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  射线及其检测原理  
 
 
  2007-4-23  
     
  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  
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