射線及其檢測(cè)原理

2006/12/21 9:53:00

      1898年11月8日，倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，從此無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開始發(fā)生了質(zhì)的變革。它使固體內(nèi)部的缺陷得以直觀地顯現(xiàn)出來(lái)。X射線是一束光子流。在真空中，它以光速直線傳播，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(dāng)電子在高壓電場(chǎng)的作用下，高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，突然撞擊到靶面，（會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)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(yùn)動(dòng)的電子撞擊靶面而產(chǎn)生的。另一方面，當(dāng)電子的動(dòng)能足夠大時(shí)，將會(huì)把靶面原子的內(nèi)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(jí)）產(chǎn)生躍遷以填補(bǔ)該孔穴。同時(shí)，它將多余的能量以X射線的形式放出，形成所謂的標(biāo)識(shí)X射線。標(biāo)識(shí)射線的波長(zhǎng)是不連續(xù)的。它取決于靶面的材料。它通常用于對(duì)材料的化學(xué)成分進(jìn)行定性分析。在無(wú)損檢測(cè)探傷中，一般用前者。
X射線具有很強(qiáng)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(jì)算成像的比例。
由韌致輻射產(chǎn)生的X射線，具有連續(xù)譜線。它的波長(zhǎng)取決于電場(chǎng)的電壓和場(chǎng)內(nèi)的電子流。其強(qiáng)度表示為：
I=
其中，K----系數(shù)；i------管電流； U-----管電壓；Z-----靶的原子序數(shù)。

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

寬容度（L）指膠片有效密度范圍對(duì)應(yīng)的曝光范圍。在膠片特性曲線上，就用接近
在線部分的起點(diǎn)和終點(diǎn)在橫坐標(biāo)上相對(duì)應(yīng)的曝光量對(duì)數(shù)表示，顯然梯度大的膠片其寬容度必然小。　

線型象質(zhì)計(jì)應(yīng)放在射線源一側(cè)的工件表面上被檢焊縫區(qū)一端（被檢區(qū)長(zhǎng)度的l／4部位）。金屬絲應(yīng)橫跨焊縫并與焊縫方向垂直，鋼絲置于外側(cè)。當(dāng)射線源一側(cè)無(wú)法放置象質(zhì)計(jì)時(shí)，也可放在膠片一側(cè)的工件表面上，但象質(zhì)指數(shù)應(yīng)提高一級(jí)，或通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)，使實(shí)際象質(zhì)指數(shù)達(dá)到規(guī)定的要求。象質(zhì)計(jì)放在膠片一側(cè)工件表面上時(shí)，應(yīng)附加“F”標(biāo)記以示區(qū)別。中心透照環(huán)焊縫時(shí)，每隔如”放置一個(gè)象質(zhì)計(jì)。多個(gè)管子接頭在一張底片上同時(shí)顯示時(shí)，至少應(yīng)放一個(gè)象質(zhì)計(jì)，且置于最邊緣的那根管子上。

象質(zhì)計(jì)的線徑d與線號(hào)《象質(zhì)指數(shù)》之間的關(guān)系：
d＝ de，z＝ 6－10lgd
金屬絲象質(zhì)計(jì)的相對(duì)靈敏度： S = A X 10O％，如一底片上可識(shí)別的最小線徑，照厚度。
射線照相對(duì)比度公式：
射線照相對(duì)比度（底片對(duì)比度）D是主因?qū)Ρ榷萾ri和膠片對(duì)比度r共同作用
工件表面距離，Q－I件表面至膠片距離。
為保證射線照相的清晰度，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)透照距離的最J前防限制：
象質(zhì)等級(jí)透照距離（焦點(diǎn)至工件表面距離）入K值

為了評(píng)價(jià)X射線在膠片上的成像質(zhì)量，人們通常用像質(zhì)計(jì)作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。線型像質(zhì)計(jì)的擺放，應(yīng)在射線源一邊。靈敏度的計(jì)算為：m=di/DpX100%

射線照相影響質(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(duì)比度面D，不清晰度U和顆粒度Gr）的關(guān)系。
照相對(duì)比度 照相不清晰度Un，m，u 照相顆粒度r膠片種類，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)取決于射線的能過(guò)，其次取決于膠片路和顯影條件。
射線底片上細(xì)節(jié)影象的可識(shí)別性與圖象的大小、膠片的粘度、底片黑皮、觀
條件及觀片者等因素有關(guān)。底片黑度增大時(shí)，4hat增大，膠片的粒度越小，

散射線是射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生。物質(zhì)的厚度越大，射線的照射面積越大，試件內(nèi)部產(chǎn)生散射線越大，n值越大，底片對(duì)比度D便減小。凡是被射線照射到的物體，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的影響是不可能的，只能在實(shí)際透照過(guò)程中根據(jù)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)行的射線透照工作所必需的程度，可以有效地限散射線的控制措施：選擇合適的射線能量，使用鋁箔增感屏，其次還有：①背防護(hù)板；②錯(cuò)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(nèi)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(duì)射線照相質(zhì)量的不利影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：①因厚度差較大導(dǎo)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(dǎo)致散射I增大，產(chǎn)生邊蝕效應(yīng)。為此，可采用特殊技術(shù)措施；適當(dāng)提高管電壓技術(shù)，雙膠片技術(shù)補(bǔ)償技術(shù)。適當(dāng)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(shù)和較小的散射比，即14rtl值盡可能大，以便提高射線照相靈敏度。

