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1、现代测试技术,2011.11,第八章 射线检测技术,射线检测技术,第一节 射线检测的物理基础,8.1射线检测的物理基础,辐射,非电离辐射,电离辐射,直接带电离子，如、阴极射线等，穿透能力差,间接不带电离子，如X、中子射线，穿透能力强,一、射线的种类,8.1射线检测的物理基础,射线的穿透能力,8.1射线检测的物理基础,射线的波长分布,在射线检测中应用的射线主要是X射、射线和中子射线。X射线和射线属于电磁辐射，而中子射线是中子束流。,8.1射线检测的物理基础,8.1射线检测的物理基础,二、射线的产生,X射线,产生,阴极发射电子的灯丝,加速装置高压发生器将电子加速， 使之具有一定的动能轰击阳极靶,阳
2、极电子轰击靶面，产生X射线,高能电子轰击阳极靶有98%99%的能量转化成热能散失掉，因此，阳极靶一定要耐热，只有1%2%的能量转变为X射线,变压器,冷却水,钨灯丝,玻璃,金属聚灯罩,铍窗口,金属靶,X射线,X射线,电子,8.1射线检测的物理基础,分类,X射线可分为两类：连续X射线和标识X射线,连续X射线：波长呈连续分布的连续X射线，有一个极限波长0（或短波限）,8.1射线检测的物理基础,标识X射线： 当管电压超过某一临界值时，形成与靶材有关的特殊波长的射线,X射线检测中主要用连续谱,8.1射线检测的物理基础,射线,同位素质子数相同，中子数不同，在周期表中处于同一位置,产生,放射性原子核在发生衰
3、变,衰变后产生的新核往往处于高能量级,要向低能级跃迁,辐射出光子.首先由法国科学家P.V.维拉德发现，是继、射线后发现的第三种原子核射线。,8.1射线检测的物理基础,天然放射性同位素：Ra226、U235 人工放射性同位素：Co60、Ir192,分类,衰变规律,随时间延长，放射性逐渐减弱,为衰变常数；N0为原有原子数；N衰变后剩余原子数,半衰期：衰变到原来一半时所需时间,8.1射线检测的物理基础,两种人工放射性同位素的基本参数,8.1射线检测的物理基础,中子射线,产生： 原子核（除H外）经强大外力激发作用，会释放出中子,分类： 中子源分类：同位素中子源、加速器中子源和反应堆中子源,方法： 质子
4、、粒子、射线等轰击原子核产生中子射线,8.1射线检测的物理基础,8.1射线检测的物理基础,三 射线特性,1 不可见性：射线波长比可见光短,2 穿透性：射线可以穿透物体，并产生衰减（衰减性）,3 不带电荷：不受电磁场作用，又称为直线性，是真实图形的反映,4 光化反应：使物质电离，使胶片感光,5 生物效应：电离并杀死生命细胞，尤以中子射线为甚,8.1射线检测的物理基础,散射,吸收,射线与物质的相互作用,四 射线通过物质时的衰减,射线在穿透物质时，与物质相互作用，使强度减弱衰减,8.1射线检测的物理基础,吸收现象,当射线穿透物质时，会因与物质中原子核或核外电子碰撞而消耗，最终其能量全部转变为热能。当
5、能量较低时，形成光电效应,吸收效应的大小与射线本身能量的高低和被透照物质的性质有关,8.1射线检测的物理基础,散射现象,射线通过物质后，不仅能量改变，有部分入射线改变了原来的方向,当方向改变时，称为汤姆逊散射,改变方向及能量时，称为康普顿散射,散射线是一些偏离了原射线的入射线方向，射向四面八方的射线。 射线能量越低，被透照物质中的电子密度越大，射线的散射效应越显著，散射线的强度越大,8.1射线检测的物理基础,衰减,由吸收(t)、散射(s)共同作用，其规律：,其中，I、I0分别为入射线和透射线强度；为衰减系数；d为被测物质的厚度,8.1射线检测的物理基础,射线衰减特性1,8.1射线检测的物理基础
6、,射线衰减特性2,8.1射线检测的物理基础,半价层,射线衰减特性3,8.1射线检测的物理基础,第二节 X射线检测的基本原理和方法,8.2 X射线检测的基本原理和方法,一、 检测原理,利用射线在物质中的衰减和对某些物体产生光化作用进行的。当射线穿过工件完好部位时，其强度为：,8.2 X射线检测的基本原理和方法,High Electrical Potential,Electrons,-,+,X-ray Generator or Radioactive Source Creates Radiation,Exposure Recording Device,Radiation Penetrate the
