1、4.1 概述,4.2 射线检测的物理基础,4.3 射线检测方法,4.4 射线照相检测设备,目录,4.6 评片技术,4.5 射线透照工艺,4.7 中子射线检测简介,4.8 射线的防护,4.9 射线检测的新近进展,一. 射线及其种类1) X射线 是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。 它能使一些结晶物体发生荧光、气体电离和胶片感光。 波长范围约为0.0006100 nm， 常用0.0010.1 nm 频率范围约为310951014 MHz,第四章 射线检测,4.1 概述,第四章 射线检测,2) 射线 射线是一种波长比X射线更短的射线，波长
2、范围约为0.00030.1 nm（见图1.1），频率范围约为3101211015MHz。 工业上广泛采用人工同位素产生射线。由于射线的波长比X射线更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。,第四章 射线检测,4.1 概述,一. 射线及其种类,3） 中子射线中子是构成原子核的基本粒子。中子射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中中子射线常被用来对某些特殊部件(如放射性核燃料元件)进行射线照相。,第四章 射线检测,4.1 概述,一. 射线及其种类,第四章 射线检测,4.1
3、 概述,1895年11月5日，德国物理学家伦琴在研究阴极射线时，发现了X射线。1896年，亨利贝克勒耳发现了射线1911年米勒博士成功制造了世界上第一只X光管第二次世界大战期间，X射线、射线广泛应用于飞机制造过程中。,二. 射线的发现,射线检测的基本原理：利用物质在密度不同、厚度不同时对射线的吸收程度不同(即使射线的衰减程度不同),就会使零件下面的底片感光不同的原理，实现对材料或零件内部质量的照相探伤。当射线穿过密度大的物质，如金属或非金属材料时,射线被吸收得多，自身衰减的程度大,使底片感光轻;当射线穿过密度小的缺陷(空气)时。则被吸收得少,衰减小，底片感光重。这样就获得反映零件内部质量的射线
4、底片。,第四章 射线检测,三. 射线检测的基本原理，特点及应用,第四章 射线检测,X-ray film,第四章 射线检测,应用范围：检测气孔、夹渣、铸造空洞等立体缺陷，当 裂纹方向与射线平行时就能被检查出来优点：检测结果可长期保持 图像较直观 缺陷尺寸和性质易判别缺点：不能检测与射线垂直的裂纹缺陷 检测灵敏度低 成本高 周期长 对人体有害，需防护设备,第四章 射线检测,4.1 概述,第四章 射线检测,一. X射线的产生 目前都是以阴极射线（即高速度的电子流轰击金属靶）的方式获得的，所以要获得X射线须具备如下条件：第一，产生自由电子的电子源，加热钨丝发射热电子。第二，设置自由电子撞击的靶子，如阳
5、极靶，用以产 生X射线。第三，施加在阴极和阳极间的高电压，用以加速自由 电子朝阳极靶方向加速运动，如高压发生器。第四，将阴阳极封闭于小于133.310-6Pa的高真空 中，保持两极纯洁，促使加速电子无阻挡地撞 击到阳极靶上。X射线管是产生X射线的源泉， 高压发生器及其附加设备给X射线管提供稳定的 光源，并可根据需要灵活调整管压和管流。,4.2 射线检测的物理基础,第四章 射线检测,1） 连续X射线在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同， 所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。
6、在任何X射线管中，只要电压达到一定数值，连续X射线总是存在的。连续X射线具有以下特点： (1) 连续X射线的波长与阳极的材料无关。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,一. X射线的产生,(2) 连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到=；而在短波方向，实验证明具有最短波长min(见图)， 且有,式中：V为X射线管的管电压，单位为V。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,一. X射线的产生,（3） X射线管的效率为,式中：P=ZIU2为连续X射线的总功率；P0=IU为输入功率；Z为阳极的原子序数；U为管电压，单位为kV；为常数，约等于1.510-6。,第四章 射线检测,
