射線(xiàn)及其檢測原理

2006/12/21 9:53:00

      1898年11月8日，倫琴發(fā)現了X射線(xiàn)，從此無(wú)損檢測技術(shù)開(kāi)始發(fā)生了質(zhì)的變革。它使固體內部的缺陷得以直觀(guān)地顯現出來(lái)。X射線(xiàn)是一束光子流。在真空中，它以光速直線(xiàn)傳播，本身不帶電，故不受電磁場(chǎng)的影響。具有波粒二象性。從物理學(xué)中，我們知道，凡具有加速度的帶電粒子都會(huì )產(chǎn)生電磁輻射。因此當電子在高壓電場(chǎng)的作用下，高速運動(dòng)時(shí)，突然撞擊到靶面，（會(huì )產(chǎn)生很大的負加速度）從而形成了所謂的韌致輻射。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是由高速運動(dòng)的電子撞擊靶面而產(chǎn)生的。另一方面，當電子的動(dòng)能足夠大時(shí)，將會(huì )把靶面原子的內層電子轟擊出來(lái)，在原位置形成孔穴，而此刻，外層的電子（位于高能級）產(chǎn)生躍遷以填補該孔穴。同時(shí)，它將多余的能量以X射線(xiàn)的形式放出，形成所謂的標識X射線(xiàn)。標識射線(xiàn)的波長(cháng)是不連續的。它取決于靶面的材料。它通常用于對材料的化學(xué)成分進(jìn)行定性分析。在無(wú)損檢測探傷中，一般用前者。
X射線(xiàn)具有很強的穿透能力。在媒體的界面，它的折射率很小，幾乎為1。從而使我們可以按幾何方式來(lái)計算成像的比例。
由韌致輻射產(chǎn)生的X射線(xiàn)，具有連續譜線(xiàn)。它的波長(cháng)取決于電場(chǎng)的電壓和場(chǎng)內的電子流。其強度表示為：
I=
其中，K----系數；i------管電流； U-----管電壓；Z-----靶的原子序數。

穿透物體后，射線(xiàn)的強度為：I1=Io X exp(-ud)，射線(xiàn)入射強度減弱一半的吸收物質(zhì)厚度稱(chēng)為半價(jià)層�！�

寬容度（L）指膠片有效密度范圍對應的曝光范圍。在膠片特性曲線(xiàn)上，就用接近
在線(xiàn)部分的起點(diǎn)和終點(diǎn)在橫坐標上相對應的曝光量對數表示，顯然梯度大的膠片其寬容度必然小�！�

線(xiàn)型象質(zhì)計應放在射線(xiàn)源一側的工件表面上被檢焊縫區一端（被檢區長(cháng)度的l／4部位）。金屬絲應橫跨焊縫并與焊縫方向垂直，鋼絲置于外側。當射線(xiàn)源一側無(wú)法放置象質(zhì)計時(shí)，也可放在膠片一側的工件表面上，但象質(zhì)指數應提高一級，或通過(guò)對比試驗，使實(shí)際象質(zhì)指數達到規定的要求。象質(zhì)計放在膠片一側工件表面上時(shí)，應附加“F”標記以示區別。中心透照環(huán)焊縫時(shí)，每隔如”放置一個(gè)象質(zhì)計。多個(gè)管子接頭在一張底片上同時(shí)顯示時(shí)，至少應放一個(gè)象質(zhì)計，且置于最邊緣的那根管子上。

象質(zhì)計的線(xiàn)徑d與線(xiàn)號《象質(zhì)指數》之間的關(guān)系：
d＝ de，z＝ 6－10lgd
金屬絲象質(zhì)計的相對靈敏度： S = A X 10O％，如一底片上可識別的最小線(xiàn)徑，照厚度。
射線(xiàn)照相對比度公式：
射線(xiàn)照相對比度（底片對比度）D是主因對比度tri和膠片對比度r共同作用
工件表面距離，Q－I件表面至膠片距離。
為保證射線(xiàn)照相的清晰度，標準對透照距離的最J前防限制：
象質(zhì)等級透照距離（焦點(diǎn)至工件表面距離）入K值

為了評價(jià)X射線(xiàn)在膠片上的成像質(zhì)量，人們通常用像質(zhì)計作為檢測標準。線(xiàn)型像質(zhì)計的擺放，應在射線(xiàn)源一邊。靈敏度的計算為：m=di/DpX100%

