其他射線檢測方法和技術(shù)文

其他射線檢測方法和技術(shù)文第一頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.1高能射線照像

能量在1MeV以上的X射線被稱為高能射線。工業(yè)射線照相通常使用兩種電子加速器，即回旋加速器和直線加速器。1、回旋加速器

電子回旋加速器的焦點(diǎn)很小，照相幾何不清晰度小，可以獲得高靈敏度的照片，但設(shè)備復(fù)雜，造價高，體積大，射線強(qiáng)度低，影響了它的應(yīng)用。

第二頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.1高能射線照像2、直線加速器直線加速器焦點(diǎn)比電子回旋加速器稍大，但其體積小，電子束流大，所產(chǎn)生的X線強(qiáng)度大，更適合用于工業(yè)射線照相。第三頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、高能射線照像的特點(diǎn)

射線穿透能力強(qiáng)，透照厚度大。焦點(diǎn)小，焦距大，照相清晰度高。散射線少，照相靈敏度高。射線強(qiáng)度大，曝光時間短，可以連續(xù)運(yùn)行，工作效率高。照相厚度寬容度大。8.1高能射線照像第四頁，共三十五頁，2022年，8月28日

4、高能射線照相的幾個技術(shù)數(shù)據(jù)幾何不清晰度小，固有不清晰度大。靈敏度1%。

高能射線照相中，前屏的厚度對增感和濾波作用均產(chǎn)生顯著影響，而后屏的厚度對增感來說相對不重要。因此，高能射線照相時，可以不使用后屏。8.1高能射線照像第五頁，共三十五頁，2022年，8月28日5、

高能射線的輻射防護(hù)加速器產(chǎn)生的高能射線，不但能量高，而且強(qiáng)度也很大，必須做好安全防護(hù)工作。

加速器的防護(hù)主要采用屏蔽保護(hù)，加速器屏蔽室必須進(jìn)行專門的安全防護(hù)設(shè)計(jì)，室外的劑量率必須低于國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)楦吣躕射線對空氣進(jìn)行電離后產(chǎn)生的臭氧和氮氧化物對人體有害，故室內(nèi)必須安裝通風(fēng)機(jī)進(jìn)行換氣。對于直線加速器來說，除了高能X射線的誤傷害防護(hù)之外，還應(yīng)進(jìn)行微波輻射防護(hù)，同時還要預(yù)防高電壓、氟利昂氣體等對人體的危害。8.1高能射線照像第六頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)射線實(shí)時成像檢測技術(shù)，是指在曝光的同時就可觀察到所產(chǎn)生的圖像的檢測技術(shù)。1、射線實(shí)時成像檢測技術(shù)發(fā)展：采用圖像增強(qiáng)器代替簡單的熒光屏，實(shí)現(xiàn)圖像亮度和對比度增強(qiáng)。采用微焦點(diǎn)或小焦點(diǎn)射線源，以投影放大方式進(jìn)行射線照相。引入數(shù)字圖像處理技術(shù)，改進(jìn)圖像質(zhì)量。圖像增強(qiáng)器中實(shí)現(xiàn)下述的轉(zhuǎn)換過程：射線可見光電子可見光

第七頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、射線實(shí)時成像系統(tǒng)的圖像特性射線實(shí)時成像系統(tǒng)的圖像構(gòu)成要素包括像素和灰度。

射線實(shí)時成像檢測系統(tǒng)圖像質(zhì)量主要指標(biāo)有三項(xiàng)，即圖像分辨率、圖像不清晰度和對比靈敏度。這三項(xiàng)指標(biāo)大致可對應(yīng)于膠片照相的顆粒度、不清晰度和對比度，但由于實(shí)時成像與膠片照相的成像原理、方法和器材均有所不同，因此，兩者的定義和實(shí)質(zhì)內(nèi)容是有區(qū)別的。8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第八頁，共三十五頁，2022年，8月28日（1）圖像分辨率。圖像分辨率（又稱空間分辨率）定義為顯示器屏幕圖像可識別線條分離的最小間距，單位是Lp/mm（線對／毫米）。射線實(shí)時成像檢測系統(tǒng)的圖像分辨率可采用線對測試卡測定，鉑-鎢雙絲像質(zhì)計(jì)也可用來測定圖像分辨率。（2）圖像不清晰度。圖像不清晰度定義為一個邊界明銳的器件成像后，其影像邊界模糊區(qū)域的寬度。影響圖像不清晰度的因素主要是幾何不清晰度和熒光屏的固有不8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第九頁，共三十五頁，2022年，8月28日清晰度。在射線實(shí)時成像檢測技術(shù)中，幾何不清晰度除了相關(guān)于焦點(diǎn)尺寸，還相關(guān)于所選用的放大倍數(shù)。圖像不清晰度可采用線對測試卡測定，也可用雙絲像質(zhì)計(jì)測量。射線實(shí)時成像檢測系統(tǒng)的圖像，容易實(shí)現(xiàn)較高的對比度，但卻往往不能得到滿意的清晰度。（3）對比靈敏度。對比靈敏度定義為從顯示器圖像中可識別的透照厚度百分比，即△T／T。在射線實(shí)時成像檢測系統(tǒng)顯示器上所觀察到的圖像對比度C與主因?qū)Ρ榷群蜔晒馄恋牧炼扔嘘P(guān)。對比靈敏度可用階梯試塊測定。8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第十頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、射線實(shí)時成像檢測技術(shù)的工藝要點(diǎn)