7、4.2 射线检测的物理基础,一. X射线的产生,第四章 射线检测,当电子速度远远小于光速，仅与sin2有关，当为90，与电子束垂直方向上分布最大； 当电子速度光速，比值增大，辐射最强方向逐渐向电子束方向移动,（4）X射线强度分布,(5) X射线管的管电压愈高，其连续X射线的强度愈大， 而且其最短波长min愈向短波方向移动， 如图1.4所示。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,一. X射线的产生,第四章 射线检测,2） 标识X射线标识X射线的特征：频率很高， 波长很短。 与阳极材料有关分为K系、L系、M系等,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,一. X射线的产生,第一章 射
8、线检测,图1.2是在35 kV的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射线，即K线和K线。若要得到钨的K线和K线，则电压必须加到70 kV以上。,以光速沿直线传播不可见，也不能用透镜聚光或用棱镜分光具有穿透能力，能穿透不透明的物质具有波粒二象性具有光化作用具有生物效应具有荧光效应具有电离性质X射线束具有混合波长连续光谱，射线是单一或窄束波谱,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,二. 射线特征,1） 射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。 这三种过
9、程的共同点是都产生电子， 然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊效应。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,（1） 光电效应光子能够撞击物质中原子轨道上的电子，若撞击时光子释放出全部能量，并将原子电离， 则称为光电效应(见图1.6)。光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。 当光子的能量低于1 MeV时， 光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原子序数高的物质中产生，如在铅(Z82)中产生光电效应的程度比在铜(Z=29)中大得多。,第四章 射线检测,4.2
10、 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,图6-30 光电效应,第四章 射线检测,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,几点说明：1 、此时产生的光电效应以内光电效应为主。2、光电子的出射方向与入射光子的能量有关，能量越大，越接近与光子入射方向。3、光电效应的产物有：光电子，二次辐射光子 （离子的能级跃迁），俄歇电子（二次发射的光子使得外层电子再电离）。4、光电效应是光子和轨道电子之间的作用。5、发生的概率与物质原子序数、光子能量关系：,（2） 康普顿效应。 一个光子撞击一个电子时只释放出它的一部分能量，结果光子的能量减弱并在和射线初始方
11、向成角的方向上散射，而电子则在和初始方向成角的方向上散射。这一过程同样服从能量守恒定律， 即电子所具有的动能为入射光子和散射光子的能量之差。 在绝大多数的轻金属中，射线的能量大约在0.23 MeV范围时，康普顿效应是极为重要的效应。 康普顿效应随着射线能量的增加而减小，其大小也取决于物质中原子的电子数。在中等原子序数的物质中，射线的衰减主要是由康普顿效应引起， 在射线防护时主要侧重于康普顿效应。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,既改变方向又改变能量,散射光子波长增量：,其中：,（3） 电子对的产生。 一个具有足够能量的光子释放出
12、它的全部动能而形成具有同样能量的一个电子和一个正电子，这样的过程称为电子对的产生。 产生电子对所需的最小能量为0.51 MeV，所以光子能量hv必须大于等于1.02 MeV，如图1.8所示。,由于产生电子对的能量条件要求不小于1.02 MeV， 所以电子对的产生只有在高能射线中才是重要的过程。 该过程正比于吸收体的原子序数的平方，所以高原子序数的物质电子对的产生也是重要的过程。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,（4） 汤姆逊效应 射线与物质中带电粒子相互作用，产生与入射波长相同的散射线的现象叫做汤姆逊效应。这种散射线可以产生干涉
13、， 能量衰减十分微小， 如图1.9所示。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,散射,吸收,射线与物质的相互作用,散射线是一些偏离了原射线的入射线方向，射向四面八方的射线。射线能量越低，被透照物质中
