Усиливающие экраны для радиографического контроля: типология, правила использования, советы по выбору​

Свинцовые, металлофлуоресцентные и флуоресцентные усиливающие экраны используются с рентгеновскими плёнками при проведении радиографического контроля для достижения оптимального соотношения качества рентгеновских снимков (рентгенограмм) и скорости просвечивания. Это один из главных расходников для радиационной дефектоскопии, от которого во многом зависит контрастность, оптическая плотность изображений и нагрузка на рентгеновскую трубку. Назначение экранов в том, чтобы добиваться требуемой оптической плотности почернения снимков без чрезмерного увеличения времени экспозиции и повышения мощности экспозиционной дозы рентгеновского излучения. Усиливающий экран представляет собой плоский листовой материал с многослойной структурой. Размеры свинцовых экранов регламентированы стандартом ГОСТ 15843-79 и могут составлять от 6x24 см до 30x40 см. Последний типоразмер, 30x40 см, встречается на практике чаще всего, но при необходимости такие материалы можно легко нарезать по индивидуальному формату, например, при помощи гильотинного резака.

Содержание:​

Для чего используют усиливающие экраны
Классификация усиливающих экранов
Подбор экранов под конкретные задачи
Правила бережного обращения с усиливающими экранами
Где купить хорошие усиливающие экраны

Зачем нужны усиливающие экраны​

Необходимость применения усиливающих экранов обусловлена тем, что сама по себе плёнка поглощает не более 1% энергии рентгеновского или гамма-излучения. Расположенные с обеих сторон рентгеновской плёнки, усиливающие экраны позволяют использовать эту энергию с большей эффективностью, поглощая низкоэнергетическое рассеянное излучение и испуская вторичные электроны. Те, в свою очередь, отличаются очень малым пробегом, поскольку экран плотно прилегает к плёнке. Вследствие этого увеличивается соотношение интенсивности прямого излучения, формирующего изображение на плёнке, и рассеянного излучения, которое способствует увеличению оптической плотности фона. Вторичные электроны поглощаются плёнкой практически полностью, вследствие чего изображение получается более контрастным.

Типы усиливающих экранов​

В реальной практике радиографического контроля используются следующие типы экранов.

