鈦標準材料射線透照等效系數的測試方法

鈦標準材料射線透照等效系數的測試方法

0等效系數的確定輻射源等系數是隨著透射電壓等參數的變化而變化的一系列數值。不同透照電壓下的等效系數不同。當透照電壓相差數十千伏以上,不同透照電壓等級下的等效系數相差較大,且不存在比例關系。射線透照等效系數具有確定非標準材料曝光條件以及實施像質計代用等作用,特別對指導外場作業(yè)具有重要的意義。但長久以來,等效系數的理論與應用研究開展的并不深入。其中原因與等效系數測試方法的不完善有較大關系。射線透照等效系數φ是指在一定管電壓下,達到相同射線吸收效果(或者說是獲得相同底片黑度)的標準材料的厚度TJB4730—94中給出了以鋼為標準材料的部分材料等效系數,如表1所示。表1的意義在于:將系數乘以待檢材料的厚度,即得到相當于多少厚度鋼的吸收效果表1射線能量(透照電壓)均在100kV及以上,而廣泛應用的鈦、鋁、鎂、鈹及其合金材料以及絕大部分的非金屬和復合材料,密度均較鋼低,吸收系數要比鋼小得多1底片影像的產生同時透照法是將不同材料試樣置于同一張射線底片之上,用相同透照參數,在相同沖洗條件下獲得射線影像的方法。由于材料的密度差異,同等厚度不同材料試樣的影像黑度不同。1.1等效系數的確定實驗選用鈦、鋁、鋼及酚醛樹脂階梯試塊,其中鈦、鋁、鋼為市購10臺階標準階梯試塊,階梯厚度增量1mm,酚醛樹脂為7臺階非標設計階梯試塊,最薄厚度40mm,階梯厚度增量5mm。將鈦和其他待測材料標準階梯試塊(圖1)和酚醛樹脂階梯試塊,放置于一張射線膠片之上,選擇適當焦距,用透照電壓50kV,曝光量15mA·min進行射線照相,獲得鈦及其他材料階梯試塊影像見圖2。圖2可見,在50kV透照電壓下,2mm以下的鋁、鈦以及50mm以下的酚醛樹脂區(qū)域,底片影像黑度大,其階梯影像消失在背景中,表明相同厚度下,材料密度不同,影像黑度不同,其中材料密度小的底片黑度大。等效系數的確定應在同一黑度條件下進行。本文選取1.5黑度,即其他材料等效厚度應和標準材料鈦在某厚度所對應的底片黑度一致,且均為黑度1.5。具體地,選取透照電壓50kV,曝光量15mA·min,對鈦和其他材質階梯試塊同時進行射線照相,獲得鈦階梯試塊3mm處黑度為1.5的射線影像,此時,其他材料階梯試塊底片黑度1.5處所對應的階梯厚度就是3mm鈦的等效厚度。測量圖2中底片黑度1.5時不同材質的對應厚度,結果見表2。表2,鋁4mm處和鈦3mm處黑度同為1.5,按等效系數定義公式,鋁相對鈦的等效系數為0.75。酚醛樹脂和鋼由于沒有黑度1.5的對應厚度,因此其等效系數無法通過表2結果直接建立,為獲得酚醛樹脂和鋼具有1.5黑度的對應厚度,此時可采用同時透照法的兩個延伸方法。1.2階梯試塊的制作實驗采用的鋼標準階梯試塊厚度區(qū)間在1~10mm,其最薄1mm處的影像黑度為1.0,若希望獲得1.5黑度的影像,根據射線照相理論,勢必要選用更小的鋼厚度。同理,對于密度較小的酚醛樹脂,要選用更大的厚度。但這只是定性地確定了材質厚度的選擇方向,實際量化則需擴展階梯試塊的范圍。具體到上述材料,鋼材質階梯試塊,應制作厚度區(qū)間0.5~1.0mm、階梯等厚度0.1mm的5臺階階梯試塊,進行透照;對于酚醛樹脂,可制備厚度區(qū)間55~65mm、階梯等厚度1mm的10臺階階梯試塊。這樣的階梯擴展結果有著經驗的因素,但如果制作范圍更廣,階梯等厚度更小的階梯試塊,同時透照法是一種有效的方法。