最佳放大倍數(shù)圖像放大后有利于細(xì)小缺陷的識別。但隨著放大倍數(shù)的增大，幾何不清晰度也增大，不利于缺陷識別。

掃描速度和定位精度射線實(shí)時成像檢測過程包含動態(tài)檢驗(yàn)和靜態(tài)檢驗(yàn)。對動態(tài)檢驗(yàn)，要控制好工件和射線源的移動速度，它直接相關(guān)于圖像的噪聲。采用的掃描速度與射線源的強(qiáng)度相關(guān)。對靜態(tài)檢驗(yàn)，機(jī)械驅(qū)動裝置必須具有一定的定位精度（≤10mm）。8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日圖像處理。在射線實(shí)時成像檢測技術(shù)采用的數(shù)字圖像處理技術(shù)包括對比度增強(qiáng)（灰度增強(qiáng)）、圖像平滑（多幀平均法降噪）、圖像銳化（邊界銳化）和偽彩色顯示等。

系統(tǒng)性能校驗(yàn)。為保證檢驗(yàn)結(jié)果可靠，必須對系統(tǒng)的性能進(jìn)行定期校驗(yàn)。校驗(yàn)方法有靜態(tài)校驗(yàn)和動態(tài)校驗(yàn)兩種。靜態(tài)校驗(yàn)項(xiàng)目包括圖像分辨率和對比靈敏度等，校驗(yàn)的周期和間隔應(yīng)符合有關(guān)要求。用帶缺陷的試樣進(jìn)行動態(tài)校驗(yàn)時，所用透照參數(shù)和試件移動速度應(yīng)與實(shí)際檢測相同，像質(zhì)計(jì)的選擇、數(shù)目、放置等應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)和工藝的規(guī)定。8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日4、圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時成像系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和局限性與常規(guī)射線照相相比，圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時成像系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)和局限性：工件一送到檢側(cè)位置就可以立即獲得透視圖像，檢測速度快，工作效率比射線照相高數(shù)十倍。不使用膠片，不需處理膠片的化學(xué)藥品，運(yùn)行成本低，且不造成環(huán)境污染。檢測結(jié)果可轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像用光盤等存儲器存放，存儲、調(diào)用、傳送比底片方便。圖像質(zhì)量，尤其是空間分辨率和清晰度低于膠片射線照相。圖像增強(qiáng)器體積較大，檢測系統(tǒng)應(yīng)用的靈活性和適用性不如普通射線照相裝置。設(shè)備一次投資較大。顯示器視域有局限，圖像的邊沿容易出現(xiàn)扭曲失真。8.2射線實(shí)時成像檢測技術(shù)第十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)1、

計(jì)算機(jī)射線照相技術(shù)（CR）

計(jì)算機(jī)射線照相（computedradiography），是指將X射線透過工件后的信息記錄在成像板（imageplate,IP）上，經(jīng)掃描裝置讀取，再由計(jì)算機(jī)生出數(shù)字化圖像的技術(shù)。整個系統(tǒng)由成像板、激光掃描讀出器、數(shù)字圖像處理和儲存系統(tǒng)組成。第十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日CR技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性：原有的X射線設(shè)備不需要更換或改造，可以直接使用。寬容度大，曝光條件易選擇。對曝光不足或過度的膠片可通過影像處理進(jìn)行補(bǔ)救。可減小照相曝光量。CR技術(shù)可對成像板獲取的信息進(jìn)行放大增益，從而可大幅度地減少X射線曝光量。

