Se-75.doc

国内第一颗Se75射线源在后石电厂的试验和应用 第12页 共12页国内第一颗Se75射线源在后石电厂的试验和应用黑龙江省火电第三工程公司 李长辉 李中允 孙志勇 孙建业摘要：通过大量X射线、Se75、Ir-192的对此试验，看到Se75的优越性（尤其是在小径管透照方面），对试验数据整理，得出Se75的经验曝光公式，并在实际工作中得到验证。关键词：X射线、Se75、Ir-192、曝光公式一、 Se75的出现射线穿透能力强，探测厚度大，效率高；设备体积小、重量轻，不用电、水、故障率低，价格适中；不受温度、压力、磁场等外界条件影响等诸多优点，在工业射线照相中广泛应用。但射线源的能量无法人为调整，使得给应用和辐射防护过程中带来不利影响，半衰期的长短不一，使得在应用时间和成本计算上存在很多困难。人们长期不断地在寻找和研制综合性能优异，成本合理，照相质量高，安全可靠的新源种，Se75在目前阶段正是符合要求的射线源。Se75射线源九十年代出现，在少数发达国家和地区得到应用，2000年初，引入我国，在工程中试用，取得了较为满意的效果。二、 Se75的特性Se75（质量数为75，质子数为34，中子数为41）是一种人工放射性同位素，半衰期118.5天，比活度为1.45*104Ci/g。放射线能量范围在66kev-401kev之间，包含9条放射线能量谱线；主要受两条线支配，能量分别为132kev和265kev，它们占有很高的强度比例，因而Se75放射源有较低的能量范围。适合透照40mm厚度以下的钢质材料，Se75同位素在一米处的曝露剂量为2.04Rcm2/hmci，在安全防护上有很大优势。表一：Se75不同尺寸对应活度射源尺寸（mm）活度（ci）1.0*1.02.51.5*1.5102.0*2.0222.5*2.5453.0*3.080图一：Se75能量谱线 60%0 100 200 300 400三、 Se75射线源透照曝光量公式从理论上讲，为了使某一底片得到一定的黑度，射源透过工件达到胶片的曝光量是一定的。设某一射源的强度为A，衰变常数为，射源离胶片的距离为F，工件实际透照厚度为TA，射源离工件表面距离为F-TA时的照射量为Io，透过工件后的照射量为IP，为了达到某一黑度所需的时间为t，工件在该射源下的半值层为Th，则有：IP*t为定值（相同胶片，相同显定影条件）而：IO/IP=2TA/Th （1） 又：IO= A*/（F-TA）2A*/F2（因FTA，F-TAF） （2）由合并公式（1）和（2），得：A*t=K*F2*2TA/Th （3） 公式（3）即为该射源的透照曝光量公式，其中K为常数。对应某一次透照，A、F、TA、是已知的，而对于某种射源来说Th是确定的。因此，只要通过试验得出K值，公式（3）就可成为该射源的透照曝光量经验公式。但对于Se75射源来说，现有资料中均未提及Th值，因此也需要通过试验得出。1、 试验：射源：Se75射线源试件：标准阶梯试块。 将Se75射源对准阶梯试块每个台阶的正中央分别对D4和D7胶片进行透照，焦距固定，相同的方法进行暗室处理（显影时间为5分钟）。经对各底片黑度的测量（取黑度D=2.0， D=2.5为基准值），所得数据见表二。2、 结果：将表中各数据进行数学推理，得出曝光公式如下： D=2.0： D7：A*t=0.018*F2*2TA/10 (4)D4：A*t=0.042*F2*2TA/10 (5) D=2.5： D7：A*t=0.028*F2*2TA/10 (6)D4：A*t=0.067*F2*2TA/10 (7)公式中的单位：A：Ci，t：min，F：cm，TA：mm公式（4）（5）（6）（7）在其它焊缝试件中应用，符合性很好，可作为Se75透照曝光量经验公式。表二：在D=2.0、 D=2.5下透照厚度与曝光量的对应关系照相厚度Se-75曝光系数Ci*Sec/M2黑度=2黑度=2.5mmD4D7D4D7844320.2818463.0170242.9129261.90947500.9719783.4775283.9731354.691050909.9321198.3780686.8033597.161154563.5422714.4686477.3836000.001258479.3524338.9992683.5238574.701362676.1826079.7099335.0541333.531467174.2027944.90106463.9344289.681571995.0329943.50114104.4347457.241677161.8332085.03122293.2550851.351782699.4334379.73131069.7654488.211888634.4436838.55140476.1258385.161994995.3839473.22150557.5462560.8320101812.8342296.31161362.4667035.1421109119.5345321.32172942.8171829.4422116950.6148562.66185354.2376966.6423125343.7052035.83198656.3782471.2424134339.1255757.40212913.1688369.5225143980.1159745.13228193.1094689.6526154313.0064018.06244569.62101461.7927165387.4368596.59262121.41108718.2628177256.6473502.57280932.83116493.7229189977.6578759.42301094.28124825.2730203611.5984392.24322702.63133