①一般說(shuō)來(lái)，射線源都有一定的幾何尺寸，當(dāng)缺陷尺寸比焦點(diǎn)尺寸d大得多時(shí)，焦點(diǎn)對(duì)透照底片對(duì)比度D的影響可忽略不計(jì)。
②當(dāng)缺陷尺寸f（小于焦點(diǎn)尺寸）時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)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(duì)對(duì)比度必須進(jìn)行修正。
③當(dāng)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(shù)。急劇減小。因此，要考慮修正系數(shù)。對(duì)凸D的影響。。當(dāng)d’大時(shí)，金屬絲的“幾何因素修正系數(shù)。”隨幾何間距與金屬絲直徑比值d’用的急劇增大而減小。對(duì)細(xì)小缺陷（或細(xì)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(shí)辯其影象。

問(wèn)題：

A：正在工作的一臺(tái)X射線機(jī)窗口的輻射場(chǎng)內(nèi)的射線劑量率為40R／min·M，無(wú)遮擋，不計(jì)空氣吸收和散射線的情況下，距焦點(diǎn) 20米處的射線照射劑量率為多少 R／min？以19ImR為射線工作人員一天的安全劑量限度，距焦點(diǎn)20米處，一分鐘內(nèi)的射線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)射線工作人員一天的安全劑量？（兩位有效數(shù)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(duì)某射線源鉛的半價(jià)層為lmm，若采用鉛做防護(hù)層，已知該防護(hù)層兩側(cè)射線劑量率分別為3.62R/h及10mR/h，求此防護(hù)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(hù)墻的探傷室，裝一臺(tái)Ir192 r射線機(jī)，經(jīng)測(cè)試，操作室內(nèi)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射線數(shù)字成像概述：

實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)及工業(yè)CT

數(shù)字射線照相系統(tǒng)是在普通的工業(yè)電視系統(tǒng)上，增加了計(jì)算機(jī)圖象處理的結(jié)果。
通常它由如下部分組成：(見(jiàn)下圖）　
X射線機(jī)頭及高壓發(fā)生器; 高壓控制柜
圖象增強(qiáng)器---模擬或數(shù)字式
工作平臺(tái); 信號(hào)采集卡; 計(jì)算機(jī); 圖象處理軟件
閉路監(jiān)視系統(tǒng); 環(huán)境監(jiān)視器系統(tǒng); 報(bào)警式自動(dòng)門等組成.

像采集基本知識(shí):
視頻采集, 即將視頻轉(zhuǎn)換成PC機(jī)可使用的數(shù)字格式。
專業(yè)圖象采集卡是將視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)PCI總線實(shí)時(shí)傳到內(nèi)存和顯存。
在采集過(guò)程中，由于采集卡傳送數(shù)據(jù)采用PCI Master Burst方式，圖象傳送速度高達(dá)33MB/S，可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)圖像到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的
可靠實(shí)時(shí)傳送，并且?guī)缀醪徽加肅PU時(shí)間，
留給CPU更多的時(shí)間去做圖像的運(yùn)算與處理。
圖象速率及采集的計(jì)算公式
幀圖像大小(Image Size)∶W×H(長(zhǎng)×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?cái)?shù))---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(biāo)準(zhǔn)PAL制當(dāng)然就是25幀，非標(biāo)準(zhǔn)就沒(méi)準(zhǔn)了！500-1000幀都有可能
數(shù) 據(jù) 量∶Q(MB)---圖象信號(hào)的數(shù)據(jù)量
采 樣 率∶A(MB)---采集卡的采樣率，通過(guò)其產(chǎn)品手冊(cè)可知
計(jì)算公式∶ Q=W×H×f×d/8
判斷標(biāo)準(zhǔn)∶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(jī)、已有的錄像帶、攝錄機(jī)、LD視盤、CCD攝像頭、監(jiān)視器的視頻輸出等等。
● 一臺(tái)攝錄機(jī)和使用攝錄機(jī)錄制的錄像帶.
● 一臺(tái)盒式錄像機(jī)或磁帶錄像機(jī)和已錄制的錄像帶.
● LD光盤播放機(jī)LD光盤或VideoCD播放機(jī)和VCD
● 攝錄機(jī)或CCD攝像機(jī)
● 在工業(yè)影像中，視頻源常常是CT、X光機(jī)、超聲、內(nèi)窺鏡、甚至MRI核磁共振等等。
● 各種工業(yè)、軍事上的高速非標(biāo)準(zhǔn)視頻信號(hào)，如每秒200幀、500幀、甚至上千幀…
(如用DALSA、PULNIX等高檔數(shù)字像機(jī)作為視頻源)

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