CR技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)字圖像存儲、傳輸、提取、觀察方便。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日成像板與膠片一樣，有不同的規(guī)格，能夠分割和彎曲，成像板可重復(fù)使用幾千次，其壽命決定于機(jī)械磨損程度。雖然單板的價格吊貴，但實(shí)際比膠片更便宜。CR成像的空間分辨率可達(dá)到5線對／毫米，稍低于膠片水平。雖然比膠片照相速度快一些，但是不能直接獲得圖像，必須將CR屏放入讀取器中才能得到圖像。

CR成像板與膠片一樣，對使用條件有一定要求，不能在潮濕的環(huán)境中和極端的溫度條件下使用。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日2、線陣列掃描成像技術(shù)（LDA）線陣列掃描數(shù)字成像系統(tǒng)工作原理如圖。由X射線機(jī)發(fā)出的經(jīng)準(zhǔn)直為扇形的一束X射線，穿過被檢測工件，被線掃描成像器（LDA探側(cè)器）接收，將X射線直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后傳送到圖像采集控制器和計(jì)算機(jī)中。每次掃描LDA探測器所生成的圖像僅僅是很窄的一條線，

8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)線掃描成像器準(zhǔn)直器圖像采集控制器第十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日線掃描成像器的技術(shù)特性：（1）空間分辨率?？臻g分辨率主要由像素的尺寸和排列決定。像素間距越小，其空間分辨率就越高。（2）動態(tài)范圍。動態(tài)范圍是指成像器可以識別的由X射線轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像的灰度等級。在實(shí)際使用過程中，由于轉(zhuǎn)換器件（光電二極管）的非線形特性，使得動態(tài)范圍要低于理論值。（3）動態(tài)校準(zhǔn)。校準(zhǔn)在很大程度上影響著光電二極管陣列的工作性能，校準(zhǔn)可以在模擬的部分進(jìn)行，也可以在數(shù)字部分進(jìn)行，或者是同時進(jìn)行?；拘?zhǔn)包括補(bǔ)償和放大。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日（4）掃描速度。影響掃描速度的主要因素是系統(tǒng)信號的處理速度和X射線光通量的大小，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)及電子線路的處理速度都很高，即使掃描線較長的LDA，也能在很短的時間內(nèi)處理完畢，因此系統(tǒng)的掃描速度取決于X射線光通量的大小。只有當(dāng)X射線在LDA上的累積劑量達(dá)到一定數(shù)量時才能有較好質(zhì)量的圖像，否則信號會被系統(tǒng)固有噪聲淹沒，使得成像質(zhì)量大大降低。（5）與射線源相關(guān)的設(shè)計(jì)。針對不同射線源，在LDA的設(shè)計(jì)上會有顯著的差異。首先要解決的是優(yōu)化閃爍體，實(shí)現(xiàn)閃爍體與X射線的能量匹配。其次是X射線的屏蔽和準(zhǔn)直，X射線會增加電子線路的噪聲，所以屏蔽和準(zhǔn)直很重要。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日3、

數(shù)字平板直接成像技術(shù)（DR）

數(shù)字平板直接成像（DirecterDigitalPanelRadiography）技術(shù)有非晶硅（a-Si）和非晶硒（a-Se）和CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）