• Металлические. Состоят из трёх слоёв – полимерной или картонной подложки, фольги и защитного покрытия. Фольга может выполняться из свинца (чаще всего), стали, меди, тантала или даже вольфрама (для работы с ускорителем электронов на энергии более 12 МэВ, например) либо другого металла. В зависимости от класса чувствительности плёнки, просвечиваемой толщины и типа ИИИ применяются экраны толщиной 0,02–0,7 мм. В большинстве случаев она составляет 0,05 мм. У экранов, которые предназначены для расположения перед плёнками, толщина примерно вдвое меньше, чем у задних экранов. При просвечивании объектов в условиях сильно ограниченного пространства дополнительно к заднему экрану целесообразно устанавливать за ним свинцовую же защитную пластину толщиной 0,5–1,0 мм. Например, если просвечиваемое сварное соединение близко прилегает к бетонным стенам или перекрытиям. Вообще, защитные экраны не стоит путать с усиливающими экранами. Толщина защитных пластин достигает 4 мм. Они особенно необходимы для работы с ИИИ на высокой энергии. Располагаясь за плёнкой, они служат барьером для рассеянного рентгеновского излучения, которое может негативно повлиять на качество снимков. Считается, что время экспозиции при использовании свинцовых усиливающих экранов сокращается не так значительно. Зато – благодаря им удаётся сберечь качество снимка, так как размытие проявляется в меньшей степени. Экспонирование плёнки осуществляется за счёт вторичных электронов, выбитых рентгеновскими фотонами из тонкой свинцовой или свинцово-оловянной фольги. Если обеспечен плотный контакт с плёнкой, то, как мы уже отметили, пробег электронов получается небольшим. Разрешающая способность остаётся высокой. Коэффициент усиления составляет порядка 2–3 единиц, то есть время экспозиции с металлическим усиливающим экраном для достижения той же плотности почернения требуется примерно в 2–3 раза меньше, чем без него. При использовании таких экранов по обе стороны плёнки (а чаще всего так и делают) обеспечивается дополнительная защита от обратного рассеянного излучения. Плёнку с металлическими экранами называют безэкранной – и размер зерна у неё составляет примерно 1–1,5 мкм. Бельгийский производитель AGFA, например, поставляет рентгеновскую плёнку со свинцовыми экранами в герметичной вакуумной упаковке Pb Vac (форматные плёнки) и Pb Rollpac (рулонная плёнка), в котором как раз таки обеспечен наиболее плотный контакт между плёнкой и экранами. Они расположены с обеих сторон плёнки, причём у такой упаковки нет «лицевой» либо «тыльной» стороны – прикладывать такой конверт к объекту можно любой стороной. Меньше хлопот с магнитным прижимом, ремнями, хомутами и прочими принадлежностями при закреплении плёнки на объекте, причём даже использование кассет с такой упаковкой не обязательно. Эталоны чувствительности и маркировочные знаки фиксируют, например, при помощи двустороннего скотча, затем накладывают плёнку, при необходимости приклеивают её на обычный канцелярский скотч. Толщина свинцовых усиливающих экранов в упаковке Pb Vac и Pb Rollpac от AGFA составляет всего 0,027 мм, так что конверты (пакеты) не теряют своей гибкости и легко прикладываются даже к изогнутым поверхностям.
• Металлофлуоресцентные (флюорометаллические, металлофлуоресцирующие). Как в случае с металлическими экранами, они состоят из подложки и свинцовой фольги, на которую дополнительно нанесён люминофор с защитным покрытием. Это нечто среднее между свинцовыми и флюоресцирующими экранами, о которых мы расскажем ниже. Чёткость снимков снижается чуть более ощутимо, чем с металлическими экранами, но не настолько критично, как с флуоресцирующими. Располагаются они также с обеих сторон плёнки. Многие производители металлофлуоресцентных экранов дополнительно наносят на них противорассеивающий слой для поглощения «паразитного» рассеянного рентгеновского излучения. Плёнка с металлофлуоресцентными экранами также относится к безэкранной. В качестве люминофора обычно используется вольфрамат кальция, сульфид цинка, сульфид кадмия, сульфат свинца, сульфат бария и пр.
• Флуоресцирующие, или флуоресцентные (флюоресцентные, они же люминесцентные). С точки зрения качества рентгеновских снимков это самый слабый тип усиливающих экранов из рассматриваемых нами. Используются они только при работе с маломощными (низкодозовыми) рентгеновскими аппаратами. Прежде всего, к таким относятся импульсные рентген-аппараты, которые остаются востребованными только в РФ. Флуоресцирующий экран представляет собой тонкий лист картона или пластмассы, покрытый люминофором и тонкой моющейся защитной плёнкой. Усиливающий эффект от применения флуоресцентных экранов достигается благодаря конвертированию части рентгеновского излучения в оптическое вещество люминофора. Выбитые из него кванты видимого света практически полностью поглощаются плёнкой. Крупнозернистая структура (средний размер зерна – порядка 10 мкм) экрана, как правило, и приводит к резкому снижению контрастности снимка. Для сравнения: если для плёнок со свинцовыми экранами при энергии рентгеновского излучения до 400 кВ собственная нерезкость не превышает 0,1–0,15, то для флуоресцентных экранов она уже достигает 0,3–0,8. Что касается коэффициента усиления, то, по разным данным, он составляет около 20–40, хотя встречаются и более радикальные оценки. Так, в некоторых справочниках коэффициент усиления может достигать 200. Как бы то ни было, даже несмотря на то, что с флуоресцентными экранами время экспозиции может быть уменьшено в несколько десятков раз, из-за резкого снижения разрешающей способности от них по возможности воздерживаются. Особенно при наличии рентгеновских аппаратов постоянного потенциала. Настолько, что многие руководящие документы предписывают использовать для РК именно металлические экраны, а не флюоресцентные. К тому же с такими экранами совместима далеко не каждая плёнка.

