Testy

rvky se mění v prvek s protonovým číslem Z + 1, jejich nukleonové číslo A se nemění.
• záření gama (γ) - je velmi pronikavé (krátkovlnné) elektromagnetické záření.
Tvoří je tok fotonů, který vzniká při přeskupení nukleonů v jádře radioizotopu
(fotony gama jsou srovnatelné s fotony světla, jsou však nositeli až milionkrát větší energie)
• Zvláštní kategorii tvoří záření neutronové (n), které se u přirozených radioizotopů
nevyskytuje. Je to záření látkové, tvořené tokem neutronů
a) Přímo ionizující záření - tvoří elektricky nabité částice. Jsou to například
částice záření α částice zářeníβ protony (p), nebo těžší ionty. Předání energie
nabité částice látce, kterou prochází, se děje především ionizací a excitací
(vybuzením) jejich atomů
b) Nepřímo ionizující záření - je tvořeno částicemi, které nemají elektrický
náboj, a proto nezpůsobují ionizaci a excitaci podél své dráhy. Výsledkem
jejich interakce s látkou však je často emise sekundárních nabitých částic,
které okolní prostředí ionizují. Nejvýznamnějšími reprezentanty nepřímo
ionizujícího záření jsou fotony a neutrony.
Interakce fotonů gama s látkou
a) Fotoelektrický jev
Fotoelektrický jev (fotoefekt) je proces, při kterém foton předá veškerou svou energii elektronu v některé energetické hladině atomu absorbujícího prostředí. Elektron část získané energie spotřebuje k uvolnění ze své dráhy, zbylá energie se mění na kinetickou energií
b) Comptonův rozptyl
Comptonův jev nastává pokud energie fotonu záření gama je větší než vazební energie obalového elektronu. Při tomto jevu se fotony chovají jako pružné částice, které při srážce s obalovým elektronem ztratí část své energie. Při Comptonově rozptylu je tedy část energie
fotonu předána elektronu, na který foton narazí, přitom se však foton pohybuje dále, v odkloněném směru od původní dráhy, s nižší.
c) Tvorba párů elektron - pozitron
Třetím možným procesem interakce je tvorba párů elektron-pozitron,
která je spojena se zánikem fotonu. Energie fotonu se spotřebovává jednak na klidovou energii obou vzniklých částic, jednak na jejich kinetickou energii. Ke tvorbě párů může dojít až po překročení prahové energie 1,02 MeV
d) Průchod svazku fotonů látkou
Při průchodu svazku fotonů látkou se uplatňují všechny tři popsané procesy, ovšem v závislosti na energii fotonů vždy některý z nich převládá.
Interakce neutronů s látkou
Neutron jako neutrální částice neionizuje a neexcituje atomy prostředí, kterými prochází. K energetickým ztrátám však dochází v několika procesech interakce s atomovými jádry prostředí.
a) Pružný rozptyl
Pružný rozptyl je nejpravděpodobnějším typem interakce rychlých neutronů s látkou. Lze jej popsat na základě klasické mechaniky jako pružnou srážku dvou částic. Při každé srážce s daným rozptylujícím jádrem ztrácí neutron vždy stejný procentní podíl energie
b) Nepružný rozptyl
Zejména při vyšších energiích neutronů, dochází k nepružnému rozptylu neutronů, který je
možné popsat jako jejich dočasný záchyt a znovuemisi jádrem. Význam nepružného rozptylu spočítá v tom, že neutron je při nepružném rozptylu silně bržděn, protože ztrácí jednak energii odevzdanou jádru nárazem při srážce, jednak energii ekvivalentní emitovanému záření gama.
c) Radiační záchyt
Při radiačním zachycení neutronu jádro atomu pohltí pomalý neutron. Tím se vytvoří spojené jádro, které je v excitovaném stavu. Takto složené jádro emituje svou přebytečnou energii ve formě jednoho nebo několika fotonů, čímž přejde nakonec opět do nezářícího stavu. Vyzářené fotony nazýváme zářením gama z radiačního zachycení neutronu
Vlastnosti ionizujícího záření, radioaktivita, přirozené a umělé radioaktivní prvky
Ionizující záření je druh energie, která vystupuje z některých, v přírodě se vyskytujících radioaktivních prvků, přirozenou cestou a tvoří tzv. přírodní pozadí. Ve 20. století byly postupně vytvářeny postupy pro výrobu umělých radionuklidů a byla vytvořena zařízení, kde ionizující záření vzniká přeměnou energie elektrické (rentgeny).
