射线及其检测原理

1898年11月8日，伦琴发现了X射线，从此无损检测技术开始发生了质的变革。它使固体内部的缺陷得以直观地显现出来。X射线是一束光子流。在真空中，它以光速直线传播，本身不带电，故不受电磁场的影响。具有波粒二象性。从物理学中，我们知道，凡具有加速度的带电粒子都会产生电磁辐射。因此当电子在高压电场的作用下，高速运动时，突然撞击到靶面，（会产生很大的负加速度）从而形成了所谓的韧致辐射。简单地说，它是由高速运动的电子撞击靶面而产生的。另一方面，当电子的动能足够大时，将会把靶面原子的内层电子轰击出来，在原位置形成孔穴，而此刻，外层的电子（位于高能级）产生跃迁以填补该孔穴。同时，它将多余的能量以X射线的形式放出，形成所谓的标识X射线。标识射线的波长是不连续的。它取决于靶面的材料。它通常用于对材料的化学成分进行定性分析。在无损检测探伤中，一般用前者。 X射线具有很强的穿透能力。在媒体的界面，它的折射率很小，几乎为1。从而使我们可以按几何方式来计算成像的比例。由韧致辐射产生的X射线，具有连续谱线。它的波长取决于电场的电压和场内的电子流。其强度表示为： I= 其中，K----系数；i------管电流； U-----管电压；Z-----靶的原子序数。 穿透物体后，射线的强度为：I1=Io X exp(-ud)，射线入射强度减弱一半的吸收物质厚度称为半价层。　 宽容度（L）指胶片有效密度范围对应的曝光范围。在胶片特性曲线上，就用接近在线部分的起点和终点在横坐标上相对应的曝光量对数表示，显然梯度大的胶片其宽容度必然小。　 线型象质计应放在射线源一侧的工件表面上被检焊缝区一端（被检区长度的l／4部位）。金属丝应横跨焊缝并与焊缝方向垂直，钢丝置于外侧。当射线源一侧无法放置象质计时，也可放在胶片一侧的工件表面上，但象质指数应提高一级，或通过对比试验，使实际象质指数达到规定的要求。象质计放在胶片一侧工件表面上时，应附加“F”标记以示区别。中心透照环焊缝时，每隔如”放置一个象质计。多个管子接头在一张底片上同时显示时，至少应放一个象质计，且置于最边缘的那根管子上。 象质计的线径d与线号《象质指数》之间的关系： d＝ de，z＝ 6－10lgd 金属丝象质计的相对灵敏度： S = A X 10O％，如一底片上可识别的最小线径，照厚度。射线照相对比度公式：射线照相对比度（底片对比度）D是主因对比度tri和胶片对比度r共同作用工件表面距离，Q－I件表面至胶片距离。为保证射线照相的清晰度，标准对透照距离的最J前防限制：象质等级透照距离（焦点至工件表面距离）入K值 为了评价X射线在胶片上的成像质量，人们通常用像质计作为检测标准。线型像质计的摆放，应在射线源一边。灵敏度的计算为：m=di/DpX100% 　 射线照相影响质量的基本因素有：①黑度， 黑度与照相灵敏度 S三大要素（照相对比度面D，不清晰度U和颗粒度Gr）的关系。照相对比度 照相不清晰度Un，m，u 照相颗粒度r胶片种类，V，显影 胶片固有不清晰度产生的主要原因：由于照射到胶片上的射线在乳剂层科发出的电子的散射而产生的。固有不清晰主发取决于射线的能过，其次取决于胶片路和显影条件。射线底片上细节影象的可识别性与图象的大小、胶片的粘度、底片黑皮、观条件及观片者等因素有关。底片黑度增大时，4hat增大，胶片的粒度越小， 散射线是射线与物质作用产生。物质的厚度越大，射线的照射面积越大，试件内部产生散射线越大，n值越大，底片对比度D便减小。凡是被射线照射到的物体，例如试件、暗袋、桌面、墙壁、地面，甚至空气都成为散射源。其中最大的散射源往往是试件本身。要想完全排除散射线的影响是不可能的，只能在实际透照过程中根据具体情况加以限制，一般可采取下列措施： ①限制辐射场：将辐射场缩小到所进行的射线透照工作所必需的程度，可以有效地限散射线的控制措施：选择合适的射线能量，使用铝箔增感屏，其次还有：①背防护板；②错罩和光栅；③厚度）悄物；④滤板；⑤遮蔽物；③修磨试件。一次透照范围内试件的最大厚度与最小厚度之比民＞ 1.4，属于大厚度比工件，即变截面工件，对射线照相质量的不利影响主要表现在两个方面：①因厚度差较大导致底片黑度差较大，而底片黑度过低或过高都会影响用相灵敏度；②厚度变化导致散射I增大，产生边蚀效应。为此，可采用特殊技术措施；适当提高管电压技术，双胶片技术补偿技术。适当提高管电压技术是透照变截工件最常采用的，也是最简便的方法。可获得更；m－n 　 在X射线照相中，在能穿透工件的前提下，尽可能选择较低管电压，从而得到较大的衰减系数和较小的散射比，即14rtl值尽可能大，以便提高射线照相灵敏度。 ①一般说来，射线源都有一定的几何尺寸，当缺陷尺寸比焦点尺寸d大得多时，焦点对透照底片对比度D的影响可忽略不计。 ②当缺陷尺寸f（小于焦点尺寸）时，就会出现由焦点尺寸f引起的透照几何条件的影响，此时底片对对比度必须进行修正。 ③当金属丝（缺陷）直径d减少时，会使d’用变大，（d＞1），形状修正系数。急剧减小。因此，要考虑修正系数。对凸D的影响。。当d’大时，金属丝的“几何因素修正系数。”随几何间距与金属丝直径比值d’用的急剧增大而减小。对细小缺陷（或细金属丝）来说，由于的较小，D也较少，所以在底片上较难识辩其影象。 　 问题： A：正在工作的一台X射线机窗口的辐射场内的射线剂量率为40R／min·M，无遮挡，不计空气吸收和散射线的情况下，距焦点 20米处的射线照射剂量率为多少 R／min？以19ImR为射线工作人员一天的安全剂量限度，距焦点20米处，一分钟内的射线剂量是安全剂量的多少倍？在该处停留的时间为多少秒下，才能保证不超过射线工作人员一天的安全剂量？（两位有效数字）。 解： ①P1＝40R／min，R1=1M，R2＝20M，由距离平方反比公式：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：对某射线源铅的半价层为lmm，若采用铅做防护层，已知该防护层两侧射线剂量率分别为3.62R/h及10mR/h，求此防护层的厚度？ 解：D=0.693/u （D半价层）得：u = 0.693mm-1 I = I0 X e-ud d = Ln（3620/10）/ 0.693 = 8.5mm C：有一混凝土防护墙的探伤室，装一台Ir192 r射线机，经测试，操作室内最大剂量率为0.066Rem/h，要使剂量率降至2.1mRem/h，求还需加衬多少mm厚的铅板（u=1.386cm-1）？ 解： P = P0 X e-ud 得：d = Ln（P0/P）/ u = Ln（66/2.1）/ 0.1386 = 25mm 　 X射线数字成像概述： 实时成像系统及工业CT 数字射线照相系统是在普通的工业电视系统上，增加了计算机图象处理的结果。通常它由如下部分组成：(见下图）　 X射线机头及高压发生器; 高压控制柜 图象增强器---模拟或数字式 工作平台; 信号采集卡; 计算机; 图象处理软件 闭路监视系统; 环境监视器系统; 报警式自动门等组成. 像采集基本知识: 视频采集, 即将视频转换成PC机可使用的数字格式。专业图象采集卡是将视频信号经过AD转换后，经过PCI总线实时传到内存和显存。在采集过程中，由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式，图象传送速度高达33MB/S，可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送，并且几乎不占用CPU时间，留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。图象速率及采集的计算公式帧图像大小(Image Size)∶W×H(长×宽)---您必须首先了解∶需要采集多大的图象尺寸? 颜色深度∶d(比特数)---希望采集到的图象颜色(8Bit灰度图象?还是16/24/32Bit真彩色?) 帧 速∶f---标准PAL制当然就是25帧，非标准就没准了！500-1000帧都有可能数 据 量∶Q(MB)---图象信号的数据量采 样 率∶A(MB)---采集卡的采样率，通过其产品手册可知计算公式∶ Q=W×H×f×d/8 判断标准∶如果A>Q×1.2，则该采集卡能够胜任采集工作。 视频源∶ 使用各种图象采集卡，首先需要您提供采集或压缩用的视频源。视频源可以是∶ VCD影碟机、已有的录像带、摄录机、LD视盘、CCD摄像头、监视器的视频输出等等。 ● 一台摄录机和使用摄录机录制的录像带. ● 一台盒式录像机或磁带录像机和已录制的录像带. ● LD光盘播放机LD光盘或VideoCD播放机和VCD ● 摄录机或CCD摄像机 ● 在工业影像中，视频源常常是CT、X光机、超声、内窥镜、甚至MRI核磁共振等等。 ● 各种工业、军事上的高速非标准视频信号，如每秒200帧、500帧、甚至上千帧… (如用DALSA、PULNIX等高档数字像机作为视频源) 其它∶ ●标准图像源设备必须使用NTSC或PAL格式，有复合视频或S-Video，甚至RGB输出接口； ●非标准信号需要得到其行频、场频等信息，可用示波器或微视测试卡。 ●如需声音采集则还需要