射线及其检测原理

2006/12/21 9:53:00

      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