В отечественной практике радиографического контроля по состоянию на август 2023 года наибольшим спросом пользуются усиливающие экраны следующих производителей

• AGFA. Авторитетный европейский бренд с богатейшей историей и безоговорочный мировой лидер по производству плёночных систем для промышленной радиографии. Под брендом AGFA выпускаются флюорометаллические (RCF) и флуоресцентные (NDT 1200) усиливающие экраны. Также в ассортименте есть рулонная (Pb Rollpac) и форматная (Pb VacuPac, Pb ETE) радиографическая плёнка в вакуумной упаковке со свинцовыми экранами.
• «АСК-РЕНТГЕН ИДЕЛЬ». Дилер компании «АСК-РЕНТГЕН» и производитель металлофлуоресцентных экранов СМП, разработанных в 2013 году совместно с ЗАО «Ренекс». Производство расположено в Казани.
• «Ренекс». Базирующийся в Новосибирске производитель флуоресцирующих усиливающих экранов общего назначения (УПВ-1 и УПВ-2), а также с повышенной разрешающей способностью (УПВ-1 ПРС) и повышенным усилением и яркостью (УПВ-3 ВУ).
• Fujifilm. Японский производитель, который в дополнение к собственной линейке рентгеновских плёнок выпускает флуоресцентные экраны FUJI IXG2.
• «АРИОН». Это свинцовые усиливающие экраны с толщиной свинцового слоя 0,05, 0,1 и 0,2 мм производства ГК «Рентгенсервис» (Нижний Новгород).

Ранее также широко использовалась продукция KYOKKO из Японии, ныне снятая с производства.

Как выбрать усиливающий экран под конкретный тип рентгеновской плёнки и схему контроля​

В общем случае, от дефектоскописта РГК требуется строгое соблюдение положений руководящей документации – в первую очередь, технологической (операционной) карты и методики контроля. Инструкция должна давать чёткие указания по выбору и порядку использования принадлежностей для РК. Но всё же проясним некоторые моменты.

Прежде всего, надо понимать, что применение усиливающих экранов приводит к некоторому снижению чёткости изображения на рентгенограммах. Особенно при наличии флуоресцирующего слоя – чем он толще, тем интенсивнее увеличивается зернистость изображения. Причём флуоресцирующему излучению подвергаются оба эмульсионных слоя рентгеновской плёнки (условно, на передней и «тыльной» её стороне), один из которых находится ближе к экрану, а второй – чуть дальше. Вследствие этого на заднем слое эмульсии наблюдается больший размер зерна и меньшая плотность почернения, чем на переднем слое.

Однако на практике, особенно при использовании недостаточно мощных ИИИ и при контроле толстостенных изделий, у дефектоскопистов РК не остаётся иного выхода. Соблюдение рекомендаций производителей плёночных систем, рентгеновских аппаратов и положений нормативно-методических документов позволяет добиваться «удобоваримого» качества снимков, которое вполне соответствует требованиям ТЗ и устраивает приёмку заказчика. Поэтому при работе с усиливающими экранами важно достичь оптимального баланса между достигнутым уровнем чувствительности (контрастностью снимка) и сэкономленным временем при просвечивании (уменьшением нагрузки на ИИИ).

Чтобы найти эту «золотую середину», при выборе усиливающих экранов для промышленной радиографии следует ориентироваться на рекомендации производителей плёночных систем. Хоть многие плёнки формально и могут применяться с любыми экранами, но ряд наименований плёнок рекомендуются для работы с конкретными типами усиливающих экранов. В общем случае, можно ориентироваться на следующую справочную таблицу.

