核電行業(yè)射線檢測數(shù)字化的關(guān)鍵問題和技術(shù)探討

射線檢測技術(shù)是核電廠無損檢測的主要方法之一。核電廠射線檢測存在的主要問題有：傳統(tǒng)膠片成像技術(shù)占主導，檢測流程復雜，工作效率低；核電檢測標準保守，人員技能要求高；底片存儲量大，數(shù)字化程度低，不易遠程共享與查閱；放射源使用安全風險系數(shù)高，現(xiàn)場管控難度大；檢測設(shè)備長周期、大數(shù)據(jù)管理，數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。隨著計算機圖像處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺的迅猛發(fā)展，核電廠目前廣泛使用的傳統(tǒng)射線檢測技術(shù)迫切需要更新?lián)Q代和技術(shù)升級，射線檢測需要全面走向數(shù)字化、智能化、高效化。現(xiàn)場技術(shù)提升射線檢測方法數(shù)字化轉(zhuǎn)變是核電廠射線檢測發(fā)展的必然趨勢，基于核安全文化的需要和被檢部件的特征，膠片技術(shù)與數(shù)字化成像技術(shù)相結(jié)合是現(xiàn)階段核電行業(yè)可選擇的代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片成像技術(shù)的理想方式。常見的數(shù)字射線成像系統(tǒng)如圖1所示。圖1數(shù)字射線成像系統(tǒng)實物傳統(tǒng)膠片技術(shù)、CR(計算機輔助成像檢測)/DDA(數(shù)字探測器陣列檢測)技術(shù)及CT(計算機斷層掃描)技術(shù)的優(yōu)缺點對比如下：1數(shù)據(jù)采集裝置研究與開發(fā)核電廠射線檢測環(huán)境復雜、空間狹窄，數(shù)字射線成像系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)采集裝置需滿足核電廠現(xiàn)場檢測的要求。DDA成像系統(tǒng)所用平板探測器的開發(fā)主要有：①像素尺寸精細化；②適用于γ射線平板探測器的開發(fā)；③管道自動射線檢測工裝的開發(fā)。CR成像系統(tǒng)所用IP板的開發(fā)主要有：①像素尺寸細化、信噪比提升；②IP板規(guī)格尺寸多樣化；③柔性類似膠片，分辨率提升。數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置如圖2所示。其中，配套Ir192γ射線源的DDA成像系統(tǒng)可適合于核電廠現(xiàn)場管道焊縫和閥門鑄件等部件的檢測，能滿足厚度大于10mm的碳鋼檢測要求，但不適用于穿透厚度10mm以下的鋼制類部件，對于大壁厚部件的檢測靈敏度還達不到膠片水平，如壁厚大于60mm的鋼制焊縫。圖2數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置2冷陰極X射線成像技術(shù)“冷陰極”是指電子管中不用加熱的方式而發(fā)射電子的陰極，常利用高導電率的場發(fā)射優(yōu)良材料(碳納米)作為冷陰極來制作冷陰極X射線管。冷陰極X射線機的核心部件是利用尖端放電原理所研制的針葉樹型碳納米結(jié)構(gòu)冷陰極管，冷陰極X射線機與常用熱陰極X射線機的性能對比如下：圖3冷陰極X射線機實物冷陰極X射線數(shù)字成像系統(tǒng)的主要特點有：焦點尺寸小(1mm)，可明顯提升射線檢測靈敏度；適用于小壁厚工件，可彌補Ir192源透照厚度的下限(鋼制焊縫厚度小于10mm)；環(huán)境劑量小，可顯著降低人員誤照射的幾率，在155kV電壓測試的情況下，冷陰極射線發(fā)射端正對面6m處測得的劑量率為1.34μSv/h，環(huán)境劑量率變化如圖4所示，滿足核電站對射線探傷中劑量邊界小于2.5μSv/h的要求，冷陰極數(shù)字射線成像技術(shù)使用中的邊界范圍可大幅度縮小，已可實現(xiàn)白天探傷和交叉作業(yè)。圖4冷陰極X射線檢測中環(huán)境劑量的測試示意

3管道數(shù)字化自動檢測技術(shù)集成管道自動爬行裝置和γ射線源的DR檢測系統(tǒng)，可滿足不同規(guī)格管道射線數(shù)字成像檢驗的任務，獲得的數(shù)字圖像可實現(xiàn)無漏檢自動拼接，設(shè)備體積小、整體重量輕、操作靈活。管道半CT掃描成像技術(shù)可實現(xiàn)三維重構(gòu)，基于斷層掃描可精確檢測缺陷形貌；分辨率和對比度高，對被檢部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸可完成精密無損測量；通過立體測量缺陷尺寸，能準確判定缺陷的類型。管道數(shù)字化自動檢測技術(shù)是核電廠射線檢測向數(shù)字化、智能化、高效化轉(zhuǎn)變的必要途徑。管道數(shù)字化自動檢測技術(shù)裝置實物如圖5所示。圖5數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置實物圖數(shù)據(jù)處理與分析1射線底片數(shù)字化處理核電廠底片數(shù)字化處理技術(shù)建設(shè)的需要主要體現(xiàn)在以下方面：群廠底片數(shù)據(jù)信息整合；數(shù)字化存儲與管理；遠程查閱與云平臺資源共享；核安全文化建設(shè)需求等。底片數(shù)字化基本處理技術(shù)主要包括底片疊加與搓片、底片拼接、缺陷與字碼自動識別等，主要實現(xiàn)的功能有：底片的自動疊加和搓片微調(diào)，使缺陷輪廓明顯，便于評定；數(shù)字化底片的無縫拼接，滿足底片整體評定低漏檢率的要求；自動標記缺陷位置，輔助評定；字碼的獲取與識別，以及底片的智能歸類存儲，便于后續(xù)底片的檢索與對比。圖6底片數(shù)字化基本處理技術(shù)底片數(shù)字化建模查重技術(shù)是基于底片數(shù)字化基本處理技術(shù)，對底片數(shù)字化后圖像進行數(shù)據(jù)提取和建模，進而實現(xiàn)底片查重的功能，如圖7所示。依據(jù)黑度漲落實現(xiàn)2D-3D的轉(zhuǎn)換，將缺陷處的信號進行歸納建模，選取基準黑度，分析噪聲并進行去噪處理。根據(jù)三維模型，進行黑度數(shù)據(jù)漲落和缺陷輸出信號轉(zhuǎn)變的對比，從而實現(xiàn)三維模型的查重功能。

