射綫及其檢(jiǎn)測原理

2006/12/21 9:53:00

      1898年11月8日(rì)

，倫琴發現(xiàn)了X射綫，從此無損(sǔn)檢測技(jì)術開始發生了質(zhì)的變革。它使固體內部的缺陷得以(yǐ)直觀地顯現出來。X射綫是一束光子流。在(zài)真空中(zhōng)
，它(tā)以光速(sù)直綫(xiàn)傳播，本身不帶電，故不受電磁場的影響🐂。具有波粒二(èr)象性
。從物理學中
🕥，我們知道
，凡具有加速度(dù)的帶(dài)電(diàn)
粒子都會產生電磁輻射。因此當電子在高壓電場的作用下，高速運(yùn)
動時，突然(rán)撞擊到(dào)
靶麵，（會(huì)產生很大的負加(jiā)速度）從而形成(chéng)了所(suǒ)謂的韌致輻射。簡單地說，它是由高速(sù)
運(yùn)動的電子撞擊靶麵而產生的。另一方麵🃇，當電(diàn)子的動能足(zú)夠大時，將會把靶麵原子(zǐ)的內層電子轟擊出(chū)來(lái)，在原位置形成孔穴，而此刻🦦，外層的電子（位於高能級）產生躍遷以填補該孔穴。同時
，它將多餘的(dí)能量以X射(shè)綫的形式放出，形(xíng)成所謂的(dí)標識(shí)X射綫。標識射綫的(dí)波長是不連續的。它取(qǔ)決(jué)於靶麵的材料。它通常用於對材料的化學成分進行定性分析。在無損檢測(cè)探傷中，一般用(yòng)前(qián)者(zhě)。
X射綫(xiàn)具有(yǒu)很強的穿(chuān)透(tòu)能力。在媒體的界麵
，它的折射率(shuài)很小
，幾乎為1。從而使我(wǒ)們(mén)
可以按幾何方(fāng)式來(lái)計算成像的比例。
由韌致輻射產生(shēng)的X射綫(xiàn)，具有連續譜綫
。它的波長取(qǔ)決於(yú)電場的電壓和場內的電子流。其強度表示為(wéi)：
I=
其中，K----係數；i------管電(diàn)流； U-----管(guǎn)電壓；Z-----靶的原子序數。

穿透物體後，射(shè)綫(xiàn)的(dí)
強(qiáng)度為
：I1=Io X exp(-ud)，射綫入射強度減弱一半的吸收物質厚度稱為半價層。　

寬容度（L）指膠片有效密(mì)度範圍對應的(dí)曝光範(fàn)圍(wéi)。在膠片特性曲綫上，就用接近(jìn)
在綫部分的(dí)起點和終點(diǎn)
在橫坐標上相對應的曝(pù)光(guāng)
量對數表示
，顯然梯(tī)度大的(dí)膠片其寬容度必然(rán)
小(xiǎo)

。　

綫型象(xiàng)質計應放在射(shè)綫源一側(cè)的工件表麵上被檢焊縫區一端（被檢(jiǎn)區長度的l／4部位）
。金(jīn)屬絲應橫跨(kuà)焊縫並與焊縫方向垂(chuí)直(zhí)，鋼絲置(zhì)於外側。當射綫源一側無法放置象質計(jì)時，也(yě)可放在膠片(piàn)一(yī)側的工件表(biǎo)麵上，但象質指數應提(tí)高一級(jí)，或通過對比試驗，使實際象質指數達到規定的(dí)要求(qiú)。象質計放在膠片(piàn)一側工件表麵上(shàng)時(shí)，應附加“F”標記以(yǐ)示區別。中心透照環(huán)焊縫時
，每隔如”放置一個象質計。多個管子(zǐ)接(jiē)頭(tóu)在一張底片上同時(shí)顯示時，至少應放(fàng)一個象質計，且置於最邊緣的(dí)那根管子上。

象質(zhì)計的綫徑d與綫號《象質指數》之間的關係
：
d＝ de，z＝ 6－10lgd
金屬絲(sī)象質計的相對靈(líng)敏度： S = A X 10O％
，如一底片上可識別的(dí)最小綫徑🕨，照(zhào)厚度。
射綫照(zhào)相(xiāng)
對比(bǐ)度(dù)公式：
射綫照相對比度（底(dǐ)片對比(bǐ)度）D是主因對比度tri和膠(jiāo)片對(duì)比度r共同(tóng)作用
工件表麵距離，Q－I件表麵至膠(jiāo)片距離。
為保證射綫照相的清晰度，標(biāo)
準(zhǔn)對透照(zhào)距離(lí)的(dí)最J前防限(xiàn)製(zhì)：
象質等級透照距離（焦點至工件表麵(miàn)
距離(lí)）入K值

為了(liǎo)評價X射綫在(zài)膠片上的成像質量📶，人們通常用像質計作為(wéi)檢測標準。綫型像質(zhì)計的擺(bǎi)放(fàng)
，應在射綫源一邊。靈敏度的計算為🌢：m=di/DpX100%

