1、第 章 射线照相检测设备与器材 3.1 X射线机射线机3.2 射线机射线机3.3 加速器加速器3.4 工业射线胶片工业射线胶片3.5 射线照相检测常用的其他设备和器材射线照相检测常用的其他设备和器材3.6 X射线实时成像检测设备射线实时成像检测设备习题习题 第 章 射线照相检测设备与器材 3.1.1 X射线机的类型射线机的类型按X射线机结构的不同，通常可将X射线机分为便携式X射线机、移动式X射线机和固定式X射线机三类。(1)便携式X射线机整机由控制器和射线发生器构成，它们之间采用低压电缆连接。X射线管、高压发生器、冷却系统共同安装在一个机壳中，共同组成一个组合式射线发生器，射线发生器中充满了绝
2、缘介质。其体积小、重量轻，便于携带。3.1 X射线机射线机第 章 射线照相检测设备与器材(2)移动式X射线机具有分立的各个组成部分，但它们共同安装在一个小车上，可以方便地移动，冷却系统为良好的水循环冷却系统。X射线管采用金属陶瓷X射线管，尺寸较小，它与高压发生器之间采用高压电缆连接，以便于现场的防护和操作。(3)固定式X射线机采用结构完善、功能强的分立射线发生器、高压发生器、冷却系统和控制系统，射线发生器与高压发生器之间采用高压电缆连接。其体积大、重量大，不便移动，但系统完善，工作效率高。第 章 射线照相检测设备与器材 3.1.2 X射线机的基本结构射线机的基本结构X射线机主要由射线发生器(X
3、射线管)、高压发生器、冷却系统、控制和保护系统等组成。1X射线管射线管X射线机的核心器件是X射线管。普通X射线管主要由阳极、阴极和管壳构成，其基本结构如图3-1所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-1 X射线管的基本结构第 章 射线照相检测设备与器材 1)阳极阳极阳极是产生X射线的部位，主要由阳极体、阳极靶和阳极罩组成。阳极的基本结构如图3-2所示。(1)阳极体是具有高热传导性的金属电极。典型的阳极体由无氧铜制成。其作用是支承阳极靶，并将阳极靶上产生的热量传送出去，避免靶面烧毁。(2)阳极靶采用钨制成。阳极靶紧密镶嵌在阳极体上，阳极靶的表面应磨成镜面，并与X射线管轴成一定角度，靶面与管轴
4、垂线所成的角度常称为靶面角。阳极靶的作用是承受高速电子的撞击，以产生X射线。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-2 阳极的基本结构第 章 射线照相检测设备与器材(3)阳极罩是用来吸收高速电子撞击阳极靶时产生的二次电子。阳极罩常用铜制成，在朝向阴极方向有一小孔，阴极发射的电子从这个小孔进入，撞击阳极靶，产生的X射线从阳极罩侧面的放射窗口辐射出来。X射线管的阳极特性是指在一定的阴极灯丝电流下，管电流与管电压的关系。图3-3所示为X射线管的阳极特性曲线。从图中可以看到，管电流最初是随着管电压的升高而增加，但当管电压达到一定值以后，灯丝发射的电子已接近全部到达阳极靶，管电流趋于饱和。第 章 射线照相
5、检测设备与器材 图3-3 X射线管的阳极特性曲线第 章 射线照相检测设备与器材 2)阴极阴极阴极是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。灯丝采用钨丝制成，其主要形状有圆形、线形、矩形等，聚焦杯包围着灯丝，灯丝的形状、尺寸及聚焦杯的形状、尺寸、与灯丝的相对位置等，都直接影响X射线管的焦点。X射线管的阴极特性是指在一定管电压时，管电流与灯丝电流之间的关系。图3-4所示为X射线管的阴极特性曲线。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-4 X射线管的阴极特性曲线第 章 射线照相检测设备与器材 3)管壳管壳X射线管的管壳封出一个高真空腔体，并在腔内封装阳极和阴极，管壳
6、必须具有足够高的机械强度和电绝缘强度。工业射线检测常用的X射线管的管壳主要由玻璃与金属或陶瓷与金属制成。由陶瓷与金属制成的管壳的X射线管又分为金属陶瓷X射线管和波纹陶瓷X射线管。与玻璃管壳X射线管相比，金属陶瓷X射线管具有结构牢固、寿命长的特点，其结构如图3-5所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-5 金属陶瓷X射线管的结构第 章 射线照相检测设备与器材 X射线管中产生X射线的基本过程是：X射线管的阴极灯丝通过电流被加热到高温后发射电子，这些电子聚集在灯丝附近；当X射线管的阳极和阴极之间施加高压后，电子在这个高压作用下被加速，高速穿过阳极和阴极之间的空间后撞击到阳极靶上；通过轫致辐射，电
