第五章 射线检测

1、5.1射线检测的基本原理5.2射线检测方法5.3射线检测装置5.4射线检测应用实例5.1射线检测的基本原理5.1.1原子结构5.1.2X射线5.1.3射线与物质间的相互作用5.1.4射线的衰减5.1.1原子结构0.tif图5-1射线检测原理5.1.1原子结构图5-2原子结构的行星模型5.1.2X射线1.能量2.强度3.X射线的产生1)能够产生电子的电子源。2)加速电子运动的高压电场。3)阻止电子运动的靶。4)高度真空的空间。4.X射线谱图5-3钼靶的X射线谱5.1.2X射线5.X射线的主要性质1)在真空中以光速直线传播。2)不带电，不受电场的影响。3)在异质界面上会发生反射和折射，在小孔和窄缝

2、处会发生干涉和衍射现象。4)穿透力强，能穿透可见光不能穿透的物质。5)能与物质原子发生复杂的物理作用和化学作用。6)具有辐射生物效应，能杀伤生物细胞。5.1.3射线与物质间的相互作用图5-4光电效应示意图1.光电效应5.1.3射线与物质间的相互作用图5-5康普顿效应示意图2.康普顿效应5.1.3射线与物质间的相互作用3.电子对效应4.瑞利散射图5-6电子对效应示意图5.1.3射线与物质间的相互作用图5-7瑞利散射示意图5.1.3射线与物质间的相互作用表5-1光子与物质相互作用的比较5.1.4射线的衰减1.基本概念(1)吸收、散射与衰减1)吸收：主要是电子获取了光子的全部或部分能量，光子的能量降

3、低或消失，而电子的能量又被物质吸收。2)散射：光子与核外电子相互作用后，失去部分能量，且改变传播方向，形成散乱射线。3)衰减：由于光子能量被物质吸收或改变传播方向，致使直接穿透物质的射线强度降低，称为衰减。图5-8透射射线的组成5.1.4射线的衰减(2)透射射线的组成入射射线经过与物质的相互作用后，透射射线中将包括：光电效应中产生的荧光射线；康普顿效应、瑞利散射中产生的散射线(即二次射线)；光电效应、康普顿效应和电子对效应中产生的荧光电子和反冲电子；直接透过物质的一次射线(未与物质发生作用，沿直线直接穿透物质)。2.射线衰减规律5.2射线检测方法5.2.1射线照相的影像质量5.2.2射线照相技

4、术的基本构成5.2.3曝光曲线5.2.4暗室处理技术5.2.5射线透照方法5.2.1射线照相的影像质量1.影像的特点(1)影像重叠在沿射线传播方向上的缺陷重叠在一起，如图5-9所示。(2)缺陷放大且不十分清晰缺陷放大是指缺陷影像的尺寸大于缺陷尺寸，如图5-10所示。图5-9影像重叠5.2.1射线照相的影像质量0.tif图5-10缺陷放大5.2.1射线照相的影像质量(3)影像畸变缺陷影像与缺陷在投影方向上的截面不相似，称为影像畸变。0.tif5D11.TIF5.2.1射线照相的影像质量图5-11缺陷不清晰5.2.1射线照相的影像质量图5-12影像畸变2.射线照相影像质量的评估参数5.2.1射线照

5、相的影像质量(1)对比度胶片经过曝光和暗室处理后称为底片，由于底片上各处的金属银密度不同，所以各处透光的程度也不同。1)工件的厚度差。2)工件的材质。3)散射线的强度。4)射线的能量选用较低的射线能量，降低散射线强度。5)胶片的性能选用梯度较大的胶片。6)合适的暗室处理条件。(2)不清晰度所谓清晰度是指影像边界的清晰程度，即影像边界从一个黑度过渡到另一个黑度的宽度。1)几何不清晰度(Ug)，是由几何因素造成的。5.2.1射线照相的影像质量图5-13不清晰度示意图5.2.1射线照相的影像质量0.tif5D14.TIF5.2.1射线照相的影像质量图5-14几何不清晰度形成示意图2)胶片固有不清晰度

6、(Ui)，是由胶片自身特性造成的。图5-15边蚀效应5.2.1射线照相的影像质量(3)颗粒度颗粒度是影像黑度的不均匀性程度，记为D。1)胶片颗粒度胶片颗粒度越大，影像颗粒度越大。2)胶片中溴化银颗粒分布均匀性溴化银颗粒分布均匀性直接影响底片黑度的均匀性。3)射线能量高能量的射线光子可同时使更多的溴化银感光，显影后生成更大的银团颗粒。4)暗室处理条件主要受显影温度的影响。5.2.2射线照相技术的基本构成1)射线胶片的选用。2)透照参数，透照参数包括透照电压、曝光量和焦距。3)透照布置，透照布置主要是确定透照方向和透照方式。4)辅助措施，辅助措施主要是散射线的防护措施和增感方式的选择。5)射线照相