　

射綫照相影響質量(liáng)的基本因素有：①黑度(dù)🧐，

黑度與照相靈敏度(dù) S三大要素（照(zhào)相對比度(dù)麵D，不清晰度(dù)U和顆(kē)粒度Gr）的關係。
照相對比度(dù) 照相不清晰度Un，m，u 照相顆粒度r膠片種類🎈，V，顯影

膠(jiāo)片固有不清晰度產生的主(zhǔ)
要原(yuán)因👞
：由於照(zhào)射到(dào)膠片上的(dí)射綫在乳劑層科
發出的電子的散射而產生(shēng)的。固(gù)有不(bù)
清晰主發取決於(yú)射綫(xiàn)的能過，其次取決於膠片路(lù)和顯影條件。
射綫底片(piàn)上細節影象的可識別(bié)
性與圖象的大小，膠(jiāo)片的(dí)粘度，底片黑(hēi)皮，觀
條件及觀片者等因(yīn)素(sù)有關。底片(piàn)黑度增大時(shí)

，4hat增大，膠片的(dí)粒(lì)度越(yuè)小，

散射綫是射綫與物質作用產生
。物質的(dí)厚(hòu)度(dù)越大🔇，射綫的照射麵積越(yuè)大，試件內部產生散(sàn)射綫越大，n值越大(dà)，底片(piàn)對比度D便減小🍫。凡是被射綫照射到的物(wù)
體(tǐ)，例如試件(jiàn)😚
，暗袋(dài)，桌(zhuō)麵，牆壁🏸
，地(dì)麵，甚至空氣都(dū)成為(wéi)散射源。其中最大(dà)的(dí)
散射源往往是試件本身。要想完全排除散射(shè)綫的影響是不可能的

，隻(zhī)能在(zài)實際透照過程中根據具(jù)體情況加以限製🤽，一(yī)般可采取下(xià)列措施：
①限製輻射場：將(jiāng)輻射場縮小到所進行的射綫透照工(gōng)作所必需的程度，可以有效地限(xiàn)
散射綫的控製(zhì)措施🖅
：選擇合(hé)適的射綫能量，使用(yòng)鋁箔增感屏，其次還有(yǒu)：①背防護板🚝；②錯罩和光柵；③厚度）悄物
；④濾(lǜ)板；⑤遮(zhē)蔽物
；③修磨試(shì)件。
一次透照範圍內試件的最大厚度與最小厚度之比民(mín)＞ 1.4
，屬(shǔ)於大(dà)厚度比工件🀅，即變(biàn)截(jié)麵工件，對(duì)射綫照相(xiāng)質量的不(bù)利(lì)影響主要表現在(zài)兩個方麵：①因厚度差較大導致底片黑度差較大(dà)，而底片黑度過低或過高都會(huì)影響用相靈敏度(dù)
；②厚(hòu)度變化導致散射(shè)I增大
，產生邊(biān)蝕效應。為此，可(kě)采用(yòng)特殊技術(shù)措施；適當提高管電壓(yā)技(jì)術，雙(shuāng)膠片技術補償(cháng)技術(shù)

。適當提高管電壓技(jì)術是透照變截工件最常采用的，也是最簡便的方法。可獲得更
；m－n

　

在X射(shè)綫照相中，在能穿透工件的前提(tí)下，盡可能選(xuǎn)擇較低管電壓，從而得到較大(dà)的衰減(jiǎn)係數和較小的散射比，即14rtl值盡(jìn)可能(néng)大，以便提高(gāo)射綫(xiàn)照相靈敏度🔯。

①一般說來(lái)，射(shè)
綫源都有一(yī)定的(dí)
幾何尺寸，當缺陷尺寸比焦點尺寸d大得多(duō)時，焦點對透照底片對比度(dù)D的影響可忽略(lüè)不計🦯。
②當缺陷尺寸(cùn)f（小於焦點尺寸）時，就會出現由焦點尺寸(cùn)f引(yǐn)起的透(tòu)照(zhào)幾何條件(jiàn)的影響🍕，此時底(dǐ)
片對(duì)對(duì)比度必須進行修正。
③當金屬絲（缺陷）直徑d減少時，會使d’用變大，（d＞1），形狀修正係數(shù)。急劇減小。因(yīn)
此🦮，要考慮修(xiū)正(zhèng)係數。對凸D的影(yǐng)響。。當d’大時(shí)
，金屬(shǔ)絲的“幾何因素修正係數。”隨幾何間距與金屬絲直徑(jìng)比值d’用的急劇增大(dà)而減小。對細小缺陷（或細金屬絲）來說(shuō)，由於的較小，D也(yě)較(jiào)少，所以(yǐ)在底片上較(jiào)難識辯其影象。

　