Zdroje záření s trvalou emisí záření (zářiče)
Koncem 19. století objevil A.H. Becquerel, že jádra některých prvků se samovolně
přeměňují a přitom vysílají záření. Tento jev nazvali manželé P. a M.
Curiovi radioaktivitou. Přirozené radioaktivní prvky se přeměňují ve třech řadách. Nejznámější z nich je řada urano-radiová, jejímž výchozím prvkem je uran, přeměňující se postupně v prvky, z nichž nejvýznamnější jsou radium, potom obávaný plyn radon a polonium. Všechny řady končí již stálým izotopem olova. Později vznikla čtvrtá, umělá radioaktivní řada neptuniová.
Umělé radioizotopy, vysílají kromě záření alfa, beta a gama o různých energiích také pozitrony a dále mohou být zdrojem neutronového a protonového záření. Umělé radioizotopy se vyrábí v zásadě třemi způsoby:
a) ostřelováním prvků v cyklotronu – velmi nákladný způsob
b) ozařováním prvků v reaktoru – výroba pro průmyslové účely
c) extrakcí ze štěpných produktů reaktoru – relativně levné radioizotopy
Základní vlastností každého radioizotopu, důležitou z hlediska jeho využití v
radiační defektoskopii, je energie emitovaného záření E a poločas rozpadu
radionuklidu T1/2.
Aktivita A
Míra vydatnosti (emise) zářiče, udávající střední počet těch atomů radionuklidu
v zářiči, u nichž během jedné sekundy nastane samovolná radioaktivní přeměna
Pro jednotku aktivity byl přijat název becquerel s označením Bq [s-1].
Aktivita zářiče se vlivem rozpadu radioaktivních atomů v zářiči s časem snižuje.
Expozice X
Vyjadřuje ionizační účinky fotonů ve vzduchu. Je definována jako podíl absolutní
hodnoty celkového elektrického náboje dQ iontů jednoho znaménka,
vzniklých ve vzduchu při úplném zabrzdění všech elektronů a pozitronů, které
byly uvolněny fotony ve vzduchu o hmotnosti dm, a této hmotnosti
Dávka D
Je veličinou, která charakterizuje absorpci energie v daném elementárním objemu.
Je definována jako podíl střední sdělené energie dE, předané ionizujícím
zářením látce a hmotnosti dm této látky
Přístroje na měření ionizujícího záření, úzké a široké svazky záření, rovnice zeslabení záření při průchodu materiálem
Měřící metody mohou být založeny pouze na využití různých způsobů interakce
ionizujícího záření s látkou. Přítomnost ionizujícího záření se zjišťuje detektory, které lze v principu rozdělit do dvou základních skupin. Do první se řadí kontinuální detektory, podávající průběžně informace o okamžité hodnotě detekovaného(G-M počítače, scintilační
detektory a polovodičové detektory). Do druhé skupiny pak patří integrální
dozimetry, které poskytují údaj za celou dobu ozařování (dávku) ale neumožňují
zjistit, zda a jak se záření v dané době měnilo(dozimetry filmové a termoluminiscenční).
Geiger-Műllerovy počítače
Geiger-Műllerovy (G–M) počítače pracují v Geigerově oblasti (400 - 1400 V), která je charakterizována tím, že všechny impulsy v G-M počítači vzniklé jsou
stejně velké, nezávislé na energii dopadající částice, která je vyvolala. Vlastní G-M počítač tvoří skleněná trubice, ve které je kovová válcová katoda a anoda, zhotovená z wolframového nebo platinového drátu, která prochází osou trubice.
Scintilační detektory
Scintilační detektory jsou založeny na vlastnostech látek, které dopadající ionizující záření přeměňují na dlouhovlnné fotony viditelného světla, umožňujíci registraci fotonásobičem.
Jako scintilátor se nejčastěji používá krystal jodidu sodného aktivovaný thalliem
NaI (Tl).
Filmové dozimetry
Působením ionizujícího záření vzniká ve fotografické emulzi latentní (skrytý)
obraz, který se může po vyvolání a ustálení pozorovat a měřit.
2.5.6 Termoluminiscenční dozimetry
Termoluminiscenční dozimetry využívají vlastností některých krystalů, schopných ukládat určitou část z absorbované energie ionizujícího záření do jejich krystalové mříže, z níž je při zahřátí krystalu vyzářena jako luminiscenční světlo.