7、子的小部分动能转化为X射线，从X射线管窗口辐射出来；而电子的大部分动能传给了阳极靶，使它迅速升温。X射线管置于一定的外壳中，X射线管与此外壳以及外壳中充填的绝缘介质等构成一个整体，通常称为射线发生器(机头)。外壳由具有一定强度的金属制成，在外壳内应有一定厚度的铅屏蔽层，使漏泄辐射量降低到规定的要求，内部充填的绝缘介质主要是高抗电强度的变压器油或六氟化硫气体。第 章 射线照相检测设备与器材 2高压发生器高压发生器高压发生器由高压变压器、高压整流管、灯丝变压器和高压整流电路组成，它们共同装在一个机壳中，里面充满了耐高压的绝缘介质。高压发生器的作用是提供X射线管的加速电压和灯丝电压。3冷却系统冷却系
8、统X射线管只能将1%左右的电子能量转换为X射线，而绝大部分的能量在阳极靶上被转换为热量，产生的高热会损坏阳极靶，因此，为了使X射线管能正常工作，X射线机必须有良好的冷却系统。冷却系统按冷却方式可分为油循环冷却、水循环冷却和辐射散热冷却。其中：油循环冷却主要应用于固定式X射线机；水循环冷却主要应用于移动式X射线机和油绝缘的便携式X射线机；辐射散热冷却主要应用于便携式X射线机。第 章 射线照相检测设备与器材 4控制和保护系统控制和保护系统X射线机的控制和保护系统主要包括基本电路、电压和电流调整部分，冷却和时间等的控制部分，保护装置等。一旦X射线机中出现异常情况或出现工作条件不符合要求的情况，这些保
9、护装置将使X射线机不能加上高压或高压将被切断。5高压电缆高压电缆移动式和固定式X射线机的高压发生器与射线发生器之间应采用高压电缆连接，其基本结构如图3-6所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-6 高压电缆的基本结构第 章 射线照相检测设备与器材 3.1.3 X射线机的技术性能射线机的技术性能X射线机主要有工作负载特性、辐射强度、焦点尺寸、辐射角、漏泄辐射剂量等技术性能。1工作负载特性工作负载特性X射线机的工作负载特性是指X射线机可使用的管电压、管电流等特性。其工作负载特性曲线如图3-7所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-7 X射线机的工作负载特性曲线第 章 射线照相检测设备与器材
10、 X射线机的工作负载特性曲线不仅给出了射线机的工作特性以及其适宜检验的材料、厚度范围和工作的应用特点，而且从X射线机的工作负载特性曲线还可以看到所能使用的管电流与所施加的管电压相关，也受到焦点尺寸的限制。第 章 射线照相检测设备与器材 2辐射强度辐射强度X射线管辐射的X射线强度近似与管电压的平方成正比、与管电流成正比、与靶物质的原子序数成正比，即 I=iZU2 (3-1)式中：IX射线强度；i管电流(mA)；Z靶物质的原子序数；U管电压(kV)；比例系数，(1.11.4)10-6。第 章 射线照相检测设备与器材 3焦点尺寸焦点尺寸焦点是阳极靶上产生X射线的区域，其形状、尺寸直接相关于射线照相所
11、得到的影像的质量，是X射线机的一个重要技术指标。在射线照相检验中，通常简称有效焦点为焦点。有效焦点是实际焦点(电子束所撞击的阳极靶的面积)在垂直于管轴方向的投影，如图3-8所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-8 X射线机的焦点(a)有效焦点与实际焦点的关系；(b)焦点形状第 章 射线照相检测设备与器材 国际标准化组织把常用的X射线机的焦点形状归纳为四种基本形状，即正方形、长方形、圆形、椭圆形，各种形状焦点的有效焦点尺寸d的计算式如下：正方形：d=a长方形：d=(a+b)/2圆形：d=a椭圆形：d=(a+b)/2 第 章 射线照相检测设备与器材 4辐射角辐射角辐射角直接决定了X射线机可使
12、用的辐照场，它由阳极靶的形状和阳极的设计决定。目前使用的X射线机中，定向辐射X射线机的辐射角一般为40锥形辐射角，周向辐射X射线机一般为24360或25360的扇形周向辐射角，或者是12360的半扇形周向辐射角。简单地测定辐射角时，可把胶片垂直于窗口平面放置，用很短的时间曝光，从得到的底片影像测量，一般应在十字交叉的两个方位完成上面的测量。5漏漏泄泄辐射剂量辐射剂量国内外的相关辐射防护标准均对漏泄辐射剂量作出了具体规定，如GB 163571996。第 章 射线照相检测设备与器材 3.1.4 X射线机射线机的使用与维护的使用与维护日常使用时，应严格遵守X射线机的使用说明，认真进行各项维护工作，其