14、的电子密度越大，射线的散射效应越显著，散射线的强度越大 。,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,X射线在经过物质后，在入射方向上出射的强度减小的现象，叫做X射线的衰减。,衰减的原因：吸收：光电效应、电子对效应、康普顿效应 （有利于提高照相对比度）散射：康普顿效应、汤姆逊效应 （产生的散射线则会降低对比度）扩散,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,扩散
15、衰减：X射线的总强度不变，只是辐射面积增大引起强度减弱。遵守：,因为射线的衰减包括吸收和散射，所以射线的衰减系数是吸收系数和散射系数之和，即=+。由于物质密度愈大，射线在物质中传播时碰到的原子也愈多，因而射线衰减也愈大。为便于比较起见，通常采用质量衰减系数，即,式中：为物质的密度；为质量吸收系数；/为质量散射系数。,第四章 射线检测,设入射线的初始强度为I0，通过物质的厚度为d，射线能量的线衰减系数为，那么射线在透过物质以后的强度Id为,射线的质量吸收系数和散射系数表示如下：,式中： C为常数； A为元素的质量数； Z为元素的原子序数； 为射线的波长。,第四章 射线检测,当低能射线透过重元素(
16、轻元素和波长很短的射线除外)物质时，射线的衰减主要表现为吸收，由射线散射所引起的衰减可忽略不计， 则,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,第四章 射线检测,第四章 射线检测,4.2 射线检测的物理基础,三. 射线与物质的相互作用和衰减,图6-35X射线检测原理,第四章 射线检测,有一个厚度为x、吸收系数为的某种缺陷时：,第四章 射线检测,若被测试件表面有高度为h的凸起时 ：,无缺陷处：,若IdIh，缺陷部位强度完好部位 例如：钢焊缝中气孔、夹渣，对射线吸收少，感光多，缺陷呈黑色影像。若, Ix200KV时, K随V增加而减小V=400KV时，K已经很
17、小了,2）金属增感屏 作用：增感作用：利用射线透过金属屏激发二次电子和二次射线增感。滤波作用：为减少散射线不良影响，吸收波长较长的散射线，减少灰雾度，提高对比度，故影像清晰 结构：支承物、金属箔（铅、钨、钽、钼、铜、铁） 特点：底片清晰，分辨能力高；增感系数不高，只有2-7 增感特性：原子序数、管电压、增感屏厚度 使用范围：灵敏度要求高的工件,第四章 射线检测,第四章 射线检测,金属箔置向胶片V70KV时，铅屏无增感可分为前屏、后屏，前屏不能过厚，一般0.02-0.1mm，后屏则适当增厚,3） 金属荧光增感屏兼有高增感特性和散射线吸收作用但由于清晰度受限制，一般不能用于质量要求高的工件透照,图
18、6-40 金属荧光增感屏结构示意图,第四章 射线检测,4）增感屏的选用 检测灵敏度高，用金属增感屏或不用检测速度要求快且质量要求不高，荧光增感屏或金属 荧光增感屏胶片一面或两面贴紧增感屏，以缩短曝光时间使用时注意问题：见P91,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,四. 胶片,1. 胶片的构造片基：在胶片中起骨架作用,大多采用赛璐珞，涤纶结合层：又称粘合层,黏结乳剂层和片基，防止冲洗中乳剂脱 落，由明胶、水、润湿剂等组成.感光乳剂层：能在光量子作用下电离形成潜影，经显影后产生 影像的物质。主要是溴化银微粒在明胶中混悬体保护层：由一层较坚硬的胶质
19、均匀涂在乳剂表面，防止乳化剂 层受机械损伤和磨擦造成伪缺陷。,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,第四章 射线检测,2. 胶片的特性曲线 射线底片：射线穿透被检查材料后照射在胶片上，使胶片产生潜影，经过显影、定影化学处理后，胶片上的潜影成为永久性的图象。 黑度：胶片曝光，经显影定影处理得到的底片黑化程度，与该部位含银微粒量有关，含银越多，越难透光。,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,其中，D为黑度；L0照射光强；L为透过光强,当照射光强L0一定时，透过光强L越大，D越小,第四章 射线检测,D过小，发白，与底片颜色一致,D过大，发黑，掩盖信息,不好，D要合适,第四章 射线检测,
20、GB3323-2005规定，选择曝光条件应使底片的黑度满足：,E =it,其单位为mAmin(毫安分)或mAs(毫安秒)。,第四章 射线检测,射线的曝光量 ：通常以射线强度I和时间t的乘积表示，即 E=It，E的单位为mCih(毫居里小时)。 对X射线来说，当管压一定时，其强度与管电流成正比。,第四章 射线检测,AB-灰雾区：不曝光区，灰雾度D0BC-曝光不足区：曝光阈值CD-正常曝光区： D与lgE成正比DE-曝光过渡区EF-负感区,第四章 射线检测,1）灰雾度D0,灰雾度是指未经曝光的胶片在显影、定影后得到的底片的黑度。因此，底片的黑度包括灰雾度和曝光黑度。底片灰雾度影响底片图像的衬度和清