三種。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十頁，共三十五頁，2022年，8月28日4、關(guān)于數(shù)字化射線成像技術(shù)的進(jìn)一步知識其他獲取數(shù)字圖像的方法除了上述CR、DR、LDA等數(shù)字化射線成像技術(shù)外，還有其他方法可以獲得射線檢測數(shù)字化圖像。比如對底片進(jìn)行掃描，可將底片上的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)子圖像；工業(yè)射線實(shí)時成像系統(tǒng)中通過數(shù)字式攝像機(jī)也能獲得數(shù)字圖像。但上述兩種方法均不劃入數(shù)字化射線成像技術(shù)范疇，因?yàn)檫@兩種方法的數(shù)字圖像是在模擬圖像基礎(chǔ)上加工而獲得的：前者是對已完成的射線照相產(chǎn)品―底片進(jìn)行一次再加工；后者僅是在最后階段通過數(shù)字式攝像機(jī)才變成數(shù)字信號圖像，而其成像過程的大部分信號傳遞變換―從射線作用于輸入轉(zhuǎn)換屏以及圖像增強(qiáng)器信號的輸入輸出均是模擬信號。以上兩種方法獲取數(shù)字圖像均8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日存在缺點(diǎn)：底片數(shù)字掃描的缺點(diǎn)是掃描轉(zhuǎn)換需要花費(fèi)較長時間和添加額外設(shè)備，圖形質(zhì)量也可能因掃描出現(xiàn)某種程度的退化；而在射線實(shí)時成像系統(tǒng)中，由于成像階段經(jīng)過模擬信號的多次轉(zhuǎn)換，造成信噪比降低和圖像質(zhì)量劣化，最終獲得的數(shù)字圖像質(zhì)量是不高的。數(shù)字成像探測器的分類數(shù)字成像探測器是數(shù)字化成像系統(tǒng)的關(guān)鍵元器件。各種數(shù)字成像探測器都是由集成的數(shù)字元件排列而成的陣列。根據(jù)光電轉(zhuǎn)換裝置的原理和器件不同，數(shù)字成像探測器可以分為氣體探測器和固體探測器兩大類。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十二頁，共三十五頁，2022年，8月28日5．?dāng)?shù)字成像系統(tǒng)的技術(shù)特性（1）數(shù)字成像系統(tǒng)的信噪比。信噪比是指有用信號電壓與噪聲電壓之比，記為S/N，通常用分貝值表示。信噪比越大，圖像質(zhì)量越好。（2）數(shù)字成像系統(tǒng)的分辨率。探測器的空間分辨率主要是由圖像傳感器的像素尺寸決定。（3）對比靈敏度與寬容度。圖像的對比度和寬容度實(shí)際上是由射線劑量、光電轉(zhuǎn)換裝置的動態(tài)范圍和系統(tǒng)增益決定的。其中，對比度與寬容度成為一對矛盾。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十三頁，共三十五頁，2022年，8月28日6．?dāng)?shù)字化射線成像技術(shù)特點(diǎn)總結(jié)各種數(shù)字化射線成像技術(shù)的共同特點(diǎn)是：檢測過程容易實(shí)現(xiàn)自動化，工作效率高，成像質(zhì)量好，數(shù)字圖像的處理、存儲、傳輸、提取、觀察應(yīng)用十分方便。從成像速度來說，各種數(shù)字化射線成像技術(shù)均比不上圖像增強(qiáng)器實(shí)時成像，但比膠片照相或CR技術(shù)快得多。膠片照相或CR技術(shù)在兩次照射期間需更換膠片和存儲熒光板，曝光后需沖洗或放入專門裝置讀取，需要花費(fèi)許多時間。而數(shù)字化射線成像技術(shù)僅僅需要幾秒鐘到幾十秒的數(shù)據(jù)采集時間，就可以觀察到圖像。數(shù)字化射線成像技術(shù)成像的速度與成像精度有關(guān)，其中最快的非晶硅平板可以每秒30幅的速度顯示圖像，甚至可以替代圖像增強(qiáng)器，然而，成像速度越快，所獲得的圖像的質(zhì)量就8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十四頁，共三十五頁，2022年，8月28日越低。除了不能進(jìn)行分割和彎曲外，數(shù)字平板能夠與膠片和CR有同樣的應(yīng)用范圍，可以被放置在機(jī)械或傳送帶位置，檢測通過的零件，也可以采用多角度配置進(jìn)行多視域的檢測。數(shù)字化射線成像技術(shù)的圖像質(zhì)量比圖像增強(qiáng)器射線實(shí)時成像系統(tǒng)高得多。各種成像技術(shù)比較：使用幾何放大的圖像增強(qiáng)器線性的空間分辨率約為300μm，二極管陣列（LDA）的空間分辨率約為250μm，非晶硅／硒接收板的空間分辨率約為130μm,CR平板的空間分辨率約為100μ

m。小型CMOS探測器的像素尺寸約為50μrn，掃描式CMOS陣列探測器的像素為80μm，使用幾何放大的掃描式CMOS陣列探測器的空間分辨率可達(dá)幾微米。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十五頁，共三十五頁，2022年，8月28日數(shù)字平板的共同缺點(diǎn)是其價格昂貴，而膠片和CR的成本相對較低，數(shù)字平板需要連接電源和電纜；非晶硅／硒接收板數(shù)字板易碎；其靈敏度會隨溫度變化。8.3數(shù)字化射線成像技術(shù)第二十六頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.4X射線層析照像（X-CT）

