射線檢測技術(shù)課件

1、射線檢測技術(shù)課件,現(xiàn)代測試技術(shù),2011.11,第八章 射線檢測技術(shù),射線檢測技術(shù),第一節(jié) 射線檢測的物理基礎(chǔ),8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),輻射,非電離輻射,電離輻射,直接帶電離子，如、陰極射線等，穿透能力差,間接不帶電離子，如X、中子射線，穿透能力強(qiáng),一、射線的種類,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線的穿透能力,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線的波長分布,在射線檢測中應(yīng)用的射線主要是X射、射線和中子射線。X射線和射線屬于電磁輻射，而中子射線是中子束流。,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),二、射線的產(chǎn)生,X射線,產(chǎn)生,陰極發(fā)射電子的燈絲,加速裝置高壓發(fā)生器將電子加速， 使之具有一定的

2、動(dòng)能轟擊陽極靶,陽極電子轟擊靶面，產(chǎn)生X射線,高能電子轟擊陽極靶有98%99%的能量轉(zhuǎn)化成熱能散失掉，因此，陽極靶一定要耐熱，只有1%2%的能量轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線,變壓器,冷卻水,鎢燈絲,玻璃,金屬聚燈罩,鈹窗口,金屬靶,X射線,X射線,電子,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),分類,X射線可分為兩類：連續(xù)X射線和標(biāo)識(shí)X射線,連續(xù)X射線：波長呈連續(xù)分布的連續(xù)X射線，有一個(gè)極限波長0（或短波限）,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),標(biāo)識(shí)X射線： 當(dāng)管電壓超過某一臨界值時(shí)，形成與靶材有關(guān)的特殊波長的射線,X射線檢測中主要用連續(xù)譜,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線,同位素質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同，在周期表中處于同一位置,產(chǎn)生,放

3、射性原子核在發(fā)生衰變,衰變后產(chǎn)生的新核往往處于高能量級,要向低能級躍遷,輻射出光子.首先由法國科學(xué)家P.V.維拉德發(fā)現(xiàn)，是繼、射線后發(fā)現(xiàn)的第三種原子核射線。,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),天然放射性同位素：Ra226、U235 人工放射性同位素：Co60、Ir192,分類,衰變規(guī)律,隨時(shí)間延長，放射性逐漸減弱,為衰變常數(shù)；N0為原有原子數(shù)；N衰變后剩余原子數(shù),半衰期：衰變到原來一半時(shí)所需時(shí)間,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線檢測技術(shù)課件,兩種人工放射性同位素的基本參數(shù),8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),中子射線,產(chǎn)生： 原子核（除H外）經(jīng)強(qiáng)大外力激發(fā)作用，會(huì)釋放出中子,分類： 中子源分類：同位素中子源、加速

4、器中子源和反應(yīng)堆中子源,方法： 質(zhì)子、粒子、射線等轟擊原子核產(chǎn)生中子射線,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),三 射線特性,1 不可見性：射線波長比可見光短,2 穿透性：射線可以穿透物體，并產(chǎn)生衰減（衰減性）,3 不帶電荷：不受電磁場作用，又稱為直線性，是真實(shí)圖形的反映,4 光化反應(yīng)：使物質(zhì)電離，使膠片感光,5 生物效應(yīng)：電離并殺死生命細(xì)胞，尤以中子射線為甚,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),散射,吸收,射線與物質(zhì)的相互作用,四 射線通過物質(zhì)時(shí)的衰減,射線在穿透物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)相互作用，使強(qiáng)度減弱衰減,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),吸收現(xiàn)象,當(dāng)射線穿透物質(zhì)時(shí)，會(huì)因與物質(zhì)中原子核或核外電子碰撞

5、而消耗，最終其能量全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。?dāng)能量較低時(shí)，形成光電效應(yīng),吸收效應(yīng)的大小與射線本身能量的高低和被透照物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān),8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),散射現(xiàn)象,射線通過物質(zhì)后，不僅能量改變，有部分入射線改變了原來的方向,當(dāng)方向改變時(shí)，稱為湯姆遜散射,改變方向及能量時(shí)，稱為康普頓散射,散射線是一些偏離了原射線的入射線方向，射向四面八方的射線。 射線能量越低，被透照物質(zhì)中的電子密度越大，射線的散射效應(yīng)越顯著，散射線的強(qiáng)度越大,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),衰減,由吸收(t)、散射(s)共同作用，其規(guī)律：,其中，I、I0分別為入射線和透射線強(qiáng)度；為衰減系數(shù)；d為被測物質(zhì)的厚度,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線

6、衰減特性1,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),射線衰減特性2,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),半價(jià)層,射線衰減特性3,8.1射線檢測的物理基礎(chǔ),第二節(jié) X射線檢測的基本原理和方法,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,一、 檢測原理,利用射線在物質(zhì)中的衰減和對某些物體產(chǎn)生光化作用進(jìn)行的。當(dāng)射線穿過工件完好部位時(shí)，其強(qiáng)度為：,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,High Electrical Potential,Electrons,-,+,X-ray Generator or Radioactive Source Creates Radiation,Exposure Recording Device,Radia