Таким образом, при подборе усиливающего экрана необходимо учитывать, во-первых, на техническую информацию от производителя. А во-вторых, на руководящую документацию – межгосударственные и национальные стандарты, методики, технологические карты контроля по радиографическому контролю. Вот лишь небольшая подборка НТД, в которых содержатся требования к подбору усиливающих экранов.

• ГОСТ 7512. По состоянию на декабрь 2021 года новая редакция этого стандарта ещё находится на утверждении в Росстандарте. В издании 1982 года усиливающим экранам посвящены пункты 2.4, 2.5, Приложение 1. ГОСТ 7512, как основной в России стандарт по радиографическому контролю, предусматривает возможность применения всех трёх типов усиливающих экранов, о которых мы говорили выше.
• ГОСТ ISO 17636-1-2017. Идентичный международному стандарту ISO 17636-1:2013, этот документ вызвал неоднозначную реакцию в профессиональном сообществе, из-за чего его вступление в силу неоднократно откладывалось. Тип усиливающих экранов в нём только один – металлические. Разница лишь в материале, толщине и расположении (с передней или задней стороны плёнки). Подбор должен осуществляться с учётом способа радиографического контроля (класс А или класс В), типа и мощности ИИИ, просвечиваемой толщины и класса чувствительности плёночной системы по ISO 11699-1 (С1–С6).
• СТО 00220368-010-2007. Документ требует использовать свинцовые усиливающие экраны и допускает применять флюоресцентные.
• ГОСТ Р 50.05.07-2018. Для радиографического контроля сварных соединений и наплавленных покрытий оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок разрешается использовать металлические усиливающие экраны – свинцовые, стальные, латунные и медные.
• СТО Газпром 2-2.4-917-2014. Регламент интересен тем, что здесь тоже, как и в ГОСТ ISO 17636-1-2017, вводится понятие «плёночной систем», под которой понимается комбинация радиографической плёнки и усиливающих экранов с заданной схемой зарядки кассет и её химико-фотографической обработки, выполняемой в соответствии с инструкциями производителя плёнки и/или обрабатывающих растворов. Инструкцией предусмотрено применение флюоресцентных, металлофлуоресцентных и металлических усиливающих экранов.

Добавим также, что во многих стандартах, особенно в переводных, часто можно встретить положения о том, что в ряде случаев возможны некоторые отступления при выборе усиливающих экранов и плёночных систем. Важно при этом соблюсти два условия:
1) согласовать это с заказчиком;
2) подтвердить соответствие готовых рентгеновских снимков требованиям к качеству. Последнее определяется, главным образом, по эталонам чувствительности (индикаторам качества изображения) и оптической плотности потемнения.

В общем случае, свинцовые экраны предназначаются для несенсибилизированных плёнок типа AGFA D2–D5, D7, D8. По сравнению со сенсибилизированными они менее чувствительны к рентгеновскому излучению и позволяют формировать на рентгеновском снимке изображение более высокого качества, хоть и с меньшей скоростью. Сенсибилизированная рентгеновская плёнка типа AGFA F8 рассчитана на использование с флюоресцентными и металлофлуоресцентными экранами. Благодаря добавлению в эмульсию специальных красителей (сенсибилизаторов) таких плёнок обеспечивается соответствие ультрафиолетового свечения экранов типа RCF и NDT 1200 спектру видимого голубого свечения. Правда, на практике есть исключения – и на форуме, например, можно встретить упоминания об успешном опыте применения плёнки AGFA D7 с флюоресцентными экранами.

Наконец, добавим, что иногда флюоресцентные экраны применяют со свинцовыми. Это приводит к некоторому повышению контрастности изображения и увеличения времени экспозиции. Гораздо проще и эффективнее в таких случаях обзавестись металлофлуоресцентными экранами.