射線(xiàn)照相影響質(zhì)量的基本因素有：①黑度，

黑度與照相靈敏度 S三大要素（照相對比度面D，不清晰度U和顆粒度Gr）的關(guān)系。
照相對比度 照相不清晰度Un，m，u 照相顆粒度r膠片種類(lèi)，V，顯影

膠片固有不清晰度產(chǎn)生的主要原因：由于照射到膠片上的射線(xiàn)在乳劑層科
發(fā)出的電子的散射而產(chǎn)生的。固有不清晰主發(fā)取決于射線(xiàn)的能過(guò)，其次取決于膠片路和顯影條件。
射線(xiàn)底片上細節影象的可識別性與圖象的大小、膠片的粘度、底片黑皮、觀(guān)
條件及觀(guān)片者等因素有關(guān)。底片黑度增大時(shí)，4hat增大，膠片的粒度越小，

散射線(xiàn)是射線(xiàn)與物質(zhì)作用產(chǎn)生。物質(zhì)的厚度越大，射線(xiàn)的照射面積越大，試件內部產(chǎn)生散射線(xiàn)越大，n值越大，底片對比度D便減小。凡是被射線(xiàn)照射到的物體，例如試件、暗袋、桌面、墻壁、地面，甚至空氣都成為散射源。其中最大的散射源往往是試件本身。要想完全排除散射線(xiàn)的影響是不可能的，只能在實(shí)際透照過(guò)程中根據具體情況加以限制，一般可采取下列措施：
①限制輻射場(chǎng)：將輻射場(chǎng)縮小到所進(jìn)行的射線(xiàn)透照工作所必需的程度，可以有效地限散射線(xiàn)的控制措施：選擇合適的射線(xiàn)能量，使用鋁箔增感屏，其次還有：①背防護板；②錯罩和光柵；③厚度）悄物；④濾板；⑤遮蔽物；③修磨試件。
一次透照范圍內試件的最大厚度與最小厚度之比民＞ 1.4，屬于大厚度比工件，即變截面工件，對射線(xiàn)照相質(zhì)量的不利影響主要表現在兩個(gè)方面：①因厚度差較大導致底片黑度差較大，而底片黑度過(guò)低或過(guò)高都會(huì )影響用相靈敏度；②厚度變化導致散射I增大，產(chǎn)生邊蝕效應。為此，可采用特殊技術(shù)措施；適當提高管電壓技術(shù)，雙膠片技術(shù)補償技術(shù)。適當提高管電壓技術(shù)是透照變截工件最常采用的，也是最簡(jiǎn)便的方法�？色@得更；m－n

在X射線(xiàn)照相中，在能穿透工件的前提下，盡可能選擇較低管電壓，從而得到較大的衰減系數和較小的散射比，即14rtl值盡可能大，以便提高射線(xiàn)照相靈敏度。

①一般說(shuō)來(lái)，射線(xiàn)源都有一定的幾何尺寸，當缺陷尺寸比焦點(diǎn)尺寸d大得多時(shí)，焦點(diǎn)對透照底片對比度D的影響可忽略不計。
②當缺陷尺寸f（小于焦點(diǎn)尺寸）時(shí)，就會(huì )出現由焦點(diǎn)尺寸f引起的透照幾何條件的影響，此時(shí)底片對對比度必須進(jìn)行修正。
③當金屬絲（缺陷）直徑d減少時(shí)，會(huì )使d’用變大，（d＞1），形狀修正系數。急劇減小。因此，要考慮修正系數。對凸D的影響。。當d’大時(shí)，金屬絲的“幾何因素修正系數�！彪S幾何間距與金屬絲直徑比值d’用的急劇增大而減小。對細小缺陷（或細金屬絲）來(lái)說(shuō)，由于的較小，D也較少，所以在底片上較難識辯其影象。

問(wèn)題：

A：正在工作的一臺X射線(xiàn)機窗口的輻射場(chǎng)內的射線(xiàn)劑量率為40R／min·M，無(wú)遮擋，不計空氣吸收和散射線(xiàn)的情況下，距焦點(diǎn) 20米處的射線(xiàn)照射劑量率為多少 R／min？以19ImR為射線(xiàn)工作人員一天的安全劑量限度，距焦點(diǎn)20米處，一分鐘內的射線(xiàn)劑量是安全劑量的多少倍？在該處停留的時(shí)間為多少秒下，才能保證不超過(guò)射線(xiàn)工作人員一天的安全劑量？（兩位有效數字）。