7、tion Penetrate the Sample,部位不同，射線強(qiáng)度不同,X射線檢測,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,當(dāng)射線穿過工件有缺陷部位時(shí)，其強(qiáng)度為：,所以，,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,由兩式比較，當(dāng)厚度相同時(shí)：,，I2I1，缺陷部位強(qiáng)度完好部位,例如：夾鎢，鎢為重金屬，對射線吸收較大，感光少，暗室處理時(shí)容易洗去，呈白色塊狀。而基體金屬吸收系數(shù)小，透過射線多，感光多，呈黑色,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,，I2I1，缺陷部位強(qiáng)度完好部位,例如：氣孔、夾渣，對射線吸收少，感光多，呈黑色,，I2I1，缺陷部位強(qiáng)度完好部位，不能顯現(xiàn),若厚度不同，d變化而不變，可用于厚度檢

8、測。,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,二、檢測方法,常用的照相法、電離檢測法、熒光屏直接觀察法，發(fā)展的有電視觀察法；,照相法,射線 衰減 強(qiáng)度變化 膠片 感光 潛影 影像 評判,此法靈敏度高，直觀可靠，重復(fù)性好，但成本較高，時(shí)間較長,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,電離檢測法,射線 工件 電離室 電離氣體 電流 判斷完整性,此法自動(dòng)化程度高，成本低，但定性困難,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,熒光屏直接觀察法,此法成本低，效率高，可連續(xù)生產(chǎn)，但分辨率差,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,電視觀察法,電視觀察法是的發(fā)展，可用電視顯示系統(tǒng)直接顯示,此法自動(dòng)化程度高，可觀察動(dòng)態(tài)情況。,

9、8.2 X射線檢測的基本原理和方法,電視觀察法,8.2 X射線檢測的基本原理和方法,8.3 X射線照相檢測技術(shù),第三節(jié) X射線照相檢測技術(shù),根據(jù)膠片上影像的形狀及其黑度的不均勻程度，就可以評定被檢測試件中有無缺陷及缺陷的性質(zhì)、形狀、 大小和位置。 此法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、直觀可靠、重復(fù)性好，是射線檢測法中應(yīng)用最廣泛的一種常規(guī)方法。 由于生產(chǎn)和科研的需要，還可用放大照相法和閃光照相法以彌補(bǔ)其不足。 放大照相可以檢測出材料中的微小缺陷。,8.3 X射線照相檢測技術(shù),X射線照相檢測原理,8.3 X射線照相檢測技術(shù),一、 照相法的靈敏度和透度計(jì),靈敏度,定義： 顯示缺陷的程度或能發(fā)現(xiàn)最小缺陷的能力,分類

10、,絕對靈敏度 底片上能發(fā)現(xiàn)被檢試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸,8.3 X射線照相檢測技術(shù),相對靈敏度 底片能發(fā)現(xiàn)被檢試件中與射線平行方向的最小缺陷尺寸，占缺陷處試件厚度的百分?jǐn)?shù),其中，x為最小缺陷尺寸；d為試件厚度,8.3 X射線照相檢測技術(shù),透度計(jì)（像質(zhì)指示器）,實(shí)踐中最小缺陷尺寸很難確定，用確定尺寸的人工缺陷來標(biāo)定靈敏度就方便得多了；,透度計(jì)用是來檢查透照技術(shù)和膠片處理質(zhì)量的，即定量地評價(jià)射線底片影像質(zhì)量的工具；,8.3 X射線照相檢測技術(shù),二、增感屏,X射線產(chǎn)生效率非常低，要得到滿意的圖像，需要相當(dāng)長的時(shí)間，效果不理想，要用增感屏。,分類,增感屏可分為： 金屬增感屏、熒光增感屏和金屬

11、熒光增感屏,片基,金屬箔,熒光層,保護(hù)層,增感系數(shù)：,8.3 X射線照相檢測技術(shù),金屬增感屏：可分為前屏、后屏，金屬箔置向膠片，其作用有：,a 增感作用：利用射線透過金屬屏激發(fā)二次電子和二次射線增感,b 濾波作用：為減少散射線不良影響，吸收波長較長的散射線，故影像清晰,組成及作用,8.3 X射線照相檢測技術(shù),熒光增感屏： 射線照射在物質(zhì)上（鎢酸鈣、硫化鋅鎘）會(huì)產(chǎn)生熒光效應(yīng)，發(fā)出與某些膠片感光色相近波長的光，加快了感光速度，增大了可探測厚度；,金屬熒光增感屏： 結(jié)合了熒光增感屏增感效果好，金屬增感屏底片質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，制作而成。所以，此類增感屏使底片的感光速度比金屬屏快，且比熒光屏的像質(zhì)好。,熒光

12、增感屏所發(fā)熒光亮度與熒光物質(zhì)的晶粒度有關(guān)；,熒光增感屏,8.3 X射線照相檢測技術(shù),三、 曝光參數(shù)的選擇,射線的硬度,射線的穿透力。波長越短硬度越大，衰減越小； 波長由管電壓決定，管電壓越高，波長越短； 60150kV：中等硬度；60kV以下：軟X射線； 軟X射線有利于提高對比度。,8.3 X射線照相檢測技術(shù),射線的曝光量,定義：管電流i乘以時(shí)間t；,通常，在射線設(shè)備允許范圍內(nèi)，管電流盡量取得大些，以縮短曝光時(shí)間并減小散射線的影響。,曝光距離與射線強(qiáng)度的關(guān)系：,8.3 X射線照相檢測技術(shù),焦距的選擇,焦距：F，放射源到膠片的距離。,由于幾何不清晰度Ug的影響，焦距選擇要充分參考射線源尺寸f和試件厚度d。,a、b分別表示放射源到缺陷和缺陷到膠片的距離,8