雖然階梯擴展的方法直觀有效,但存在費工、耗時的問題,特別對射線檢測人員不熟悉的材質階梯試塊的制備將是一件復雜的工作。因此在現有階梯試塊基礎上,完成同時透照法等效系數的確定,等效厚度的校正方法具有一定的優(yōu)勢。1.3厚度對黑度變化的影響影響底片黑度的因素較多,如材料密度、透照厚度、透照參數、膠片、顯影溫度等。用同一參數同時照相,可保持材料密度,透照參數,膠片,顯影溫度的恒定關系。此時底片的黑度僅與透照厚度相關,且保持指數相關酚醛樹脂影像的黑度變化,同樣是隨著厚度的增加而減小,且黑度變化僅與其厚度指數關聯,并且在厚度變化不大的情況下,趨勢基本一致。其黑度與厚度變化對應見表3。由表3看出,隨著厚度增加,黑度相應減小。對其進行指數擬合,擬合曲線、擬合公式見圖3。從圖3可知,相關系數R式中,y為黑度,x為厚度。根據式(1),當黑度選定為1.5時,求取對應厚度,公式兩邊取自然對數:即透照3mm鈦,相當于透照61.42mm的酚醛樹脂,按照等效系數計算公式:酚醛樹脂相對于鈦的等效系數約為0.049。值得注意的是,等效厚度校正時,其黑度及對應厚度值應在選定黑度的附近區(qū)域選取,若離散過大,指數規(guī)律不相同。用此方法也可獲得50kV,15mA·min時鋼相對于鈦的等效系數。2曝光曲線的制作對于需經常進行射線透照檢測的材質,比如鋁、鋼(鐵)、鈦,檢測人員通常會在實際應用之前制作曝光曲線,用以指導某種材質在不同厚度時的透照參數選取?？紤]曝光因子和厚度寬容因素,并協調透照電壓,曝光曲線黑度,將不同材質曝光曲線整合,可建立以曝光曲線為基礎的等效系數圖像法。2.1透照20mm厚度鈦曝光曲線是指在一定焦距下,以透照電壓為參數的曝光量對數與厚度的關系曲線,在適當區(qū)間,這種關系曲線呈直線顯示從圖(4)可知,若要透照20mm厚度鈦,大約可選用120kV,1.2(15mA·min),或100kV,1.4(30mA·min)兩個透照參數。對于透照密度更低的酚醛樹脂,需制作專用的酚醛樹脂曝光曲線(圖5)。2.2等效系數的確定分析圖4、圖5,雖然其材料不同,但黑度條件一致,均為1.5,且橫坐標與縱坐標性質以及單位相同,因此,兩圖所示曝光曲線可在同圖中繪制。選取50kV時,鈦和酚醛樹脂曝光曲線見圖6。在圖6中,當選取曝光量15mA·min即縱坐標刻度1.18時,兩條曝光曲線橫坐標對應厚度分別為鈦3mm、酚醛樹脂為61mm。在圖6中同樣可任意選取其他曝光量,如此在兩條曝光曲線上能獲得無數個對應等效厚度。但等效系數不會因為等效厚度的變化而發(fā)生改變。這是因為:盡管在選取透照電壓的同時,也要選取曝光量,但事實上等效系數不隨曝光量變化而變化。由曝光曲線公式可以證明這一關系。透照電壓50kV時,鈦曝光曲線中,有直線:酚醛樹脂曝光曲線中,有直線:兩式中截距b需要說明的是,完整的曝光曲線并非一條真正的直線,只有透照厚度達到一定數值時,才呈直線顯示,因此關于直線截距分析是一種近似的方法。另外,雖然曝光量的選取理論上不影響等效系數的計算,但等效系數需要在某一黑度下獲得,而黑度又和曝光量密切相關。因此過大或過小的曝光量,都不能獲得準確的黑度測量值。因此選用較為恰當的曝光量也同樣重要。3等效系數圖像法相對于建立不同透照電壓的射線透照等效系數數值體系,等效系數獲得方法的建立更有意義。本文給出了獲得等效系數的兩種方法。等效系數同時透照法是一種比較直觀的方法。同時透照后,底片影像黑度一致處即存在等效厚度。如果影像