Principy měření objemové hmotnosti a vlhkosti
Radiometrické zjišťování objemové hmotnosti
Radiometrie objemové hmotnosti je založena na principu průchodu a zeslabení záření gama a na principu rozptylu záření gama v měřeném materiálu. Výsledkem měření je četnost impulsů za časovou jednotku, kterou je třeba pomocí kalibrační křivky převést na objemovou hmotnost.
Metoda průchodu a zeslabení záření gama
Zdroj záření a detektor je umístěn na protilehlých stranách prověřované konstrukce nebo vzorku. Výsledkem měření je průměrná objemová hmotnost materiálu mezi zdrojem záření
a detektorem. Touto metodou se dosahuje velmi přesných výsledků měření.
Metoda rozptylu záření gama
Mezi zdrojem záření a detektorem je stínící vrstva z těžkého materiálu, která brání přímému průchodu záření ze zářiče do detektoru. Detektor zaznamenává pouze záření, které bylo v materiálu rozptýleno převážně Comptonovým efektem
Radiometrické zjišťování objemové vlhkosti (w)
Je založeno na principu moderace rychlých neutronů – převážně atomy vodíku. Emitované neutrony, které mají energii řádově v MeV, jsou zpomalovány pružnými srážkami s jádry atomů. Ztráta energie je závislá na hmotnosti jader a je největší u jader o rozměrech blízkých rozměrům neutronu, což jsou vodíková jádra – protony. Ve vlhkém prostředí jsou rychlé
neutrony postupně zpomalovány pružnými srážkami s vodíkovými jádry až se dostanou do tepelné rovnováhy s ostatními jádry prostředí a jsouou registrovány detektory pomalých neutronů.
Zdroje s dočasnou a trvalou emisí záření, použití uzavřených zářičů pro měření objemové hmotnosti a vlhkosti
Zářiče
Rentgeny
Kalibrační křivky radiometrických souprav
Kalibrace radiometrických souprav
Přesnost vyhodnocování radiometrického měření je ve velké míře závislá na sestavení kalibrační křivky. Kalibrační křivka vyjadřuje graficky závislost mezi četností impulsů udávanou detekční jednotkou a objemovou hmotností nebo vlhkostí materiálu . Obecně platí, že při rostoucí objemové hmotnosti materiálu klesá četnost impulsů (zmenšuje se počet zaznamenaných fotonů záření gama) a při rostoucí objemové vlhkosti roste i četnost impulsů (zvětšuje se počet zaznamenaných pomalých neutronů. Materiály používané pro kalibraci musí mít objemovou hmotnost, popř. objemovou vlhkost rovnoměrnou v celém objemu. K vytvoření kalibračního vztahu je třeba měření na nejméně sedmi vzorcích nezávislých, rozdílných, ale o známých objemových hmotnostech, popř.objemových vlhkostech. Jednotlivé body kalibrační křivky lze získat v nádobách se zeminami, betonovou směsí nebo jiným sypkým materiálem, který se v průběhu kalibrace zhutňuje. Jiný způsob kalibrace pro objemovou hmotnost je zhotovení bloků buď z přirozeného homogenního materiálu o známé objemové hmotnosti a vlhkosti ( žula, vápenec, pískovec). Používání bloků je výhodné, protože jsou trvalé.
Schémata a principy činnosti měřících jednotek na měření objemové hmotnosti a vlhkosti (povrchové, vpichovací, lytimetrické, hloubkové).
Metoda průchodu a zeslabení záření gama
a) Radiometr. souprava pro měření v úzkém svazku
U těchto radiometrických souprav je proměřována objemová hmotnost resp. plošná hmotnost materiálu úzkým svazkem záření. Kolimace svazku je docíleno stínícími clonami z těžkého materiálu. Pro zeslabení záření platí exponenciální rovnice pro úzký svazek, která je při měření plošné hmotnosti modifikována tím, že místo lineárního součinitele zeslabení μ, je použito hmotnostního součinitele zeslabení μm.
b) Radiometrická souprava lyzimetrická
U radiometrických souprav lyzimetrických je zdroj záření gama a detektor umístěn odděleně a do zkoušeného materiálu se vpichují nebo se zasouvají do dvou paralelních vrtů. Konstrukce detekční jednotky musí být volena tak, aby geometrie zářič – detektor byla neměnná. Pro zeslabení záření při průchodu materiálem platí modifikovaná rovnice pro široký svazek záření.
c) Radiometrická souprava vpichovací
U radiometrických souprav vpichovacích je zářič v pažnici vpichován do materiálu
nebo zasouván do vývrtu v materiálu a detektor zůstává na povrchu.