7、影像质量，射线照相影像质量主要是底片黑度和射线照相灵敏度。图5-16射线照相检验技术规定的基本线索5.2.2射线照相技术的基本构成1.透照布置1)缺陷的类型和特点(位置、形状、尺寸和延伸方向)。图5-17典型的透照布置示意图5.2.2射线照相技术的基本构成0.tif5D18.TIF5.2.2射线照相技术的基本构成图5-18透照布置示意图2)验收标准对检出缺陷的要求。3)被检工件和设备的状况。2.基本透照参数(1)射线能量射线能量取决于射线管两端电压，在射线照相中常用射线管两端电压表示射线能量，称为“透照电压”，它主要影响底片影像质量和灵敏度。1)与透照物体的材料和厚度相适应，使射线能刚刚穿透工

8、件为宜，且符合相关标准的具体规定。5.2.2射线照相技术的基本构成图5-19平方反比定律2)透照厚度较大的工件，应选用能量高且穿透能力强的射线；5.2.2射线照相技术的基本构成透照厚度较小的工件，应选用能量较低的射线。(2)焦距焦距是射线源与胶片的距离。(3)曝光量曝光量是照射到射线胶片上的射线剂量(总能量)。图5-20散射线产生示意图5.2.2射线照相技术的基本构成3.散射线控制1)铅屏蔽。2)光阑和准直器。图5-21散射线屏蔽方法1X射线管2滤波板3准直器材4工件5遮屏铅板6前吸收铅板7胶片8后屏蔽铅板5.2.2射线照相技术的基本构成3)滤波。4)背散射防护。5.2.3曝光曲线图5-22T

9、kV曲线5.2.4暗室处理技术1.显影(1)显影液的组成1)显影剂是显影液的基本成分，它使感光溴化银中银离子还原成银。图5-23TE曲线5.2.4暗室处理技术表5-2胶片手工处理要求2)保护剂是保护显影剂不被氧化。3)促进剂是中和显影过程中产生的氢离子，保持显影液碱性(pH值为811)。4)抑制剂是抑制显影剂对未感光溴化银的还原作用，降低底片灰雾。5)溶剂水溶解其他成分，构成显影液。(2)显影液的配制5.2.4暗室处理技术1)不能在铁、铝、铜等容器中配制，可在非金属容器或不锈钢容器中配制。2)溶剂要用蒸馏水或去离子水(软水)，且不能含杂质。3)显影液各种成分按规定的比例(数量)和顺序依次加入。

10、4)在前一种药剂完全溶解后(边加入边搅动)再加入下一种药剂。5)配制好的显影液应保存在密闭、避光的非金属或不锈钢容器中，至少24h后再投入使用。(3)显影操作注意事项1)测量显影液温度。2)胶片放入显影液前要在清水中均匀润湿。3)不间断地移动或翻动胶片。4)按规定的显影时间进行显影，不随意延长或缩短显影时间。5.2.4暗室处理技术(4)影响显影的因素主要是显影温度和显影时间。2.停影3.定影(1)定影液的组成1)定影剂是定影液的核心成分。2)酸性剂是中和停影过程中胶片上未被中和掉的碱性物质。3)保护剂是为了稳定定影液的酸性(pH值)。4)坚膜剂是降低乳剂层的吸水膨胀率，增加乳剂层的强度。5)溶

11、剂水溶解其他成分，构成定影液。(2)影响定影的因素1)温度的影响：温度越高，定影越快。5.2.4暗室处理技术2)时间的影响：整个定影时间应保证定影剂能与未感光溴化银充分发生反应，而反应生成物能充分从胶片上溶解转移到定影液中去。4.水洗与干燥(1)水洗胶片在定影液中，定影反应生成物只有一部分转移到定影液中，胶片从定影液取出后，还有一部分留在乳剂层中。(2)干燥干燥的目的是清除底片上的水分。5.2.5射线透照方法1.垂直透照法图5-24垂直透照布置2.椭圆成像法5.2.5射线透照方法图5-25椭圆成像透照布置3.中心周向透照法5.2.5射线透照方法图5-26中心周向透照布置5.3射线检测装置5.3

12、.1X射线机5.3.2工业射线胶片5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材5.3.1X射线机1.X射线机的基本结构与类型(1)基本结构X射线机主要由射线发生器(X射线管)、高压发生器、冷却系统、控制系统四部分组成，如图5-27所示。图5-27X射线机基本结构示意图(2)X射线机的类型X射线机按照结构进行分类，5.3.1X射线机通常可分为便携式X射线机、移动式X射线机、固定式X射线机三类。图5-28便携式X射线机5.3.1X射线机2.X射线管图5-29移动式X射线机5.3.1X射线机0.tif5D30.TIF5.3.1X射线机图5-30固定式X射线机(1)阳极阳极是产生X射线的部位，主要由阳极