解：
①P1＝40R／min，R1=1M，R2＝20M，由距離平方反比公式：P1：P2 = （R2：R1）2

得：P2=0.1（R/min）

2：100/19 = 5.3

3：t = 19/100/60 = 11.4秒

B：對某射線(xiàn)源鉛的半價(jià)層為lmm，若采用鉛做防護層，已知該防護層兩側射線(xiàn)劑量率分別為3.62R/h及10mR/h，求此防護層的厚度？

解：D=0.693/u （D半價(jià)層）得：u = 0.693mm-1

I = I0 X e-ud d = Ln（3620/10）/ 0.693 = 8.5mm
C：有一混凝土防護墻的探傷室，裝一臺Ir192 r射線(xiàn)機，經(jīng)測試，操作室內最大劑量率為0.066Rem/h，要使劑量率降至2.1mRem/h，求還需加襯多少mm厚的鉛板（u=1.386cm-1）？

解： P = P0 X e-ud 得：d = Ln（P0/P）/ u = Ln（66/2.1）/ 0.1386 = 25mm

　
X射線(xiàn)數字成像概述：

實(shí)時(shí)成像系統及工業(yè)CT

數字射線(xiàn)照相系統是在普通的工業(yè)電視系統上，增加了計算機圖象處理的結果。
通常它由如下部分組成：(見(jiàn)下圖）　
X射線(xiàn)機頭及高壓發(fā)生器; 高壓控制柜
圖象增強器---模擬或數字式
工作平臺; 信號采集卡; 計算機; 圖象處理軟件
閉路監視系統; 環(huán)境監視器系統; 報警式自動(dòng)門(mén)等組成.

像采集基本知識:
視頻采集, 即將視頻轉換成PC機可使用的數字格式。
專(zhuān)業(yè)圖象采集卡是將視頻信號經(jīng)過(guò)AD轉換后，經(jīng)過(guò)PCI總線(xiàn)實(shí)時(shí)傳到內存和顯存。
在采集過(guò)程中，由于采集卡傳送數據采用PCI Master Burst方式，圖象傳送速度高達33MB/S，可實(shí)現攝像機圖像到計算機內存的
可靠實(shí)時(shí)傳送，并且幾乎不占用CPU時(shí)間，
留給CPU更多的時(shí)間去做圖像的運算與處理。
圖象速率及采集的計算公式
幀圖像大小(Image Size)∶W×H(長(cháng)×寬)---您必須首先了解∶需要采集多大的圖象尺寸?
顏色深度∶d(比特數)---希望采集到的圖象顏色(8Bit灰度圖象?還是16/24/32Bit真彩色?)
幀 速∶f---標準PAL制當然就是25幀，非標準就沒(méi)準了！500-1000幀都有可能
數 據 量∶Q(MB)---圖象信號的數據量
采 樣 率∶A(MB)---采集卡的采樣率，通過(guò)其產(chǎn)品手冊可知
計算公式∶ Q=W×H×f×d/8
判斷標準∶如果A>Q×1.2，則該采集卡能夠勝任采集工作。

視頻源∶
使用各種圖象采集卡，首先需要您提供采集或壓縮用的視頻源。視頻源可以是∶
VCD影碟機、已有的錄像帶、攝錄機、LD視盤(pán)、CCD攝像頭、監視器的視頻輸出等等。
● 一臺攝錄機和使用攝錄機錄制的錄像帶.
● 一臺盒式錄像機或磁帶錄像機和已錄制的錄像帶.
● LD光盤(pán)播放機LD光盤(pán)或VideoCD播放機和VCD
● 攝錄機或CCD攝像機
● 在工業(yè)影像中，視頻源常常是CT、X光機、超聲、內窺鏡、甚至MRI核磁共振等等。
● 各種工業(yè)、軍事上的高速非標準視頻信號，如每秒200幀、500幀、甚至上千幀…
(如用DALSA、PULNIX等高檔數字像機作為視頻源)

其它∶
●標準圖像源設備必須使用NTSC或PAL格式，有復合視頻或S-Video，甚至RGB輸出接口；
●非標準信號需要得到其行頻、場(chǎng)頻等信息，可用示波器或微視測試卡。
●如需聲音采集則還需要