高能射线检测大作业.doc

目 录高能射线照相11 高能射线的产生11.1 电子回旋加速器11.2 直线加速器22 透照工艺33 技术数据53.1 固有不清晰度53.2 透照灵敏度64 特点6- I -高能射线照相能量在1MeV以上的X射线被称为高能射线。工业射线检侧使用的高能射线大多数是通过电子加速器获得的，常用的加速器有两种，即回旋加速器和直线加速器。1 高能射线的产生1.1 电子回旋加速器电子回旋加速器采用变压器的磁感效应使电子加速。变压器的一次绕组和交流电源连接，使铁心上的二次绕组产生的电压等于二次绕组的匝数与磁通量的时间变化率的乘积，产生的电子流由存在于导线中的自由电子构成。电子回旋加速器本质上是一个变压器，如图1.1所示。 图1.1 电子回旋加速器示意图1一平衡轨道 2盘形轨道 3一靶结构 4一发射器 5一内部深靶 6一钢片 7环形室8一电子轨道 二次绕组是一个抽成真空的环形管，又称为环形真空室。环形管通常是瓷制的，内侧涂有导电的靶层并接地，除了代替导线之外，环形管还用来容纳被加速的电子。 环形真空室位于产生脉冲磁场的电磁体的两极之间，射人管中的电子由于磁场作用将在环形通道中被加速，作用在粒子上的力与磁通量变化速率及磁场大小成正比。被加速的电子在撞击靶之前要环绕轨道转几十万圈，以获得足够的能量。 电子回旋加速器的焦点很小，照相几何不清晰度小，可以获得高灵敏度的照片，但设备复杂、造价高、体积大、射线强度低，影响了它的应用。1.2 直线加速器直线加速器的主体是由一系列空腔构成的加速管，空腔两端有孔可以使电子通过，从一个空腔进入到下一个空腔。直线加速器使用射频（RF）电磁场加速电子，利用磁控管产生自激振荡发射微波，通过波导管把微波输入到加速管内。加速管空腔被设计成谐振腔，由电子枪发射的电子在适当的时候射入空腔，穿过谐振腔的电子正好在适当的时刻到达磁场中桌一加速点被加速，从而增加了能量，被加速的电子从前一腔体出来后进入下一个空腔被继续加速，直到获得很高能量。电子到靶时的速度可达光速的99%，高速电子撞击靶产生高能X射线。目前用于探伤的有两种直线加速器，一种采用行波加速，另一种采用驻波加速。直线加速器焦点稍大，但其体积小，电子束流大，所产生的X线强度大，适合用于工业射线照相。直线加速器由电流调整系统、控制操作台和主机三个部分组成，总体布置如图1.2所示：图1.2 直线加速器的总体布局（1） 电流调整系统 380V的下相电经过稳压系统稳压后，经高压供电系统（H.V.P系统）并通过调制解调器提供核个加速器各部分的电源。（2） 控制操作台在控制操作台而板上可以预置摄片曝光时间和剂量（Gy数）。在透照过程中，若曝光时间与剂量数有一项已达到预置数时设备即停止射线输出。面板上还设有自锁控制故障的指示系统。如高压、真空、氟利昂真空，调制器门限位、挡板钥匙等联锁系统，只要有一个故障指示灯亮着，就无法使射线输出，必须排除故障以后才能输出射线。（3） 主机主机是该设备的核心部分。主要由电子枪、加速管、靶、波导管、磁控管自动频率调整系统、剂量测试系统、均整器、准直器及高真空系统、激光对焦系统组成。均值器是一个用铅、钨等用重金属制成，其作用是使射线束更加集中，只照射需要照射的部位，减少散射线。该设备还设有激光对焦系统，在射线照相时，可用该系统使射线中心束对准被照工件中心。使摄片操作更加方便、可靠。 与电子回旋加速器相比，直线加速器焦点稍大，但其体积小、电子束流大，所产生的X射线强度大，更适合用于工业射线照相。2 透照工艺 在加速器中产生的X射线主要在电子速度方向辐射。这样，在辐射场的横断面上，辐射强度很不均匀。线束中心的强度比偏离中心处的强度高出很多，图1.3是典型的辐射强度分布。这种情况随射线能量的提高而更加显著，它限制了高能射线可使用的辐照场。为了使射线束具有较大的比较均匀的辐照场，在高能X射线照相检验技术中经常采用补偿器。