13、中应特别注意的是下列各项：(1)不能超负荷使用X射线机。X射线机都规定了额定电压、额定电流(管电流)、工作方式，其中工作方式指的是加载与冷却交替循环时间的规定，在正常开机工作时必须遵守这些规定。第 章 射线照相检测设备与器材(2)注意X射线管的老化训练。X射线管内的材料析出气体和X射线管本身的泄漏等，都会导致真空度降低。若真空度降低，不仅会引起高压击穿损坏X射线管，而且高速电子会使管中气体电离，产生很大的管电流，从而造成X射线管损坏。因此，为了保证X射线管的真空度，新安装的X射线管，或关机一段时间再启用的X射线机，在开机后都应进行X射线管的老化训练(训机)。老化训练就是按照一定的程序，从低管电
14、压、低管电流逐步升压，直至达到X射线机工作所需的最高管电压或额定工作电压。第 章 射线照相检测设备与器材(3)充分预热与冷却。由于X射线管灯丝不发射电子状态与强烈发射电子状态之间的突然变化，将加速灯丝的老化，减少X射线管的寿命，因此在开机后，应使灯丝经历一定的加热时间后，再将高压送到X射线管。关机前，应使X射线管的灯丝在无高压下保持加热一段时间。为了达到充分冷却，除了保证冷却系统正常工作外，还必须遵守X射线机的工作方式规定，在高压加载一定时间后必须按照规定间歇一定时间，防止X射线机因冷却不足造成事实上的工作，形成超负载的过度使用，损坏或严重损伤X射线管。第 章 射线照相检测设备与器材(4)进行
15、日常定期维护。做好日常定期维护工作，对于保证X射线机长期处于正常工作状态和延长使用寿命都具有重要意义。主要的日常维护工作是定期校验指示仪表和清洁控制系统的元器件，定期检验绝缘油、冷却油的耐压强度和充气绝缘X射线机的气压，定期检验连接部分和紧固部分的状况，特别是高压电缆连接处的密封和紧固螺栓，保证它们都处于良好、有效的状态，防止泄漏、渗入。第 章 射线照相检测设备与器材 在日常使用中，X射线机常出现的故障主要发生在X射线管、高压发生器、高压电缆和低压电路等部分。X射线管的主要故障是真空度降低、X射线管漏气，由此造成X射线管击穿，或者X射线管灯丝烧断，损坏X射线管。高压发生器部分的故障主要是高压电
16、路中局部绝缘降低、高压变压器对地击穿、高压变压器层间击穿、灯丝变压器对地击穿等。第 章 射线照相检测设备与器材 高压电缆的故障主要是击穿，击穿经常出现的位置是插头部位。低压电路部分的故障主要是电路元器件失效、电接触不良、存在短路或击穿等。发生故障时应立即停止X射线机的工作，查明原因，排除故障。第 章 射线照相检测设备与器材 3.2.1 射线机的类型射线机的类型我国有关标准将射线探伤机分为手提式、移动式和固定式三种类型。手提式射线机体积小、重量小，便于携带，使用方便，但从辐射防护的角度看，其不能装备能量高的射线源。移动式和固定式射线机体积较大、重量也较大，移动需借助适当的装置，由于容许采用更多材
17、料进行辐射防护设计，因此可以装备能量高和活度较大的射线源。3.2 射射线线机机第 章 射线照相检测设备与器材 3.2.2 射线机的基本构成射线机的基本构成射线机主要由源容器(主机体)、源组件(密封射线源)、输源(导)管、驱动机构和附件五部分构成。图3-9所示为S通道射线机源容器的基本结构示意图。(1)源容器是射线源的储存装置，是射线机的主机。在不曝光时，射线源被收回置于源容器中。为了减少射线辐射的外泄，源容器内部都装备了屏蔽材料。屏蔽体内的设计主要有“S通道”和“直通道”两种形式。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-9 S通道射线机源容器的基本结构示意图第 章 射线照相检测设备与器材(2)源
18、组件由射线源、外壳、源辫子、屏蔽杆构成。射线源密封在外壳中。外壳由内、外两层构成。内层是铝壳，外层一般由不锈钢制成。对外壳的结构和强度有严格要求，它必须在一定的温度、压力、振动、冲击等的作用下不发生损坏，不会导致放射性同位素外泄。源组件与源托连接，通过源托与驱动部件连接在一起。图3-10所示为源组件的结构示意图。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-10 源组件的结构示意图第 章 射线照相检测设备与器材(3)输源管是一种软管，它由包塑的不锈钢管制成。使用时，根据现场情况，可将一根或多根相连，构成一端开口另一端封闭的输源管，开口一端与源容器连接，封闭一端与照射头连接，照射头固定在曝光位置，射线源
