забыла, какую кучу дров сегодня заготовили. Хватит на несколько солидных дискуссий, — удовлетворенно подытожил Илья.
— Все это мелочи, — отмахнулся Олег. — Знаешь, Илья, я, кажется, нашел ответ. Нужно ввести в резец какой-нибудь радиоактивный изотоп, а затем время от времени измерять активность стружки.
— А как ввести изотоп?
— По-моему, облучить резец нейтронами. Тогда в нем образуются радиоактивные изотопы, — предположила Наташа.
— Разумно! — восхитился Илья. — Из твоих молодцов, начальник, выйдет толк.
Изотопы в ОТК
— Могу привести еще один пример, — вмешался я. — Контроль за износом двигателя. Здесь участвует радиоактивное железо Fe59. Перед окончательной сборкой верхнее поршневое кольцо двигателя облучают медленными нейтронами в реакторе. Благодаря ядерной реакции в кольце образуется радиоактивный изотоп железа Fe59. При работе двигателя кольцо постепенно изнашивается, истирается. Частички металла попадают в слой масла на стенках цилиндра и смываются в картер. Пробы масла время от времени отбирают из картера и измеряют их активность, обусловленную присутствием железа 59.
Таким путем можно весьма точно определить износ кольца в миллиграммах в час.
Этот способ позволяет следить и за износом подшипников.
А что вы слышали о гамма-дефектоскопии? Ничего?
Тогда продолжаю. Вот пример. С конвейера сходит деталь. По всем своим внешним показателям она удовлетворяет требованиям технического контроля. На ней ставится заводская марка, и деталь получает путевку в жизнь.
Деталь становится частью сложной машины. Машина работает четко, безукоризненно — и вдруг авария. На долгое время ценный станок выведен из строя.
Расследование показывает, что причина аварии заключается именно в этой детали. В ней были внутренние дефекты, не замеченные ранее. Теперь они дорого обошлись производству.
Значит, оценивая готовую деталь, нужно требовать не только ее соответствия стандарту, но и заглянуть внутрь, выяснить, нет ли в ней предательских трещин или раковин.
Таким всевидящим глазом могут быть рентгеновские лучи.
Метод исследования металлических деталей с помощью рентгеновских лучей, или рентгеноскопия, уже давно применяется в промышленности. Но у этого метода есть существенные недостатки. Он требует громоздких и дорогостоящих аппаратов, высокого напряжения тока. Энергия рентгеновского излучения нередко оказывается недостаточной для просвечивания изделий большой толщины. Кроме того, массивные аппараты часто не дают возможности «просмотреть» ответственные участки котлов, трубопроводов и различных других сложных конструкций.
Поэтому сейчас рентгеноскопия вытесняется более удобным методом гамма-дефектоскопии. Как показывает само название, это метод обнаружения внутренних дефектов в различных изделиях с помощью гамма-излучения радиоактивных изотопов.
Когда гамма-лучи проходят через вещество, они ослабляются. Величина ослабления (или величина поглощения) зависит от разных причин: от толщины облучаемого материала, от зарядов ядер и процентного содержания элементов, входящих в его состав. В общем поглощение пропорционально удельному весу вещества. Кстати, на этом основано определение удельных весов с помощью радиоактивных изотопов.
Как же осуществляется гамма-дефектоскопия на практике?
Прежде всего подбирается подходящий источник излучения. Чем толще контролируемые детали, тем большая энергия гамма-излучения требуется. Выбор радиоактивных изотопов с различными энергиями гамма-лучей достаточно велик: кобальт 60, цезий 137, церий 144, европий 155, тулий 170.
Источник излучения, а он портативен, помещается с одной стороны детали; с другой стороны располагается детектор — устройство, которое фиксирует проникающие сквозь материал лучи. Таким устройством может служить ионизационная камера или специальная фотопленка. Если применяется фотопленка, то метод носит название гамма-радиографии.
Когда в детали нет внутренних дефектов, гамма-излучение ослабляется равномерно по всей поверхности. Но стоит на пути гамма-лучей оказаться какому-нибудь дефекту, как величина поглощения резко меняется. Ионизационная камера сигнализирует об этом скачком ионизационного тока. Участки фотопленки, расположенные против дефектов, оказываются более темными, чем соседние.
Свободная от недостатков рентгеноскопического метода, гамма-дефектоскопия нашла широкое применение в самых различных областях — от строительства трубопроводов до археологии.
Она незаменима при контроле качества сварных стыков газопровода высокого давления. В Советском Союзе на всех трассах строящихся газопроводов применяется гамма-дефектоскопия.
Она помогла археологам «прочитать» на бронзовой прокладке ассирийского шлема IX века до нашей эры письмена и символические знаки, которые нельзя было обнаружить никакими другими способами.
Но применение гамма-излучения в промышленности ограничивается не одним лишь отысканием дефектов в деталях и изделиях. Гамма-лучи используются в автоматизации многих производственных процессов.
Взять хотя бы автоматическое измерение толщины.
Изотопы в автоматах
Степень поглощения гамма-излучения зависит от толщины предмета. Интенсивность исходного гамма-излучения от источника нам известна. Если мы будем знать величину излучения, прошедшего через слой вещества, нетрудно определить и толщину слоя.
Для этого строят так называемую эталонную кривую поглощения. Через куски материала известной толщины пропускают гамма-излучение и определяют степень его поглощения. Таким образом находят, что лист железа толщиной, например, 2 миллиметра поглощает столько-то процентов излучения; при толщине 3 миллиметра соответственно больше и так далее. Найденные результаты наносят на график: на горизонтальной оси откладывают толщину материала в миллиметрах, на вертикальной — степень поглощения гамма-излучения. По полученным точкам строят кривую.
По ней можно определить неизвестную толщину материала, если найти степень поглощения в нем гамма-лучей.
Скажем, такой случай из практики.
В обработке металла большую роль играет процесс прокатки. Чтобы изменить толщину обрабатываемого металла, нужно увеличить или уменьшить величину давления на валки прокатного стана. Обычно устанавливают определенную толщину проката. С помощью гамма-излучения этот процесс можно автоматизировать.
По одну сторону стального листа помещается источник излучения, по другую — счетчик или ионизационная камера. Если толщина проката вдруг оказывается ниже нормы, степень поглощения уменьшается, ток в ионизационной камере усиливается; это изменение тока передается на специальное устройство, которое уменьшает давление на валки.
Автоматическая регулировка толщины с помощью радиоактивных изотопов применяется в бумажной промышленности — для измерения толщины бумаги в бумагоделательных машинах. Текстильщики таким способом регулируют толщину тканей. Наконец, в резиновой и химической промышленности толщиномеры обслуживают важные процессы.
В производствах, особенно химических, часто требуется измерять уровень жидкости. Но как определить уровень жидкости в закрытом резервуаре? Эта задача далеко не всегда оказывается простой. Ведь химики имеют на производстве дело с
