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技術文章

射線及其檢測原理

2006/12/21 9:53:00

      1898年11月8日,倫琴發現了X射線,從此無損檢測技術開始發生了質的變革。它使固體內部的缺陷得以直觀地顯現出來。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,故不受電磁場的影響。具有波粒二象性。從物理學中,我們知道,凡具有加速度的帶電粒子都會產生電磁輻射。因此當電子在高壓電場的作用下,高速運動時,突然撞擊到靶面,(會產生很大的負加速度)從而形成了所謂的韌致輻射。簡單地說,它是由高速運動的電子撞擊靶面而產生的。另一方面,當電子的動能足夠大時,將會把靶面原子的內層電子轟擊出來,在原位置形成孔穴,而此刻,外層的電子(位于高能級)產生躍遷以填補該孔穴。同時,它將多余的能量以X射線的形式放出,形成所謂的標識X射線。標識射線的波長是不連續的。它取決于靶面的材料。它通常用于對材料的化學成分進行定性分析。在無損檢測探傷中,一般用前者。
X射線具有很強的穿透能力。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計算成像的比例。
由韌致輻射產生的X射線,具有連續譜線。它的波長取決于電場的電壓和場內的電子流。其強度表示為:
I=
其中,K----系數;i------管電流; U-----管電壓;Z-----靶的原子序數。

穿透物體后,射線的強度為:I1=Io X exp(-ud),射線入射強度減弱一半的吸收物質厚度稱為半價層。 

寬容度(L)指膠片有效密度范圍對應的曝光范圍。在膠片特性曲線上,就用接近
在線部分的起點和終點在橫坐標上相對應的曝光量對數表示,顯然梯度大的膠片其寬容度必然小。 

線型象質計應放在射線源一側的工件表面上被檢焊縫區一端(被檢區長度的l/4部位)。金屬絲應橫跨焊縫并與焊縫方向垂直,鋼絲置于外側。當射線源一側無法放置象質計時,也可放在膠片一側的工件表面上,但象質指數應提高一級,或通過對比試驗,使實際象質指數達到規定的要求。象質計放在膠片一側工件表面上時,應附加“F”標記以示區別。中心透照環焊縫時,每隔如”放置一個象質計。多個管子接頭在一張底片上同時顯示時,至少應放一個象質計,且置于最邊緣的那根管子上。


象質計的線徑d與線號《象質指數》之間的關系:
d= de,z= 6-10lgd
金屬絲象質計的相對靈敏度: S = A X 10O%,如一底片上可識別的最小線徑,照厚度。
射線照相對比度公式:
射線照相對比度(底片對比度)D是主因對比度tri和膠片對比度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,標準對透照距離的最J前防限制:
象質等級透照距離(焦點至工件表面距離)入K值

為了評價X射線在膠片上的成像質量,人們通常用像質計作為檢測標準。線型像質計的擺放,應在射線源一邊。靈敏度的計算為:m=di/DpX100%

 

射線照相影響質量的基本因素有:①黑度,

黑度與照相靈敏度 S三大要素(照相對比度面D,不清晰度U和顆粒度Gr)的關系。
照相對比度 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生的主要原因:由于照射到膠片上的射線在乳劑層科
發出的電子的散射而產生的。固有不清晰主發取決于射線的能過,其次取決于膠片路和顯影條件。
射線底片上細節影象的可識別性與圖象的大小、膠片的粘度、底片黑皮、觀
條件及觀片者等因素有關。底片黑度增大時,4hat增大,膠片的粒度越小,

散射線是射線與物質作用產生。物質的厚度越大,射線的照射面積越大,試件內部產生散射線越大,n值越大,底片對比度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,只能在實際透照過程中根據具體情況加以限制,一般可采取下列措施:
①限制輻射場:將輻射場縮小到所進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背防護板;②錯罩和光柵;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,對射線照相質量的不利影響主要表現在兩個方面:①因厚度差較大導致底片黑度差較大,而底片黑度過低或過高都會影響用相靈敏度;②厚度變化導致散射I增大,產生邊蝕效應。為此,可采用特殊技術措施;適當提高管電壓技術,雙膠片技術補償技術。適當提高管電壓技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。