21、晰度，降低检测的灵敏度一般要求D00.3。胶片保存条件不良或保存时间过长会使D0增大。,第四章 射线检测,2）衬度系数G,射线底片影像中，明亮部分与阴暗部分的黑度差，称为射线照相的衬度（反差、对比度）。 射线照相包括：胶片衬度主因衬度（各部位因接受射线强度不同而引起的黑度差） 胶片特性曲线上某点的切线斜率，称为衬度系数或反差系数。 因此： G=(D2-D1) / (lgE2-lgE1)=D / lgE G=tan（） D越大，说明曝光量的较小变化可以导致底片黑度较大的变化，缺陷就越容易发现。,第四章 射线检测,3）感光度S,在相同透照条件下，使胶片达到规定黑度所需曝光量的倒数，称为胶片的感光度
22、。衡量感光速度的快慢。 SK/E,4）颗粒度 暗室处理后底片上黑色的银粒的均方根称为颗粒度。 胶片颗粒度大，感光度高，但底片清晰度低，缺陷的分辨力低。,第四章 射线检测,5)宽容度L,宽容度是指胶片特性曲线上黑度D与曝光量对数lgE成正比区域的曝光量对数之差。 LlgE2lgE1=lgE 在射线照相标准中，规定了底片的黑度范围，实际上规定了胶片的宽容度和曝光量范围，从而限制了透照工件的厚度差。胶片宽容度L大，特性曲线中正常曝光区对应的lgE大，允许透照的工件厚度差大。=D/lgE，衬度系数越大，宽容度越小。,第四章 射线检测,4.胶片的摄像作用光化学作用：在光照射下，使溴化银分解为银和溴，形成
23、潜影。 受光能作用的物质，每吸收一个光子的能量hv， 只有一个分子发生变化。 AgBr+hvAg+ + Br- Br-+hvBr+e Ag+eAg潜影衰退：潜影后如很长时间才冲洗，得到的影象会比较淡。实际上是潜影中心的银被空气氧化而变成银离子的逆变过程。胶片所处的温度越高，湿度越大，氧化越加剧。,m=KEt,5.胶片的主要类型及选用第一类：超微粒、高衬度胶片灵敏度高、感光速度慢第二类：微粒、高衬度胶片灵敏度较高、感光速度较慢第三类：细颗粒、中速胶片灵敏度一般、感光速度较快第四类：粗颗粒、快速胶片灵敏度低、感光速度快,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,第四章 射线检测,4.4 射线照相
24、检测设备,五. 暗室处理,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,将胶片乳剂层中经光化作用生成的潜像转变为可见的黑色影响的过程。一般包括：显像、停显、定影、水洗、干燥。,1.显影：使胶片上已感光的“潜影”变成可见影像。显影液：显影剂、保护剂、加速剂、抑制剂,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备, 显影剂：主要有米吐尔、对苯二酚（海德尔）的混合剂,2Ag+ + 显影剂 2Ag + 显影剂氧化物, 加速剂（促进剂）：Na2CO3(碱性)使溶液中负离子数增加，加速显影,Ag+ e Ag, 保护剂：Na2SO3易与空气中的氧结合，被氧化。同时还可除去有害氧化物,第四章 射线检测,4.4 射线
25、照相检测设备, 抑制剂（防雾剂）：KBr，为抑制显影时灰雾形成（即未曝光粒子被还原），使KBr中的Br -吸附于AgBr周围而排斥显影剂负离子，减少显影机会,显影温度控制在202，时间为46min，且要经常抖动,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,2 停显：停止显影，保护定影,2%3%醋酸（或废定影液）， 时间为3060s,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,3 定影：溶去未感光卤化银，固定银像，坚膜, 定影剂：海波（Na2S2O35H2O，溶去未感光的卤化银, 防污剂（酸性剂）：冰醋酸、硼酸、中和碱性，停止显影，除污, 保护剂：Na2SO3，防止Na2S2O3在溶液中分解成硫
26、，以防止溶液浑浊, 坚膜剂：明矾AlK(SO4)212H2O，避免胶膜脱落，增加其强度，干燥时节省时间，减少吸水性,温度为204，时间为15min，且要经常抖动,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,4 水洗和干燥, 水洗：去除Na2S2O3杂质及其他杂物，延长底片影像保存时间，防止底片变黄,温度为25，时间为2030min, 干燥：避免水迹形成，底片损坏、弄脏,温度50,时间,自然干燥：23h,人工干燥（干燥器）：1520min,六.胶片的保管.胶片不可接近煤气、酸等有害气体，否则会产生灰雾。.胶片宜保存在低温低湿中，温度10-15度 ,湿度55-65%，湿度高会使胶片与衬纸或增感屏粘在一起，但空气过于干燥，容易产生静电感光.开封后的胶片如一时不能用完，要采取干燥措施,第四章 射线检测,4.4 射线照相检测设备,第四章 射线检测,