19、沿输源导管送到预定的曝光位置。(4)驱动机构由一套控制部件、控制导管、驱动部件构成，用来送出和收回射线源，其行程记录装置可以指示射线源所处的位置，驱动方式可分为自动(电动)和手动方式两种。第 章 射线照相检测设备与器材(5)附件主要是照射头、定向架等。利用照射头限定射线源的照射场，利用定向架固定照射头，以保证射线照相过程按设定的方式进行。目前，工业射线照相检测所用的射线源主要是人工放射性同位素：60Co、192Ir、75Se、170Tm等。对于工业射线照相检测而言，在选择射线源时应考虑的主要特性是能量、放射性比活度、半衰期、源尺寸。由于不同的射线源的能量是固定的，因此应按照被测件的材料和厚度，
20、选择适当的射线源，射线源的能量是否适当直接关系到检验的灵敏度。第 章 射线照相检测设备与器材 3.2.3 射线机射线机的的使用使用射线机的操作一般应按下列程序进行。1准备工作准备工作检查射线机的有关部分是否完好正常，在确认射线机处于完好后方可进行安装应用。2主机安装主机安装将主机牢固地安放在适当位置，并应采取必要的辐射防护措施和设置必要的防雨、防外界物品碰撞等设施。在安装过程中，应随时用剂量仪进行监测。第 章 射线照相检测设备与器材 3组装组装射线机射线机根据检验工作的具体情况和特点设计透照布置，组装输源导管、连接驱动机构、固定准直器和定向架等。输源导管应尽量平直，固定准直器和定向架时应使射线
21、源尽量与设定的焦点位置重合。4设定控制区和监督区设定控制区和监督区通过监测(和理论计算)，设定控制区边界和监督区边界，并按国家标准的规定设置警告标志，操作人员应在控制区边界外工作，公众人员不应进入监督区。第 章 射线照相检测设备与器材 5完成曝光过程完成曝光过程按射线机的操作说明、有关的操作规程和检验工艺卡的规定，完成曝光过程。射线机在使用过程中可能发生的故障主要是部分机件损坏、安全联锁机构失灵等。如果出现射线源不能收回到源容器储存位置的故障，不能盲目处理，应对现场采取必要的措施，请专门人员进行处理，排除故障。射线机使用时必须严格遵守国家、卫生、公安等部门的有关法规、规章和制度，操作人员必须经
22、过有关培训，注意防止射线机操作失误，严格防止因射线源未收回或遗失等可能造成的辐射事故。第 章 射线照相检测设备与器材 3.3.1 电子感应加速器电子感应加速器电子感应加速器的主体结构是一环形真空室(环形真空加速管)和巨大的电磁铁，其主要结构如图3-11所示。3.3 加加 速速 器器第 章 射线照相检测设备与器材 图3-11 电子感应加速器的主体结构示意图第 章 射线照相检测设备与器材 电子感应加速器利用随时间变化的磁场及其产生的感应电场，使电子在环形真空室内沿圆形轨道运动，进行加速。当电子达到需要的能量时，在辅助励磁线圈的磁场作用下，脱离圆形加速轨道，撞击在靶上，产生X射线。电子感应加速器结构
23、简单，造价比较低，能量范围比较宽，但它的电子束流强度小，因此产生的射线强度低。第 章 射线照相检测设备与器材 3.3.2 电子直线加速器电子直线加速器电子直线加速器的主体结构是圆柱形金属波导管，波导管中每隔一定距离安放一个金属圆盘，圆盘中心有一圆孔，它是行波电磁场和电子的通路。这种加速器采用电磁场在波导管内不断供给电子能量，使电子加速，电子在加速管内沿直线运动，加速到一定能量后撞击在靶上产生X射线。图3-12所示为电子直线加速器的结构示意图。电子直线加速器是性能更适合于工业射线照相检测的加速器，与电子感应加速器相比，它的体积大些，但它的电子束流强度大，产生的X射线强度较大。第 章 射线照相检测
24、设备与器材 图3-12 电子直线加速器的结构示意图第 章 射线照相检测设备与器材 3.3.3 电子回旋加速器电子回旋加速器电子回旋加速器的主体结构是安放在两个磁极之间的一个扁圆盒形真空室。图3-13所示为电子回旋加速器的结构示意图。这种加速器是利用恒定的磁场和高频电场，使电子沿具有公切点的逐渐加大的圆运动，当电子被加速到所需要的能量时，从圆周轨道将电子引出，使其撞击在靶上产生X射线。电子回旋加速器的能量可在较宽的范围变化，能量的分散度小，焦点尺寸也小，束流强度比较大，束流的准直性好。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-13 电子回旋加速器的结构示意图第 章 射线照相检测设备与器材 3.4.1
25、 射线胶片的结构射线胶片的结构为了能更多地吸收射线的能量，射线胶片与普通胶片相比，除了感光乳剂成分有所不同外，其他的主要不同是射线胶片一般是双面涂布感光乳剂层，且感光乳剂层厚度远大于普通胶片的感光乳剂层厚度，但感光最慢、颗粒最细的射线胶片除外，这类胶片采用单面涂布乳剂层。射线胶片的结构如图3-14所示。3.4 工业射线胶片工业射线胶片第 章 射线照相检测设备与器材 图3-14 射线胶片的结构第 章 射线照相检测设备与器材 射线胶片的片基为透明塑料，它是感光乳剂层的支持体。感光乳剂层的主要成分是极细的卤化银感光物质颗粒和明胶。卤化银物质主要采用的是溴化银。明胶可以使卤化银颗粒均匀地悬浮在感光乳剂