①一般說來,射線源都有一定的幾何尺寸,當缺陷尺寸比焦點尺寸d大得多時,焦點對透照底片對比度D的影響可忽略不計。
②當缺陷尺寸f(小于焦點尺寸)時,就會出現由焦點尺寸f引起的透照幾何條件的影響,此時底片對對比度必須進行修正。
③當金屬絲(缺陷)直徑d減少時,會使d’用變大,(d>1),形狀修正系數。急劇減小。因此,要考慮修正系數。對凸D的影響。。當d’大時,金屬絲的“幾何因素修正系數。”隨幾何間距與金屬絲直徑比值d’用的急劇增大而減小。對細小缺陷(或細金屬絲)來說,由于的較小,D也較少,所以在底片上較難識辯其影象。

 

問題:

A:正在工作的一臺X射線機窗口的輻射場內的射線劑量率為40R/min·M,無遮擋,不計空氣吸收和散射線的情況下,距焦點 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20米處,一分鐘內的射線劑量是安全劑量的多少倍?在該處停留的時間為多少秒下,才能保證不超過射線工作人員一天的安全劑量?(兩位有效數字)。

解:
①P1=40R/min,R1=1M,R2=20M,由距離平方反比公式: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:對某射線源鉛的半價層為lmm,若采用鉛做防護層,已知該防護層兩側射線劑量率分別為3.62R/h及10mR/h,求此防護層的厚度?

解:D=0.693/u (D半價層)得:u = 0.693mm-1

I = I0 X e-ud d = Ln(3620/10)/ 0.693 = 8.5mm
C:有一混凝土防護墻的探傷室,裝一臺Ir192 r射線機,經測試,操作室內最大劑量率為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射線數字成像概述:

實時成像系統及工業CT

數字射線照相系統是在普通的工業電視系統上,增加了計算機圖象處理的結果。
通常它由如下部分組成:(見下圖) 
X射線機頭及高壓發生器; 高壓控制柜
圖象增強器---模擬或數字式
工作平臺; 信號采集卡; 計算機; 圖象處理軟件
閉路監視系統; 環境監視器系統; 報警式自動門等組成.


像采集基本知識:
視頻采集, 即將視頻轉換成PC機可使用的數字格式。
專業圖象采集卡是將視頻信號經過AD轉換后,經過PCI總線實時傳到內存和顯存。
在采集過程中,由于采集卡傳送數據采用PCI Master Burst方式,圖象傳送速度高達33MB/S,可實現攝像機圖像到計算機內存的
可靠實時傳送,并且幾乎不占用CPU時間,
留給CPU更多的時間去做圖像的運算與處理。
圖象速率及采集的計算公式
幀圖像大小(Image Size)∶W×H(長×寬)---您必須首先了解∶需要采集多大的圖象尺寸?
顏色深度∶d(比特數)---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---標準PAL制當然就是25幀,非標準就沒準了!500-1000幀都有可能
數 據 量∶Q(MB)---圖象信號的數據量
采 樣 率∶A(MB)---采集卡的采樣率,通過其產品手冊可知
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、已有的錄像帶、攝錄機、LD視盤、CCD攝像頭、監視器的視頻輸出等等。
● 一臺攝錄機和使用攝錄機錄制的錄像帶.
● 一臺盒式錄像機或磁帶錄像機和已錄制的錄像帶.
● LD光盤播放機LD光盤或VideoCD播放機和VCD
● 攝錄機或CCD攝像機
● 在工業影像中,視頻源常常是CT、X光機、超聲、內窺鏡、甚至MRI核磁共振等等。
● 各種工業、軍事上的高速非標準視頻信號,如每秒200幀、500幀、甚至上千幀…
(如用DALSA、PULNIX等高檔數字像機作為視頻源)

其它∶
●標準圖像源設備必須使用NTSC或PAL格式,有復合視頻或S-Video,甚至RGB輸出接口;
●非標準信號需要得到其行頻、場頻等信息,可用示波器或微視測試卡。
●如需聲音采集則還需要

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