图1.3高能X射线辐照场强度的分布 补偿器一般用铝制做，在射线束中心区其厚度大，随着角度加大厚度逐渐减小，以不同厚度对射线的吸收不同，得到具有较大均匀区的辐照场。 对高能X射线照相检验，由于射线的能量高，射线束辐照的任何物体，都可以产生很强的散射线。因此，应注意控制散射线。控制散射线主要是使用准直器、增感屏和屏蔽板。 准直器用铅、钨等制做，限制射出的射线束范围，使其只照射需要照射的部位。铅、钨等材料的宽束半值层厚度值见表1-1表1-1部分材料高能宽束半厚度 铅箔增感屏一方面具有增感作用，另一方面具有吸收散射线的作用。前铅屏增感作用与其厚度的关系见图1.4，推荐使用的铅增感屏厚度见表1-2。屏蔽板放置在透照物体与胶片暗盒之间，吸收来自物体的散射线。推荐使用的铅屏蔽板厚度见表1-2。图1.4 前增感屏的增感作用(铅)表1-2 推荐的增感屏和屏蔽板厚度(铅) 在高能射线照相检验中，必须进一步考虑的另外一个问题是辐射防护。由于高能射线的能量高，穿透力强，必须对辐射防护问题作出严格而细致的考虑，必须对认真进行辐射防护设计。 高能X射线照相的曝光曲线一般如图1.5所示，可达到的射线照相灵敏度如图1.6所示。图1.5 典型的高能射线曝光曲线图1.6 钢的高能射线照相灵敏度3 技术数据3.1 固有不清晰度高能X射线设备焦点小，且高能射线照相时，为了得到足够大的照射场，通常采用较大的焦距，因此，几何不清晰度较小，而固有不清晰度却因为射线能量高而较大。与低能X射线照相检测相反，固有不清晰度成为影响高能射线照相清晰度的主要因素。表1-3给出的是不同能量下高能射线照相的固有不清晰度值。表1-3 高能射线照相的固有不清晰度能量/MeV12481016Ui/mm0.150.30.40.60.81.03.2 透照灵敏度对于大多数的材质和厚度范围，如果采用工艺正确，高能射线照相灵敏度都能够达到或低于1%，图1.4所示为钢的高能射线照相的线型像质计的灵敏度曲线。图1.4 钢的高能射线照相的线型像质计的灵敏度4 特点（1） 射线穿透能力强，透照厚度大。 常规X射线检测设备对钢板的穿透厚度通常小于100mm，60Co射线对钢的穿透厚度极限约为200mm，而工业应用的高能射线能量范围在124 MeV，对钢的透照厚度可达400mm以上，因此，200mm以上大厚度工件的射线检测，采用高能射线照相最适合。（2） 焦点小，焦距大，照相清晰度高。高能X射线设备体积比一般X射线检测设备要大得多，散热间题比较容易解决，所以焦点可以做得很小。电子回旋加速器焦点只有0.30.5mrn,直线加速器的焦点也只有13mm。另外，为保证足够大的辐照场，高能射线照相应选用大焦距，而小焦点和大焦距均有利于提高照相清晰度。（3） 散射线少，照相灵敏度高。在高能范围内，射线光量子与物质的作用主要是康普顿散射和电子对效应，散射比变化趋势是随着射线能量的提高散射比不断降低。另一方面，由于相互作用过程所产生的次级粒子具有很高的能量，所引起的进一步散射主要集中在一次射线方向，大角度散射总量少。因此，高能射线照相散射比小（图1.5），照相灵敏度高。图1.5 高能射线照相散射比（4） 射线强度大，曝光时间短，可以连续运行，工作效率高。直线加速器距离靶1m处的剂量可达4100Gy/min，大大高于应用于工业检测的各种射线源的剂量率。普通工业X射线设备工作与间歇时间之比一般为1:1，而加速器可以连续运行不需间歇，因此，采用直线加速器照相透照工件的曝光时间很短，尤其对于大厚度工件照相的工作效率很高，透照工100mm厚的钢工件曝光时间约为1 min左右，这是其他设备所无法比拟的。（5） 照相厚度宽容度大。 物质对高能射线吸收规律明显不同于低能射线，其吸收系数随能量的变化较缓慢。大致在110MeV范围内时，物质的射线吸收系数随能量增