26、层中，并且，由于它具有多孔性，对水有极大的亲合力，可使暗室处理药液能均匀地渗透到感光乳剂层中。感光乳剂层的优劣决定了胶片的感光性能。结合层是一层胶质膜，它将感光乳剂层牢固地粘结在片基上。保护层主要是一层极薄的明胶层，它涂在感光乳剂层上，避免感光乳剂层直接与外界接触，导致损坏。第 章 射线照相检测设备与器材 3.4.2 胶片的主要感光特性与感光特性曲线胶片的主要感光特性与感光特性曲线1光学密度光学密度与与曝光量曝光量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，因此各处透光的程度也不同。底片的光学密度就是底片的不透明程度，它表示了金属银使底片变黑的程度，简称为黑度。如图3-1
27、5所示，设入射到底片的光强度为I0，透过底片的光强度为I，则光学密度D定义为入射光强度与透射光强度之比的常用对数之值，即 (3-2)/lg(0IID 第 章 射线照相检测设备与器材 图3-15 光学密度定义第 章 射线照相检测设备与器材 曝光量是在曝光期间胶片所接收的光能量，设光(射线)强度为I，曝光时间为t，曝光量为H，则曝光量可以用下式定义 H=It (3-3)在射线照相中通常所说的曝光量(常用E表示)并没有直接采用射线强度与曝光时间的积来表示。例如，对X射线采用管电流与曝光时间的乘积，而对射线则常采用源的放射性活度与曝光时间的积，但对于同一管电压下的X射线或同一射线源的射线，它们之间存在
28、固定的关系，仅相差一个常数倍数。第 章 射线照相检测设备与器材 2胶片的主要感光特性胶片的主要感光特性胶片的感光特性是指胶片曝光后(经暗室处理)得到的底片黑度(光学密度)与曝光量的关系。主要的感光特性包括感光度(S)、梯度(G)、宽容度(L)及灰雾度(D0)等，感光特性曲线集中反映了这些感光特性。(1)感光度(S)也称为感光速度，它表示胶片感光的快慢。通常定义为使底片产生一定黑度所需的曝光量的倒数为感光度，即HS1第 章 射线照相检测设备与器材 其中，HS为产生一定黑度所需要的曝光量。不同胶片得到同样的黑度所需的曝光量是不同的，所需曝光量少的感光度高，或说感光速度快。(2)胶片特性曲线上任一点
29、的切线的斜率称为梯度(G)。梯度与胶片的类型、增感方式、显影过程等相关。特性曲线上不同点的梯度是不同的，即使在正常曝光部分，由于曲线只是近似直线，因此各点的梯度也存在一些小的差别。对可见光，胶片特性曲线的正常曝光部分，梯度可以认为是常数；对非增感型射线胶片，在一定黑度范围内(黑度为1216)，梯度随着黑度的增加连续增大，为了简单化，也常近似地认为梯度是常数。第 章 射线照相检测设备与器材(3)宽容度(L)定义为特性曲线上直线部分对应的曝光量对数之差，即L=lgHC-lgHB在这个范围内，由于黑度与曝光量对数近似成正比关系，因此在射线照相检测中不同厚度或厚度差将以相应的不同黑度记录在射线照片上。
30、(4)灰雾度(D0)表示胶片即使不经曝光在显影后也能得到的黑度，在胶片感光特性曲线上是曲线起点对应的黑度。第 章 射线照相检测设备与器材 胶片的感光度、梯度(或说平均斜率)、灰雾度与存放时间和显影条件都相关，随着时间的延长，胶片的感光性能将会衰退，称之为感光材料的“老化”。由于感光乳剂中卤化银颗粒的尺寸不同且随机分布，从而使得均匀的曝光过程也会产生感光的不均匀性；此外，暗室处理也会影响胶片的感光特性。因此，影响胶片感光特性的主要因素有卤化银颗粒的粒度及其分布密度、暗室处理等。一般来说，随着粒度增大，胶片的感光度也增高，梯度降低，灰雾度也会增大。感光材料的粒度限制了胶片所能记录的细节的最小尺寸。
31、第 章 射线照相检测设备与器材 3感光特性曲线感光特性曲线胶片的感光特性曲线给出的是胶片曝光后(经暗室处理)得到的底片黑度(光学密度)与(相对)曝光量对数的关系，如图3-16所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-16 胶片的感光特性曲线第 章 射线照相检测设备与器材 胶片的感光特性曲线一般可分为下面几个部分。(1)曲线中的AC部分称为趾部或曝光不足区。在这一部分，对应于曝光量的增加，黑度的增加很缓慢。(2)曲线中的CD部分称为正常曝光部分。在这一部分，黑度与曝光量的对数近似成正比，曲线近似为直线，工业射线照相检测中规定的黑度都在这个范围之内。黑度与曝光量对数之间近似满足下面的关系：D=G