1、X射線計(jì)算機(jī)層析（computedtomography）

工業(yè)CT用經(jīng)過高度準(zhǔn)直的窄束X射線對工件分層進(jìn)行掃描。

X射線管與探測器作為同步轉(zhuǎn)動的整體，分別位于工件兩側(cè)的相對位置。檢查中X射線束從各個方向?qū)Ρ惶讲榈臄嗝孢M(jìn)行掃描，位于對測的探測器接收透過斷面的X射線，然后將這些X射線信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺儆赡M／數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，最后由圖像顯示器用不同的灰度等級顯示出來，就成為一幅X-CT圖像。工業(yè)CT檢測的特點(diǎn)是準(zhǔn)確率高。第二十七頁，共三十五頁，2022年，8月28日以往的傳統(tǒng)射線檢測是把工件全厚度重疊投影在一張底片上，無法分清楚各部分結(jié)構(gòu)。工業(yè)CT是工件的分層斷面圖像，可給出工件任一平面層的圖像，可以發(fā)現(xiàn)平面內(nèi)任何方向分布的缺陷，它具有不重疊、層次分明、對比度高和分辨率高等特點(diǎn)，容易準(zhǔn)確地確定缺陷的位置和性質(zhì)。工業(yè)CT產(chǎn)生的數(shù)字化圖像信號貯存、轉(zhuǎn)錄均十分方便。但CT技術(shù)完整地檢測一個工件比常規(guī)射線照相需要長得多的時間，費(fèi)用也要高很多。工業(yè)CT技術(shù)目前主要應(yīng)用在下列方面：（1）缺陷檢測。主要用于檢驗(yàn)小型、復(fù)雜、精密的鑄件和鍛件以及大型固體火箭發(fā)動機(jī)。8.4X射線層析照像（X-CT）第二十八頁，共三十五頁，2022年，8月28日檢驗(yàn)大型固體火箭發(fā)動機(jī)的CT系統(tǒng)，使用電子直線加速器X射線源，能量高達(dá)25MeV，可檢驗(yàn)直徑達(dá)3m的大型團(tuán)體火箭發(fā)動機(jī)。（2）尺寸測量。如精密鑄造的飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片的尺寸側(cè)量，尺寸誤差應(yīng)不大于0.1mm。（3）結(jié)構(gòu)和密度分布檢查。在航空工業(yè)中CT技術(shù)用于檢驗(yàn)與評價復(fù)合材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)，以及某些復(fù)合件的制造過程。這種檢測與評價過程與取樣破壞分析過程相比，不僅簡化了生產(chǎn)過程、降低了成本，而且可靠性也大大提高，CT技術(shù)還可用于檢查工程陶瓷和粉末冶金產(chǎn)品制造過程中材料或成分變化，特別是對高強(qiáng)度、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品更有意義。8.4X射線層析照像（X-CT）第二十九頁，共三十五頁，2022年，8月28日8.5中子射線照像1中子射線照相的原理中子射線的物理基本知識。中子是一種不帶電荷的基本粒子，中子射線與X射線和γ射線唯一的相同點(diǎn)是都屬于不帶電粒子束流，具有很強(qiáng)的穿透物質(zhì)能力。在其他方面，中子射線與X射線和γ射線的性質(zhì)迥然不同。中子與物質(zhì)相互作用時有如下特點(diǎn)：中子穿過物質(zhì)時主要是與物質(zhì)的原子核發(fā)生作用，與核外電子幾乎沒有作用。因此，中子的吸收概率主要決定于核的性質(zhì)。X射線和γ射線與物質(zhì)作用時其衰減隨物質(zhì)原子序數(shù)的增大而增大，而對中子來說，卻完全不具有這樣的規(guī)律性，原子序數(shù)相鄰的兩種元素對中子的吸收可能相差懸殊，序數(shù)小的元素吸收熱中子可能比序數(shù)大的元素吸收熱中子更強(qiáng)。第三十頁，共三十五頁，2022年，8月28日中子與物質(zhì)相互作用的強(qiáng)度減弱服從指數(shù)衰減規(guī)律，即：I=I0e-ut

衰減系數(shù)大小是由該元素的中子截面決定的，中子在某些較輕的元素中具有很大的截面，而在某些較重的元素中截面卻很小。

描述中子射線的參數(shù)有強(qiáng)度和能量，習(xí)慣上把0.1MeV以上的中子叫快中子，把1KeV以下的中子叫慢中子，介于其間的叫中能中子。10-2eV左右的中子叫熱中子。比熱中子能量更低的，就叫冷中子。目前無損檢測廣泛應(yīng)用的是熱中子射線照相檢驗(yàn)技術(shù)8.5中子射線照像第三十一頁，共三十五頁，2022年，8月28日中子射線照相原理