Как правильно обращаться с усиливающими экранами​

При каждой перезарядке кассет не будет лишним осматривать экраны на предмет царапин, потёртостей и иных повреждений. Трещины, надрывы, складки и иные дефекты снижают качество рентгеновского снимка и мешают расшифровке, а потому их наличие чаще всего заканчивается повторным просвечиванием объекта. Если речь о флюоресцентных или металлофлуоресцентных экранах, то важно также не допустить, чтобы слой люминофора начал крошиться. Его отслоившиеся частицы, осыпаясь и накапливаясь внутри кассеты, практически гарантированно дадут артефакты на рентгеновских снимках. Особенно важно за этим следить в холодное время, когда пластины становятся более хрупкими.

Очень важно поддерживать экраны в чистоте – на них не должна скапливаться пыль. Для защиты от загрязнений и электростатических разрядов, которые оставляют на снимках артефакты, необходимо:

• обращаться с усиливающими экранами очень деликатно и бережно. Ни в коем случае не бросать их, не вынимать резко из кассеты, не ударять и пр. Электростатические разряды часто возникают в момент резкого извлечения из кассеты. Зная это, многие дефектоскописты РК приклеивают на тыльную сторону экрана детский картон. Тогда экран меньше подвергается трению – и вероятность возникновения статических разрядов и механического повреждения снижается;
• после просвечивания, например, при перезарядке кассеты – полностью извлекать экраны из неё. Если эти манипуляции выполняются на металлическом столе, то рекомендуется его предварительное заземление;
• периодически протирать экраны сначала влажной, затем сухой чистой безворсовой ветошью. Раньше некоторые производители (например, AGFA) поставляли специальные чистящие средства, но сейчас такое найти в продаже сложновато, поэтому проще использовать тёплый мыльный раствор, спирт либо специальный спрей с антистатиком. Главное – действовать очень аккуратно. Протирать нужно лёгкими движениями, сильно не давить;
• если предстоит использовать новый экран – непосредственно перед просвечиванием объекта контроля выполнять 3–4 пробные экспозиции;
• при хранении и транспортировке пачки кассет, в которых уже «заряжены» рентгеновские плёнки и усиливающие экраны, прокладывать между кассетами бумажные листы – для дополнительной защиты от электростатических разрядов;
• поддерживать в фотолаборатории влажность воздуха не ниже 60–70%;
• флюоресцентные и металлофлуоресцентные экраны – беречь от прямого попадания солнечного света и от высоких температур.

Со временем слой люминофора разрушается, из-за чего металлофлуоресцентные и флуоресцентные обычно «живут» меньше, чем металлические. Порча экрана сопровождается появлением характерных пятен, полос и точек на снимках и сокращением коэффициента усиления. Поэтому время от времени усиливающие экраны нужно менять – жалеть средства на это не нужно, это в любом случае выгоднее, чем пересветы. Вообще, срок службы экранов определяется тем, насколько аккуратно с ними обращаются. При должном уходе данные расходники могут «оставаться в строю» очень много лет.

Ещё одно базовое правило при работе с усиливающими экранами – обеспечение наиболее плотного прилегания к рентгеновской плёнке. Чем больше расстояние между её эмульсионным слоем и экраном, тем выше зернистость изображения. И наоборот – чем плотнее контакт, тем выше чёткость снимка.

Для обозначения номера снимка вместо свинцовых литер часто пишут число на самом экране, ручкой или маркером.

Где купить усиливающие экраны​

В числе спонсоров проекта «Дефектоскопист.ру» – сразу несколько видных поставщиков дефектоскопических материалов для РК с проверенной репутацией и добрым именем в профессиональном сообществе. И напоминаем, что задать вопрос по усиливающим экранам для промышленной радиографии можно в разделе «Радиационный контроль» на форуме «Дефектоскопист.ру». Для создания новых тем и участия в обсуждениях требуется регистрация.