32、lgH+k (3-4)第 章 射线照相检测设备与器材 式中：D底片黑度；G特性曲线的斜率，即梯度；H曝光量；k常数。第 章 射线照相检测设备与器材(3)曲线中的DE部分称为肩部或曝光过度区。在这一部分，当曝光量增加时，黑度的增加很缓慢。(4)曲线中E以后的部分称为反转部分(以前常称为负感区)。在这一部分，黑度随曝光量的增加不仅不增加反而减少。图3-17所示为工业射线胶片的感光特性曲线，显然，在常用的黑度范围内，它不同于一般胶片的感光特性曲线。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-17 工业射线胶片的感光特性曲线第 章 射线照相检测设备与器材 3.4.3 射线胶片的分类与选用射线胶片的分类与选用
33、工业射线照相中所使用的胶片，通常分为增感型胶片和非增感型胶片(直接型胶片)两种类型。增感型胶片是指与荧光增感屏配合使用的胶片；非增感型胶片是指直接使用或与金属增感屏一起使用的胶片。按照胶片感光乳剂的粒度和主要的感光特性，射线胶片定性地划分为G1、G2、G3和G4四类。第 章 射线照相检测设备与器材 在射线照相检测工作中，应按照射线照相检测标准的规定选用胶片。一般来说，采用中等灵敏度的射线照相检测技术时，应选用T3(G3)类或性能更好的胶片；采用高灵敏度射线照相检测技术时，应选用T2(G2)或性能更好的胶片；当检测裂纹性缺陷时，应选用性能好的胶片。在射线照相检测技术中，一般不允许选用T4(G4)
34、类胶片，也就是说一般不允许选用增感型胶片。近几年来，国外标准关于工业射线照相胶片提出了“胶片系统”的概念，并按胶片系统进行了新的分类。所谓胶片系统，是指把胶片、铅增感屏、暗室处理的药品配方和程序(方法)结合在一起作为一个整体，并按这时表现出的感光特性和影像性能进行分类。第 章 射线照相检测设备与器材 胶片系统按下列三个性能指标进行分类：(1)梯度G，即胶片特性曲线在规定黑度处的斜率。(2)颗粒度D，即射线照片黑度在规定黑度下的随机偏差。(3)梯度/噪声比，即在规定黑度下的G/D值，它直接相关于信噪比。胶片存放的注意事项如下：(1)胶片应尽量存放在适当的温度和湿度环境中。温度和湿度过高会导致胶片
35、灰雾度增加，且乳剂膜发粘，造成胶片间粘连，甚至发霉。而温度和湿度过低会造成胶片变脆，易断裂和产生摩擦静电。(2)胶片在存放中还应避免接触有害气体，远离热源和辐射源，避免胶片受到较大的压力。第 章 射线照相检测设备与器材 3.5.1 增感屏增感屏当射线入射到胶片时，由于射线的穿透能力很强，大部分穿过胶片，胶片仅吸收入射射线很少的能量，为了更多地吸收射线的能量，缩短曝光时间，在射线照相检测中，常采用增感屏与胶片一起进行射线照相。利用增感屏吸收一部分射线能量，可达到缩短曝光时间的目的。描述增感屏增感性能的主要指标是增感系数，可用下式表示，即 (3-5)3.5 射线照相检射线照相检测测常用的其常用的其
36、他他设备和器材设备和器材EEk0第 章 射线照相检测设备与器材 式中：E0底片达到一定黑度不用增感屏时所需的曝光量；E底片达到一定黑度使用增感屏时所需的曝光量；k增感系数。第 章 射线照相检测设备与器材 1增感屏的类型与特点增感屏的类型与特点增感屏主要有金属增感屏、荧光增感屏和复合增感屏(金属荧光增感屏)三种类型。其各自的特点如下：(1)金属增感屏是将厚度均匀、平整的金属箔粘接在一定的支持物(如纸片、胶片片基等)上构成的。金属箔目前主要采用的是铅合金箔。金属箔增感屏主要与非增感型胶片一起使用。金属箔增感屏在射线照射下可以发射电子，这些电子被胶片吸收会产生照相作用，从而增加了射线的照相效应，产生
37、增感作用；另外，它还具有滤波作用，能够吸收散射线，从而大大地降低了散射比，提高了底片的影像质量。对一般技术和较高技术都应采用金属增感屏。图3-18所示为增感过程示意图。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-18 增感过程示意图第 章 射线照相检测设备与器材(2)荧光增感屏也称为盐增感屏，它是在支持物上均匀涂布一层荧光物质，上面再涂布一薄层保护物质层构成的。荧光增感屏与增感型胶片一起使用，当受到射线照射时，荧光物质被激发，辐射荧光，胶片吸收荧光实现增感作用。(3)金属荧光增感屏是金属增感屏和荧光增感屏的组合，其结构是在金属增感屏的金属箔外再附加一层荧光物质，由于金属荧光增感屏除了能够吸收工件中产