13、体、阳极靶和阳极罩组成，阳极的基本结构如图5-32所示。0.tif5D31.TIF5.3.1X射线机图5-31X射线管的结构示意图图5-32阳极的基本结构示意图5.3.1X射线机(2)阴极阴极是X射线管中发射电子的部位，它由灯丝和一定形状的金属电极聚焦杯(阴极头)构成。(3)管壳X射线管的管壳是一个高真空腔体，阳极和阴极就封装在腔内，管壳必须具有足够高的机械强度和电绝缘强度。图5-33X射线产生示意图5.3.1X射线机3.高压发生器4.冷却系统5.控制和保护系统6.高压电缆图5-34高压电缆结构示意图5.3.1X射线机7.X射线机的技术性能(1)管电压X射线机的管电压直接决定了所产生X射线的能

14、量，因此也就决定了其适宜检验的材料和厚度范围。表5-3不同管电压适宜检验的钢厚度(2)管电流X射线机的管电流既受到灯丝加热电流和管电压的限制，又受到X射线管功率的限制，X射线机的管电流不能任意提高，否则过高的输入功率将造成阳极靶的损坏，甚至熔化。5.3.1X射线机图5-35X射线管辐射的侧倾效应(3)辐射强度5.3.1X射线机(4)射线机焦点焦点是阳极靶上产生X射线的区域。图5-36X射线机的焦点a)有效焦点与实际焦点的关系b)焦点形状5.3.1X射线机表5-4有效焦点尺寸d的计算(5)辐射角辐射角直接决定了X射线机可使用的辐照场，它由阳极靶的形状和阳极的设计决定。1)不能超负荷使用。2)注意

15、老化训练，以提高X射线管的真空度。3)充分预热和冷却。4)注意日常维护。5.3.2工业射线胶片1.射线胶片的结构1)片基为透明塑料，它是感光乳剂的载体。2)结合层是一层胶质膜，它将感光乳剂牢固地粘结在片基上。3)乳剂层的主要成分是卤化银感光物质极细颗粒和明胶，此外还含有一些增感剂等，是胶片的核心，它决定了胶片的感光性能。图5-37射线胶片的结构5.3.2工业射线胶片4)保护层主要是一层极薄的明胶层，保护乳剂层不与外界接触，避免损坏。2.潜影的形成3.胶片的主要感光特性与感光特性曲线图5-38胶片的感光特性曲线5.3.2工业射线胶片(1)感光度(S)感光度也称为感光速度，它表示胶片感光的快慢，即

16、对光(射线)的敏感程度。(2)梯度(G)胶片特性曲线上任一点的切线的斜率称为梯度(G)。(3)宽容度(L)(4)灰雾度(D0)灰雾度表示不经曝光的胶片，经暗室处理后所得底片的黑度，在胶片感光特性曲线上是曲线起点对应的黑度。(5)影响胶片特性的因素1)主要影响因素是溴化银颗粒的大小，它对感光度、梯度和宽容度都有较大影响。2)射线波长(光子能量)。3)存放时间、存放条件和暗室处理条件。4.射线胶片的分类与选用5.3.2工业射线胶片表5-5射线胶片分类性能要求表5-6胶片系统的主要特性指标表5-6胶片系统的主要特性指标1)应尽量存放在适当的温度和湿度的环境中。2)胶片在存放过程中应避免接触有害气体，

17、远离热源和辐射源。5.3.2工业射线胶片3)胶片存放时应立放，不应平放，避免受压受折，避免胶片粘连和产生折痕。5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材1.增感屏图5-39金属增感屏的结构5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材图5-40金属增感屏增感过程示意图5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材0.tif5D41.TIF5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材图5-41增感屏摆放方法1)正确选用增感屏类型和规格。图5-42丝型像质计样式5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材2)胶片夹在两增感屏之间，增感物质面向胶片。3)胶片与增感屏之间应直接接触，不能放置其他物品。4)保证胶片

18、与增感屏紧密接触，不能过分弯曲和挤压。5)避免胶片与增感屏之间的相互摩擦。6)及时更换已损伤的增感屏。2.像质计图5-43像质计的摆放方法5.3.3射线照相检验常用的其他设备和器材3.其他设备和器材(1)观片灯观片灯是用于底片评定的基本设备。(2)黑度计黑度计是测量底片黑度的设备。(3)暗室设备与器材暗室必需的主要设备和器材包括：工作台、切片刀、胶片处理的槽或盘(或自动洗片机)、安全红灯、上下水、计时器等。(4)标记与铅板使用标记主要是为了缺陷定位和建立档案，以实现质量追踪。5.4射线检测应用实例5.4.1典型工件的射线检测5.4.2检测报告5.4.1典型工件的射线检测表5-7射线检测工艺卡示例5.4.1典型工件的射线检测表5-7射线检测工艺卡示例5.4.2检测报告表5-8射线检测报告示例1. X射线机的基本结构及各部分的作用分别是什么