7、 Sample,部位不同，射线强度不同,X射线检测,8.2 X射线检测的基本原理和方法,当射线穿过工件有缺陷部位时，其强度为：,所以，,8.2 X射线检测的基本原理和方法,由两式比较，当厚度相同时：,，I2I1，缺陷部位强度完好部位,例如：夹钨，钨为重金属，对射线吸收较大，感光少，暗室处理时容易洗去，呈白色块状。而基体金属吸收系数小，透过射线多，感光多，呈黑色,8.2 X射线检测的基本原理和方法,，I2I1，缺陷部位强度完好部位,例如：气孔、夹渣，对射线吸收少，感光多，呈黑色,，I2I1，缺陷部位强度完好部位，不能显现,若厚度不同，d变化而不变，可用于厚度检测。,8.2 X射线检测的基本原理和
8、方法,二、检测方法,常用的照相法、电离检测法、荧光屏直接观察法，发展的有电视观察法；,照相法,射线 衰减 强度变化 胶片 感光 潜影 影像 评判,此法灵敏度高，直观可靠，重复性好，但成本较高，时间较长,8.2 X射线检测的基本原理和方法,电离检测法,射线 工件 电离室 电离气体 电流 判断完整性,此法自动化程度高，成本低，但定性困难,8.2 X射线检测的基本原理和方法,荧光屏直接观察法,此法成本低，效率高，可连续生产，但分辨率差,8.2 X射线检测的基本原理和方法,电视观察法,电视观察法是的发展，可用电视显示系统直接显示,此法自动化程度高，可观察动态情况。,8.2 X射线检测的基本原理和方法,
9、电视观察法,8.2 X射线检测的基本原理和方法,8.3 X射线照相检测技术,第三节 X射线照相检测技术,根据胶片上影像的形状及其黑度的不均匀程度，就可以评定被检测试件中有无缺陷及缺陷的性质、形状、 大小和位置。 此法的优点是灵敏度高、直观可靠、重复性好，是射线检测法中应用最广泛的一种常规方法。 由于生产和科研的需要，还可用放大照相法和闪光照相法以弥补其不足。 放大照相可以检测出材料中的微小缺陷。,8.3 X射线照相检测技术,X射线照相检测原理,8.3 X射线照相检测技术,一、 照相法的灵敏度和透度计,灵敏度,定义： 显示缺陷的程度或能发现最小缺陷的能力,分类,绝对灵敏度 底片上能发现被检试件中
10、与射线平行方向的最小缺陷尺寸,8.3 X射线照相检测技术,相对灵敏度 底片能发现被检试件中与射线平行方向的最小缺陷尺寸，占缺陷处试件厚度的百分数,其中，x为最小缺陷尺寸；d为试件厚度,8.3 X射线照相检测技术,透度计（像质指示器）,实践中最小缺陷尺寸很难确定，用确定尺寸的人工缺陷来标定灵敏度就方便得多了；,透度计用是来检查透照技术和胶片处理质量的，即定量地评价射线底片影像质量的工具；,8.3 X射线照相检测技术,二、增感屏,X射线产生效率非常低，要得到满意的图像，需要相当长的时间，效果不理想，要用增感屏。,分类,增感屏可分为： 金属增感屏、荧光增感屏和金属荧光增感屏,片基,金属箔,荧光层,保
11、护层,增感系数：,8.3 X射线照相检测技术,金属增感屏：可分为前屏、后屏，金属箔置向胶片，其作用有：,a 增感作用：利用射线透过金属屏激发二次电子和二次射线增感,b 滤波作用：为减少散射线不良影响，吸收波长较长的散射线，故影像清晰,组成及作用,8.3 X射线照相检测技术,荧光增感屏： 射线照射在物质上（钨酸钙、硫化锌镉）会产生荧光效应，发出与某些胶片感光色相近波长的光，加快了感光速度，增大了可探测厚度；,金属荧光增感屏： 结合了荧光增感屏增感效果好，金属增感屏底片质量好的优点，制作而成。所以，此类增感屏使底片的感光速度比金属屏快，且比荧光屏的像质好。,荧光增感屏所发荧光亮度与荧光物质的晶粒度
12、有关；,荧光增感屏,8.3 X射线照相检测技术,三、 曝光参数的选择,射线的硬度,射线的穿透力。波长越短硬度越大，衰减越小； 波长由管电压决定，管电压越高，波长越短； 60150kV：中等硬度；60kV以下：软X射线； 软X射线有利于提高对比度。,8.3 X射线照相检测技术,射线的曝光量,定义：管电流i乘以时间t；,通常，在射线设备允许范围内，管电流尽量取得大些，以缩短曝光时间并减小散射线的影响。,曝光距离与射线强度的关系：,8.3 X射线照相检测技术,焦距的选择,焦距：F，放射源到胶片的距离。,由于几何不清晰度Ug的影响，焦距选择要充分参考射线源尺寸f和试件厚度d。,a、b分别表示放射源到缺陷和缺陷到胶片的距离,8.3 X射线照相检测技术,三、 曝光曲线,曝光曲线是射线照相检验的必备工具，是选择工艺参数的基础。 它可以有设备、胶片、增感屏按具体条件制定，也可以选用合适的曝光曲线,8.3 X射线照相检测技术,材料厚度与曝光量的关系曲线1,8.3 X射线照相检测技术,材料厚度与曝光量的关系曲线2,8.3 X射线照相检测技术,第四节 常见缺陷及其影像特征,8.4 常见缺陷及其影像特征,课后了解,