38、生的散射线外，并不能克服荧光增感屏的其他缺点，因此在射线照相中也未得到应用。第 章 射线照相检测设备与器材 2增感屏增感屏的的使用使用使用中，增感屏常分为前屏和后屏。前屏应置于胶片朝向射线源一侧，后屏置于另一侧，胶片夹在两屏之间。前屏应采用适于射线能量的厚度，后屏厚度经常较大，以便同时具有吸收背景产生的散射线的作用。为了操作的方便，实际上经常选用同样厚度的前屏和后屏，而另外在暗袋外面附加一定厚度的铅板屏蔽环境产生的散射线。第 章 射线照相检测设备与器材 使用增感屏时应注意以下几点：(1)正确选取增感屏的类型和规格。(2)增感物质表面(金属箔、荧光物质)应朝向胶片。(3)增感物质表面与胶片表面之
39、间应直接接触，不能放置其他物品。(4)射线照相过程中应保证增感屏与胶片紧密接触，但不能过分弯曲和挤压。第 章 射线照相检测设备与器材(5)在向前、后屏之间装入胶片或从它们之间取出胶片时应尽量避免摩擦，以免因摩擦产生荧光或静电，使胶片感光。(6)使用前应检查增感屏表面是否受到污染或损坏，存在这些问题的增感屏不能使用。三种类型的增感屏具有不同的特点，适应不同的要求。第 章 射线照相检测设备与器材 3.5.2 像质计像质计像质计(透度计)是测定射线照片的射线照相灵敏度的器件，根据在底片上显示的像质计的影像，可以判断底片影像的质量，并可评定透照技术、胶片暗室处理情况、缺陷检验能力等。目前，广泛使用的像
40、质计主要是丝型像质计、阶梯孔型像质计和平板孔型像质计三种，此外还有槽型像质计和双丝像质计等。像质计一般应采用与被检验工件相同或对射线吸收性能相似的材料制成。第 章 射线照相检测设备与器材 1丝型像质计丝型像质计(线型像质计线型像质计)丝型像质计结构简单、易于制作，已被世界各国广泛采用。国际标准化组织也将丝型像质计纳入其制定的射线照相标准中。丝型像质计的形式、规格已基本统一。丝型像质计的基本样式如图3-19所示，它采用与被透照工件材料相同或相近的材料制作的金属丝，按照直径大小的顺序、以规定的间距平行排列、封装在对射线吸收系数很低的透明材料中，或直接安装在一定的框架上，并配备一定的标志说明字母和数
41、字。一般在排列的金属丝的两端还放置有金属丝对应的号数，以识别该丝型像质计。丝型像质计主要应用在金属材料中。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-19 丝型像质计的基本样式第 章 射线照相检测设备与器材 关于丝的直径，现在各个国家一般都采用公比为(近似为1.25)的等比数列决定的一个优选数列(ISO/R10化整值系列)，并对丝径给以编号。我国有关标准对丝径进行了规定，如表3-1所示。第 章 射线照相检测设备与器材 表表3-1 我我国国有关标准关于丝型像质计的规定有关标准关于丝型像质计的规定(CSB 0213332000)丝号 1 2 3 4 5 6 7 8 丝径/mm 3.20 2.50 2.0
42、0 1.60 1.25 1.00 0.80 0.63 偏差/mm 0.03 0.02 丝号 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 丝径/mm 0.50 0.40 0.32 0.25 0.20 0.16 0.125 0.100 0.080 0.063 0.050 偏差/mm 0.01 0.005 0.003 第 章 射线照相检测设备与器材 我国的丝型像质计将表3-1中列出的19根丝分成五组：17、612、1016、1218、1319，每个像质计包含其中一组丝，适用于不同的厚度。在制作成丝型像质计时，丝长一般为50 mm，间距一般为5 mm。在射线照相中究竟选用哪一组的像
43、质计，应按照透照厚度和技术要求决定，所应识别的丝不应处于所在组的边缘。第 章 射线照相检测设备与器材 使用时，丝型像质计放置的数量、位置和具体的安放方法等应符合有关标准的规定。一般的规定主要是，原则上每张底片上都应有像质计的影像，像质计应放置在工件射线源侧的表面上，且应放置在透照区中灵敏度差的部位。当像质计放置在工件胶片侧表面时，应附加标记。多数标准对丝型像质计的识别性都有规定，在底片上至少可清晰看到连续10 mm长的丝状影像时，则该丝认为是可识别的。丝型像质计的相对灵敏度规定为，在射线照片上可识别的金属丝最小直径与工件的透照厚度的百分比，但目前的射线照相检测标准已很少采用。第 章 射线照相检
44、测设备与器材 2阶梯孔型像质计阶梯孔型像质计阶梯孔型像质计的基本结构是在阶梯块上钻直径等于阶梯厚度的通孔，孔应垂直于阶梯表面，不做倒角。常用的阶梯形状是矩形和正六边形，为了克服小孔识别的不确定性，常在薄的阶梯上钻两个孔。阶梯孔型像质计主要在欧洲地区应用，其典型的设计如图3-20所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-20 阶梯孔型像质计的典型样式(a)矩形阶梯；(b)正六边形阶梯第 章 射线照相检测设备与器材 与丝型像质计一样，阶梯的材料应与被检工件的材料相同或相近，阶梯的厚度尺寸与丝型像质计的金属丝直径尺寸相同。阶梯孔型像质计的射线照相灵敏度规定为，在射线照片上可识别的最小孔所在的阶梯的