752.6831218223.9990427.91345861.72143318.5832233885.0796895.25370682.86153568.6333250670.08103825.13397285.30164551.7534268659.69111250.64425796.91176320.3835287940.33119207.20456354.67188930.6936308604.68127732.82489105.45202442.8837330752.02136868.18524206.62216921.4538354488.79146656.90561826.86232435.5239379929.05157145.70602146.96249059.1540407195.06168384.65645360.68266871.69四、 Se75射线源的透照厚度范围Se75平均能量为0.206MeV,相当于200Kv的X射线,衰减系数较大,射线照相对比度D较大,射线照相的固有不清晰度小(Ir192为0.17,Co60为0.350,而200Kv的X射线仅为0.09),清晰度较高.因此,Se75应比Ir192和Co60 有较小的透照厚度下限值.同时Se75所辐射的是线状谱,线质较硬,比起相同能量的X射线,它的穿透力更大,因此有较大的透照厚度上限值.有关Se75的透照厚度范围，国际标准ISO5579是这样规定的：A级为10mm40mm，B级为14mm40mm，而有的地区则规定为4mm30mm。目前我国尚无这方面的报道。因各个国家透照方法、透照条件技术要求有差异，因此需要通过大量试验来确定一个适合中国国情的透照厚度范围。1、 试验：射源：Se75射线源试件：=6mm 、7mm、12 mm、25 mm、30 mm和40 mm的平板焊缝及阶梯试块。按焦距（F=300 500 mm）和胶片（D4、D7）不同组合，用Se75射源对上述平板焊缝按公式（6）和（7）计算的曝光量进行透照，工艺相同，暗室处理相同（显影时间为5分钟）。通过测量各底片的黑度和灵敏度，有效数据见表三（表中透照厚度栏内带括号的为平板焊缝试件，均考虑2 mm的余高。2、 结果：由表三可以看出，在满足合格底片要求的前提下，Se75射源的透照厚度下限值为9 mm。对于上限值，可以透过母材厚度为40 mm的平板焊缝，且底片各项指标符合要求。如果透照厚度大，则曝光时间太长。因此，Se75射源较合适的透照范围应该是9 mm40 mm。表三：Se75在不同透照厚度下底片的象质情况透照厚度（mm）焦距（mm）胶片类型灵敏度要求试验结果象质黑度灵敏度6500D4152.7315清晰500D7153.2014清晰8500D4142.8014清晰500D7143.2113较清晰7（9）300D4131.942.9613清晰300D7132.293.3813清晰500D4132.393.1214清晰500D7132.433.0713较清晰12（14）300D4121.822.7513清晰300D7122.023.0112较清晰500D4121.942.6213清晰500D7122.102.7212较清晰25（27）300D791.913.0510清晰500D492.323.1710清晰500D7992.302.9710清晰30（32）350D492.153.0110清晰350D792.233.1510清晰40（42）350D481.772.6810清晰350D782.233.4710清晰五、 Se75射线源对小径管透照的灵敏度在电力安装、检修过程中有很多小径管需要透照。小径管透照厚度变化很大，有效最小值为管壁厚度的2倍加一个余高（指椭圆透照）（TAmin=2T+h，T为管壁厚度，h为焊缝余高），理论最大值为假定射线束与内切圆相切时的射线行程。因此，对小径管透照，在考虑某种射源是否合适时，要看这种射源在最小透照厚度TAmin 处灵敏度能否达到要求，如果在此处灵敏度达到要求，应该说这种射源是适合的。通过以上试验已得出Se75的透照厚度范围为9mm40mm，根据TAMIN=2T+h=9mm，考虑焊缝余高为2mm，则T=3.5mm。这表明：如果透照工艺得当，对于管壁厚度3.5mm的小径管，利用Se75射源照是可行的。下面将通过大量试验来验证这种推测是正确的。1、 试验：射源：Se75、Ir192、X射线试件：小径管42*3.5、42*5、60*6、51*8、60*12用射源（Se75、Ir192、X射线）、焦距（F=300mm、500mm）、胶片（D4、D7）、小径管按DL/5069-96所规定的工艺进行透照，采用等径象质计和R10系列象质计，透照厚度TA按DL/5069-96中的小径管专用公式计算，曝光时间按公式（6）、（7）计算，暗室处理条件相同，通过对所有底片的观察和测量，有效试验数据见表四和表五。表四：Se75、Ir192、X射线各项指标比较试件规格射源焦距（mm）胶片类型灵敏度要示试验结果比较黑度灵敏度42*3.5TA=12.8Se-75300D4132.082.9713#较清晰Ir-192300D4131.452.0513#象质不好X射线300D4131.873.2613#较清晰Se-75300D7131.893.3513#较清晰Ir-192300D7131.892.7713#不清晰X射线300D7131.923.1513#清晰Se-75500D4131.912.8813#清晰Ir-192500D4131.922.8712#不清晰X射线500D4131.472.1413#清晰Se-75500D7131.943.2513#较清晰Ir-192500D7131.671.9413#象质不好X射线500D7131.672.9513#清晰42*3.5TA=15.9Se-75300