Metoda rozptylu záření gama
a) Radiometrická souprava (ρ) hloubková
Radiometrická souprava hloubková je uzpůsobena k měření uvnitř materiálu v kulové geometrii 4π. Vlastní detekční jednotka se skládá ze zdroje záření gama a detektoru, mezi kterými je umístěno stínící tělísko (nejčastěji je zhotovené z olova).
b) Radiometrická souprava (ρ) povrchová
Radiometrická souprava povrchová se používá při měření v polokulové geometrii 2π u materiálů, u kterých nelze nebo je nežádoucí porušit jejich povrch. Polokulová geometrie je způsobena krytem, který v pracovní poloze umožňuje vyzařovat fotony
záření gama do poloprostoru zkoušeného materiálu a zároveň odstiňuje detektor od přímých fotonů.
Radiometrické zjišťování objemové vlhkosti (w)
a) Radiometrická souprava (w) hloubková
Je uzpůsobena k měření uvnitř materiálu v kulové geometrii 4π. Detekční jednotka se skládá ze zdroje rychlých neutronů, za kterým následuje detektor pomalých neutronů.
b) Radiometrická souprava (w) povrchová
Radiometrické soupravy povrchové se používají při měření objemové vlhkosti v polokulové geometrii 2 π bez porušení materiálu.
Tenzometrické metody měření
Deformace těles (celková, pružná, plastická)
Předmětem zájmu následujících oddílů jsou především změny, které v konstrukcích vyvozují změnu hladiny statického napětí. Účinkem různých druhů napětí dochází totiž vždy ke změně tvaru, tedy k deformaci (přetvoření tělesa), která je měřitelné.
Deformace těles jsou zásadně dělena na:
deformace pružné (elastické) – po odstranění napětí deformace vymizí (těleso se vrací do původního stavu (tvaru),
deformace nepružné (plastické) – po odstranění napětí deformace zůstává ve formě trvalých (stálých) přetvoření.
Deformace
Pružná deformace je složena ze dvou částí – z okamžitého pružného přetvoření, které nastává okamžitě s přírůstkem (změnou) hladiny napětí a z dopružování, které nastává opožděně a se zrušením napětí postupně vymizí. Dopružování je pružnou částí deformace, které se také říká dotvarování.
Nepružná část dotvarování je zvláštní deformací, která roste při konstantní hladině napětí neustále s časem. Zde je nutno podotknout, že se obvykle pod pojmem dotvarování myslí jen tato nepružná část. Nepružná deformace se projevuje prakticky ihned po zvýšení hladiny napětí a po odlehčení ani s časem nevymizí. Po snížení hladiny napětí na původní hladinu
zůstává v celé své hodnotě.
Pracovní a deformační diagramy
Základní konstrukční principy přístrojů pro měření poměrných deformací ve zvoleném místě
K měření relativních deformací (poměrných přetvoření) ve zvoleném místě (bodě) konstrukce či prvku se používá řada přístrojů a snímačů, které se obvykle nazývají tenzometry či deformetry. Při těchto měřeních jde vždy o určení relativního pohybu rozměru vymezené
části objektu, tedy o detekci změn měrné délky l0 o přírůstek či úbytek Δl, vyvolaný změnou zatížení či účinku prostředí. Měrná délka tenzometrů se volí s ohledem na jejich konstrukci a konkrétní situaci vyšetřovaného objektu. Při měření na homogenních materiálech (kovy apod.) se nejčastěji používá délka 3-10 mm, na nehomogenních materiálech (beton, dřevo apod.) je nutné používat délek větších, obvykle 50-200 mm. Výsledkem měření je velikost relativní deformace ε = Δl/lo, která se obvykle udává v μm/m, bezrozměrně či v procentech a promilech. V praxi se nejvíce rozšířily tenzometry mechanické, strunové a elektrické – především odporové. Správnost měření relativních deformací závisí na kontaktu tenzometru s měřeným objektem, na kompenzaci či korekci chyb způsobených parazitními vlivy na údaj tenzometru (především teplota) a nezbytné kalibraci a ověřování používané techniky.