問題
：

A：正在工(gōng)作的一台X射(shè)綫機窗口的輻射(shè)
場內的射綫劑量率為40R／min·M，無遮擋

，不(bù)計空氣吸收和散射綫的情況下，距焦點 20米處(chǔ)的(dí)射綫照射劑量率(shuài)為多少(shǎo) R／min
？以19ImR為(wéi)射綫工作人員一天的安全劑量限度(dù)，距焦點(diǎn)20米處
🛞，一分鐘內(nèi)的射綫劑量是安全劑量的多少(shǎo)倍(bèi)？在該處停留的時間為多少(shǎo)秒下，才(cái)
能保證不超(chāo)過射綫(xiàn)工作人員一天的(dí)安全(quán)
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(shì)
：P1：P2 = （R2：R1）2

得：P2=0.1（R/min）

2
🃢：100/19 = 5.3

3：t = 19/100/60 = 11.4秒(miǎo)

B🎞：對某射綫源鉛的(dí)半價層為lmm，若采用鉛做防護層🥧，已知該防護層兩側射綫劑量率分別為3.62R/h及10mR/h
，求此防(fáng)護層的厚度(dù)？

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

I = I0 X e-ud d = Ln（3620/10）/ 0.693 = 8.5mm
C：有一混凝土(tǔ)防護牆的探傷室
，裝(zhuāng)一台Ir192 r射綫機，經測試
，操作室內最大劑量率(shuài)為0.066Rem/h🌾，要使劑量(liáng)率降至2.1mRem/h，求還需加襯多(duō)少(shǎo)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(shè)
綫數字成像概(gài)述：

實時(shí)
成(chéng)像係統及工業CT

數字射綫照相係統是在普通的(dí)工業(yè)電視係統上，增(zēng)加了計(jì)算機(jī)圖象處理的結果。
通常它由(yóu)如下部分組成：(見下圖）　
X射綫機頭及高壓發生器; 高(gāo)壓(yā)控製櫃
圖象增強器---模擬或數字式
工作平台; 信號采集卡; 計算機(jī); 圖象處理軟件
閉路監視係統(tǒng); 環境監視器係統; 報警式自動門等組(zǔ)成.

像(xiàng)采集基本知識:
視頻采集, 即將視(shì)頻轉(zhuǎn)換成PC機可(kě)使用的數字格(gé)式。
專業圖象采集卡是將視頻信(xìn)號經過AD轉換後🛻，經過PCI總綫實(shí)時傳到內存和顯存。
在采集過程中
，由於(yú)采集卡傳送數據采用PCI Master Burst方式(shì)
👍，圖象傳送速度(dù)高達33MB/S，可實(shí)
現攝像機圖(tú)像到計算機內存(cún)的(dí)
可靠實(shí)時傳送，並且幾乎(hū)不占用(yòng)CPU時間，
留(liú)給CPU更(gēng)多的時間去做圖像(xiàng)
的運(yùn)算與處理。
圖象速率及采集的計算公(gōng)
式
幀圖像大小(Image Size)∶W×H(長×寬)---您必須首先了解∶需要采(cǎi)集多大的圖象尺寸?
顏色(sè)深度∶d(比特數)---希望采集到的圖象(xiàng)顏色(sè)
(8Bit灰度圖象?還是16/24/32Bit真彩色?)
幀 速∶f---標準PAL製(zhì)當然就是25幀，非標準就沒準了！500-1000幀都有可能
數 據 量∶Q(MB)---圖象信號的數據(jù)量(liáng)
采(cǎi) 樣 率∶A(MB)---采集卡的采樣率，通過(guò)其產品手冊可知
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(néng)
夠勝任采集工作
。

視頻源∶
使用各種(zhǒng)圖(tú)象采集卡，首先(xiān)需(xū)要您提供(gōng)采集或壓(yā)縮(suō)用(yòng)的視頻源。視頻源可以(yǐ)是∶
VCD影碟機，已有的(dí)錄像帶，攝(shè)錄機，LD視盤，CCD攝像頭
，監視器的視頻輸出等等。
● 一台攝錄(lù)機和使用攝錄機(jī)錄製的(dí)錄像帶.
● 一台盒式錄像機或磁帶錄像機和已(yǐ)錄製的錄像(xiàng)帶.
● LD光盤播(bō)放機LD光盤或(huò)VideoCD播放機和VCD
● 攝錄機或CCD攝(shè)像機
● 在工業(yè)
影像中，視頻(pín)源常(cháng)常是(shì)CT，X光機，超聲，內窺鏡，甚至MRI核磁(cí)共振等等(děng)。
● 各種工業，軍(jūn)事上的高速非(fēi)標(biāo)準(zhǔn)視頻(pín)信號
，如每秒200幀，500幀🎧，甚至上千(qiān)幀…
(如用DALSA

，PULNIX等高檔數字像機作為視頻源(yuán))

其它∶
●標準圖像源設備必(bì)須使用NTSC或PAL格(gé)式(shì)

，有復合視頻或S-Video，甚至RGB輸(shū)出接口🕎；
●非標準信號需(xū)要(yào)得到其行頻，場(cháng)頻等(děng)信息，可用示波(bō)
器或(huò)
微視測試卡。
●如需(xū)聲音采集則還需要