圖7底片數(shù)字化建模查重技術(shù)實現(xiàn)路徑2數(shù)字成像與分析軟件開發(fā)數(shù)字成像軟件系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集與圖像分析兩大部分。采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像分析軟件中，可通過軟件處理來調(diào)整窗寬-窗位，增強局部像質(zhì)。信噪比和空間分辨率是表征數(shù)字圖像質(zhì)量的重要指標，信噪比測量決定了成像系統(tǒng)對缺陷的檢出能力；空間分辨率決定了細小缺陷的區(qū)分能力，其可用雙絲像質(zhì)計來測量。圖像分析軟件必須具備信噪比和空間分辨率的分析測量能力，同時尺寸測量是輔助評定的重要功能。軟件具有的缺陷識別功能可實現(xiàn)缺陷的自動標記、放大、篩查、甄別及輔助評定；降噪處理技術(shù)可增強缺陷的識別能力；水印功能可對數(shù)字圖像進行標識區(qū)分、智能歸類與存儲。數(shù)字成像軟件系統(tǒng)功能如圖8所示。圖8數(shù)字成像軟件系統(tǒng)功能3射線檢查過程數(shù)據(jù)監(jiān)控與處理傳統(tǒng)射線檢測中，對放射源的過程管控時有失效事件發(fā)生。而射線檢測數(shù)字化要求對放射源實現(xiàn)在線監(jiān)控，基于監(jiān)管平臺的區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)（見圖9），集現(xiàn)場區(qū)域劑量、視頻監(jiān)測于一體，通過數(shù)據(jù)管理平臺實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲和交換，能對放射源進行定位追蹤和異常狀態(tài)報警。即對現(xiàn)場放射源的使用、檢測區(qū)域劑量狀態(tài)、工作過程及異常等進行信息化管理和實時監(jiān)控，實現(xiàn)監(jiān)測信息化、自動化和網(wǎng)絡化，提高監(jiān)測和決策的科學性。圖9射線數(shù)字化區(qū)域監(jiān)控與處理設(shè)備長周期管理核電廠射線檢測設(shè)備管理主要依靠臺賬和紙質(zhì)文件，設(shè)備狀態(tài)依靠人為記錄和跟蹤，長周期管理流程繁瑣，需要投入大量的人力和物力，同時設(shè)備狀態(tài)不易查詢跟蹤和監(jiān)督，易導致設(shè)備的維護與保養(yǎng)缺乏針對性。因此，檢測設(shè)備信息管理平臺的開發(fā)與建設(shè)是解決這些問題的有效措施，某信息管理平臺的界面示例如圖10所示。

圖10檢測設(shè)備信息管理平臺界面示例

放射源信息管理能實現(xiàn)對放射源從采購、使用到報廢的全過程監(jiān)控，主要包括放射源新增管理、基本臺賬、運行管理、統(tǒng)計分析、許可證管理、維護等多方面的數(shù)字化管控，即實現(xiàn)放射源從入場入庫、使用、運輸交接、報廢、盤點等長周期的數(shù)字化管理。生產(chǎn)設(shè)備信息管理能實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的全流程管控，包括從立項、方案設(shè)計、制造、裝配調(diào)試、驗收、移交、服役到退役的全過程和長周期管控，以保證生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量。

設(shè)備全壽期管理能實現(xiàn)對使用中的設(shè)備從采購入庫、領(lǐng)用、維保與報廢的全過程管理，對設(shè)備狀態(tài)進行多方位、全壽期的管控，管控中通過操作日志信息、年度維保計劃、設(shè)備維保記錄、設(shè)備維修記錄、設(shè)備改造計劃、設(shè)備改造記錄等，保證設(shè)備長周期處于受控狀態(tài)，其全壽期管理模塊如圖11所示。

圖11檢測設(shè)備全壽期管理模塊結(jié)語融合射線檢測現(xiàn)場技術(shù)提升、數(shù)字成像及分析軟件開發(fā)以及設(shè)備長周期管理于一體的綜合性射線數(shù)字化技術(shù)，對核電行業(yè)進行綜合改進和升級，可使射線檢測全面走向智能化、數(shù)字化、高效化，推動核電行業(yè)射線數(shù)字化