D4121.913.0412#较清晰Ir-192300D4122.213.5612#不清晰X射线300D4121.412.8212#清晰Se-75300D7122.823.5212#较清晰Ir-192300D7122.703.9212#不清晰X射线300D7121.422.7012#清晰Se-75500D4121.893.0112#清晰Ir-192500D4121.823.1312#不清晰X射线500D4121.622.8912#清晰Se-75500D7121.873.5112#清晰Ir-192500D7121.842.9312#不清晰X射线500D7121.743.3812#清晰60*6TA=20.4Se-75300D4102.083.3310#较清晰Ir-192300D4101.912.8310#不清晰X射线300D4101.883.5410#清晰Se-75300D7102.043.0910#较清晰Ir-192300D7102.423.6110#较清晰X射线300D7101.803.6010#清晰Se-75500D4102.073.3410#清晰Ir-192500D4101.842.9010#清晰X射线500D4101.232.4510#清晰Se-75500D7101.862.6110#清晰Ir-192500D7102.063.7710#清晰X射线500D7101.833.1010#清晰51*8TA=22.8Se-75300D4101.762.4810#较清晰Ir-192300D4101.963.1610#较清晰X射线300D4101.461.9510#较清晰Se-75300D7102.483.9110#较清晰Ir-192300D7102.053.5710#较清晰X射线300D7101.883.2410#清晰Se-75500D4101.812.6510#清晰Ir-192500D4102.223.1810#清晰X射线500D4101.332.4810#清晰Se-75500D7101.873.0210#清晰Ir-192500D7102.573.4710#清晰X射线500D7102.083.6410#清晰60*12TA=31.2Se-75300D491.992.74可见9#较清晰Ir-192300D492.163.15可见9#较清晰X射线300D491.482.57可见9#较清晰Se75300D792.263.569#较清晰Ir192300D792.043.169#较清晰Se75500D492.443.62可见10#清晰Ir192500D791.833.019#较清晰表五 ：Se75、Ir192、X射线在射线照相灵敏度数值上的比较试件规格射线源焦距（mm）胶片类型灵敏度要求试验结果比较黑度灵敏度42*3.5TA=12.8Se-75500D4131.852.5513#较清晰Ir-192500D4131.922.87可见12#不清晰X射线500D4131.452.9314#清晰42*5TA=15.9Se-75500D4121.752.5713#清晰Ir-192500D4122.063.7712#不清晰X射线500D4121.633.6513#清晰60*6TA=20.4Se-75500D4102.073.2510#清晰Ir-192500D4101.842.9010#清晰X射线500D4101.22.4510#清晰51*8TA=22.8Se-75500D4101.812.6510#清晰Ir-192500D4102.223.1810#清晰X射线500D4101.332.4810#清晰2、 结果：从表四可以看出，对管壁厚度3.5mm的小径管透照，Se75和X射线一样，灵敏度均能达到要求，但在管壁较薄时，Se75在清晰度方面要比X射线稍差。应该说，从底片象质来看，Se75基本接近或达到X射线水平。而Ir192在灵敏度上明显不能满足要求，只是在壁厚为8mm以上时才有较好的象质。另外，从表五可以看出，在灵敏度数值上，Se75和X射线至少要比Ir192多发现一根金属线以上。六、 Se75在小径和管透照中底片的有效检出范围小径管的椭圆透照工艺中，灵敏度与宽度的矛盾是很突出的。为了有较大的厚度宽容度（常用能量较高的射线），灵敏度要受到损失，为了达到较高的灵敏度（常用低能量的射线），则厚度宽容度较小。Se75所辐射的射线为线状谱，能量较低，虽有很高的灵敏度，但其厚度宽容度较小。从下面的试验中可以看出，在满足灵敏度、黑度要求的情况下，用来说明厚度宽容之一的有效检出范围，Se75明显优于X射线。1、 试验：射源：Se75、X射线。用射源（Se75、X射线）、焦距（F=300mm、500mm）、胶片D4、D7）的不同组合对上述小径管按DL/T5069-96所规定的工艺进行透照（用X射线透照60*6、51*8，采用不同感光速度的双胶片技术），采用单丝象质计，曝光时间按公式（6）、（7）计算，暗室处理条件相同，用带有金属丝象质计观测框的专用评片标尺观察底片上金属丝影象，并按有关标准测量并计算出有效检出范围，有效试验数据见表七。测量计算方法：以小径管的内壁断面处的焊缝区为起点，用观察框分别向管中心和外壁移动，把刚发现金属丝影象处作为有效检出范围的终点（两点），用尺子测量这两点的直线距离L。设小径管的周长为S，则底片有效检出范围为：（S-4L）/*100% 2、结果：从表六可以看出，Se75底片不管管壁厚度大小，其有效检出范围均较大，基本可达到80%以上，而X射线底片在管壁厚度较小时可达70%以上，管壁厚度较大时只有60%多一点（双胶片技术）。可见。使用Se75在有效检出范围方面明显大于使用X射线照相及X射线的双胶片照相技术。表六：Se75与X射线对厚壁小径管的透照宽容度比较试件规格（mm）射源胶片类型焦距（mm）黑度金属丝不可见处的焊缝长度（mm）可评范围占周长