Základní principy tenzometrických měření a vyhodnocení při experimentální analýze konstrukčních prvků
Tenzometry mechanické
Tenzometry mechanické
Mechanických tenzometrů byla vyvinuta celá řada. Jsou konstruovány buď pro přímé měření poměrné deformace indikátorovými hodinkami, nebo mají pro zvýšení citlivosti hlavně u menších odměrných délek pákové zvětšení pohybu. Z nejběžněji používaných se jedná o následující typy.
• Tyčkový tenzometr s trny osazenými přímo do konstrukce
• Příložný tenzometr normální
• Příložný můstkový tenzometr s plochými pružinami (HM)
Místo indikátorových hodinek lze u většiny konstrukcí mechanických tenzometrů použít elektrické snímače posunutí, např. odporové či indukčnostní.
Tenzometry strunové
Principem činnosti strunových tenzometrů je určování frekvence vlastních kmitů
ocelové struny předepjaté mezi dvěma pevnými body, jejichž vzdálenost
tvoří měrnou délku tenzometru.
Reálný strunový tenzometr má strunu krytou v trubce a koncové hlavy uzpůsobené
buď pro montáž na povrch objektů či pro instalaci do stavebních hmot.
Tenzometry odporové
Odporové tenzometry kontaktní
Odporová tenzometrie je všeobecně rozšířená metoda určování deformací a napětí ve vybraných (kritických, rozhodujících) místech částí a celků konstrukcí. Úspěšně a spolehlivě je aplikována především na konstrukcích z homogenních materiálů. Dává při relativně malých nákladech velmi dobré. Vlastním mechanicko-elektrickým převodníkem je snímač, měnící mechanickou deformaci na změnu svého elektrického odporu. Materiálem snímače může
být kovový drátek či pásek, napařená vrstva či polovodičové vlákno. Pro běžné použití jsou vyráběny především kovové tenzometry různého provedení.
Princip funkce odporových snímačů spočívá ve změně odporu snímače způsobené změnou délky.
Pro reálný tenzometr je dána hodnota udávána výrobcem jako výběrový parametr dané série a označujeme ji K (konstanta tenzometru, gage factor).
Konstrukce kovových odporových tenzometrů a jejich parametry
Podle provedení měřicí mřížky můžeme rozdělit tenzometry na drátkové a fóliové. Drátkové tenzometry mají mřížku tvořenou tenkým odporovým drátkem (0,01 – 0,03 mm), obvykle z konstantanu (60 % Cu, 40 % Ni), vykazující dobrou linearitu až do cca 6,5 % deformace. Mřížka je přitmelena k podložce z papíru.
Foliové tenzometry se zhotovují fotochemickým způsobem technologií obdobnou výrobě plošných spojů z konstantanu nebo chromniklové folie na podložce z plastické hmoty. Oproti drátkovým snímačům mohou být i více elektricky zatíženy.Odporové tenzometry se lepí na povrch konstrukce speciálními lepidly. Povrch musí být předem dokonale připraven – u běžných povrchů odstraněny všechny nátěry, koroze i chemické vrstvy, dobře odmaštěno a odpovídajícím způsobem vyhlazeno.
Elektroakustické metody
Rozdělení elektroakustických metod, princip ultrazvukové a rezonanční metody, metody akustické emise
Mezi elektroakustické metody používané ve světě i u nás patří (v uzavřených
závorkách znamená I — impulzový zdroj ; S — buzení spojitého, ustáleného
kmitání):
• (I) kladívková metoda pružného impulzu – úderem kladívka na povrch zkoušeného prvku
• (I) metoda tlumeného rázu – spočívá v zatížení povrchu podloží nebo vozovky tlumeným rázem
• (I) ultrazvuková impulzová metoda – princip spočívá v opakovaném vysílání mechanických tlumených vln – impulzů - do zkoušeného materiálu, vyvozených v magnetostrikčním nebo piezoelektrickém budiči o ultrazvukové frekvenci. Ultrazvukový kmitočet je dán neměnnou, tzv. jmenovitou hodnotou podle konstrukce budiče. Běžně užívané budiče ve stavebnictví mají frekvence od 20 kHz do 150 kHz. Vzniklé vlnění - dilatační napěťové vlny -, které prošlo materiálem měřeného prvku po dráze L je sejmuto piezoelektrickým snímačem a časoměrným zařízením je změřena doba průchodu t. Vyhodnocenou veličinou je rychlost šíření UZ impulzu v = L/t
• (I) aktivní metoda akustické emise (AE) – je založena na tom, že v prostředí zatěžovaného prvku vznikají mikroporuchy (lomy krystalů, odlomy vnitřních vrstev, apod.), které vyvolá