45、阶梯厚度与工件的透照厚度的百分比。由于在射线照片上丝的可识别性与孔的可识别性并不相同，因此即使丝型像质计灵敏度与阶梯孔型像质计灵敏度相同，也并不表示射线照相灵敏度相同。第 章 射线照相检测设备与器材 3平板孔型像质计平板孔型像质计平板孔型像质计是在美国广泛使用的一种特殊形式的像质计，它是在均匀厚度的平板上钻三个通孔，如果记板的厚度为，则三个孔的直径分别为1、2、4，1孔位于中间。板厚应选为透照厚度的1%、2%或4%，板的材料应与被透照工件的材料相同或相近。平板孔型像质计的典型样式如图3-21所示。第 章 射线照相检测设备与器材 图3-21 平板孔型像质计的样式(a)适于较小透照厚度；(b)适于
46、较大透照厚度第 章 射线照相检测设备与器材 平板孔型像质计的灵敏度级别表示为n1-n2T，其中n1是以透照物体厚度的百分数表示的像质计板厚，n2是应识别的最小孔径为像质计板厚T的倍数。平板孔型像质计共可以规定出9个灵敏度级别，即1-1T、1-2T、1-4T、2-1T、2-2T、2-4T、4-1T、4-2T和4-4T。在射线照相检测中，经常设立5个级别，即1-1T、1-2T、2-1T、2-2T、2-4T。4槽槽型型像质计像质计槽型像质计的基本结构是在矩形块上制作出深度不等、宽度相等或不等的矩形槽。这些槽作为细节，利用它们在底片上显示的影像，判断底片的射线照相灵敏度和缺陷的情况。第 章 射线照相检
47、测设备与器材 3.5.3 其他设备和器材其他设备和器材1观片灯观片灯观片灯是识别底片缺陷影像所需要的基本设备。对观片灯的主要要求包括三个方面，即光的颜色、光源亮度、照明方式与范围。光的颜色一般应为日光色。光源应具有足够的亮度且应可调整，其最大亮度应能达到与底片黑度相适应的值。光源的照明应采用漫射方式，照明的区域应当可以调整大小，可以控制在评片者注意观察的范围。对观片灯还有光照的均匀性、观片灯的绝缘电阻、观片灯的发热性、观片灯的噪声等要求。第 章 射线照相检测设备与器材 2黑度计黑度计(光学密度计光学密度计)底片黑度是底片质量的基本指标之一，黑度计是测量底片黑度的设备。在工业射线照相检测中，作为
48、底片质量指标的黑度，并不要求测量非常准确。使用中的黑度计应定期用标准黑度片(密度片)进行校验，所使用的标准黑度片应按规定送有关部门进行检定。第 章 射线照相检测设备与器材 3暗室设备暗室设备与与器材器材暗室必需的主要设备和器材是工作台、切刀、胶片处理的槽或盘、上下水系统、安全红灯、计时钟(暗室条件下)等，可能条件下应配置自动洗片机。安全红灯的颜色和亮度应保证射线胶片在切装和冲洗处理过程中不被感光，灯的颜色应为暗红色，一般用1525 W白炽灯加装滤色片构成。应控制灯与显影装置、切装胶片工作台的距离。安全红灯的可靠性可用一条胶片在安全红灯的不同工作部位及不同暴露时间下是否产生灰雾度确定。第 章 射
49、线照相检测设备与器材 4标记与标记与铅板铅板在射线照相检测中，为了建立档案和缺陷识别及定位，需要采用标记。标记主要由识别标记和定位标记组成。标记一般由适当尺寸的铅(或其他适宜的重金属)制数字、拼音字母和符号等构成。标记应放置在工件适当的部位，与工件同时透照。所有标记的影像不应重叠，且不应干扰有效评定范围内的影像。铅板是射线照相检测中经常需要的器材，主要用于控制散射线。在实验室中，透照台面或透照区地面应铺设适当厚度的铅板；在现场、野外或透照部位附近环境复杂时，在暗盒后面必须贴附适当厚度的铅板。第 章 射线照相检测设备与器材 3.6.1 X射线实时成像检测机理射线实时成像检测机理X射线实时成像法使
50、用X射线机作为射线源，由X射线机发出X射线，X射线透过被检物体后衰减，由射线接收/转换装置接收并转换成模拟信号或数字信号，经过计算机及图像处理系统，将检测图像直接还原在显示器屏幕上显示出材料内部的缺陷/损伤性质、大小、位置等信息，按照有关标准对检测结果进行等级评定，从而达到检测的目的。在通常情况下，会生成二维透视图像，并用灰度级来表示图像的黑白程度，如图3-22所示。3.6 X射线实时成像检测设备射线实时成像检测设备第 章 射线照相检测设备与器材 图3-22 X射线实时成像检测机理示意图第 章 射线照相检测设备与器材 X射线实时成像检测技术作为一种新兴的无损检测技术，已进入了工业产品检测的实际
