3.1X射線機(jī)

3.2γ射線機(jī)

3.3加速器

3.4工業(yè)射線膠片

3.5射線照相檢測(cè)常用的其他設(shè)備和器材 3.6X射線實(shí)時(shí)成像檢測(cè)設(shè)備

習(xí)題

3.1.1X射線機(jī)的類型

按X射線機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，通?？蓪射線機(jī)分為便攜式X射線機(jī)、移動(dòng)式X射線機(jī)和固定式X射線機(jī)三類。

(1)便攜式X射線機(jī)整機(jī)由控制器和射線發(fā)生器構(gòu)成，它們之間采用低壓電纜連接。X射線管、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)共同安裝在一個(gè)機(jī)殼中，共同組成一個(gè)組合式射線發(fā)生器，射線發(fā)生器中充滿了絕緣介質(zhì)。其體積小、重量輕，便于攜帶。3.1X射線機(jī)

(2)移動(dòng)式X射線機(jī)具有分立的各個(gè)組成部分，但它們共同安裝在一個(gè)小車上，可以方便地移動(dòng)，冷卻系統(tǒng)為良好的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。X射線管采用金屬陶瓷X射線管，尺寸較小，它與高壓發(fā)生器之間采用高壓電纜連接，以便于現(xiàn)場(chǎng)的防護(hù)和操作。

(3)固定式X射線機(jī)采用結(jié)構(gòu)完善、功能強(qiáng)的分立射線發(fā)生器、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，射線發(fā)生器與高壓發(fā)生器之間采用高壓電纜連接。其體積大、重量大，不便移動(dòng)，但系統(tǒng)完善，工作效率高。3.1.2X射線機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

X射線機(jī)主要由射線發(fā)生器(X射線管)、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)、控制和保護(hù)系統(tǒng)等組成。

1．X射線管

X射線機(jī)的核心器件是X射線管。普通X射線管主要由陽(yáng)極、陰極和管殼構(gòu)成，其基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1X射線管的基本結(jié)構(gòu)

1)陽(yáng)極

陽(yáng)極是產(chǎn)生X射線的部位，主要由陽(yáng)極體、陽(yáng)極靶和陽(yáng)極罩組成。陽(yáng)極的基本結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。

(1)陽(yáng)極體是具有高熱傳導(dǎo)性的金屬電極。典型的陽(yáng)極體由無(wú)氧銅制成。其作用是支承陽(yáng)極靶，并將陽(yáng)極靶上產(chǎn)生的熱量傳送出去，避免靶面燒毀。

(2)陽(yáng)極靶采用鎢制成。陽(yáng)極靶緊密鑲嵌在陽(yáng)極體上，陽(yáng)極靶的表面應(yīng)磨成鏡面，并與X射線管軸成一定角度，靶面與管軸垂線所成的角度常稱為靶面角。陽(yáng)極靶的作用是承受高速電子的撞擊，以產(chǎn)生X射線。圖3-2陽(yáng)極的基本結(jié)構(gòu)

(3)陽(yáng)極罩是用來(lái)吸收高速電子撞擊陽(yáng)極靶時(shí)產(chǎn)生的二次電子。陽(yáng)極罩常用銅制成，在朝向陰極方向有一小孔，陰極發(fā)射的電子從這個(gè)小孔進(jìn)入，撞擊陽(yáng)極靶，產(chǎn)生的X射線從陽(yáng)極罩側(cè)面的放射窗口輻射出來(lái)。

X射線管的陽(yáng)極特性是指在一定的陰極燈絲電流下，管電流與管電壓的關(guān)系。圖3-3所示為X射線管的陽(yáng)極特性曲線。從圖中可以看到，管電流最初是隨著管電壓的升高而增加，但當(dāng)管電壓達(dá)到一定值以后，燈絲發(fā)射的電子已接近全部到達(dá)陽(yáng)極靶，管電流趨于飽和。圖3-3X射線管的陽(yáng)極特性曲線

2)陰極

陰極是X射線管中發(fā)射電子的部位，它由燈絲和一定形狀的金屬電極——聚焦杯(陰極頭)構(gòu)成。燈絲采用鎢絲制成，其主要形狀有圓形、線形、矩形等，聚焦杯包圍著燈絲，燈絲的形狀、尺寸及聚焦杯的形狀、尺寸、與燈絲的相對(duì)位置等，都直接影響X射線管的焦點(diǎn)。

X射線管的陰極特性是指在一定管電壓時(shí)，管電流與燈絲電流之間的關(guān)系。圖3-4所示為X射線管的陰極特性曲線。圖3-4X射線管的陰極特性曲線

3)管殼

X射線管的管殼封出一個(gè)高真空腔體，并在腔內(nèi)封裝陽(yáng)極和陰極，管殼必須具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度和電絕緣強(qiáng)度。工業(yè)射線檢測(cè)常用的X射線管的管殼主要由玻璃與金屬或陶瓷與金屬制成。由陶瓷與金屬制成的管殼的X射線管又分為金屬陶瓷X射線管和波紋陶瓷X射線管。與玻璃管殼X射線管相比，金屬陶瓷X射線管具有結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。圖3-5金屬陶瓷X射線管的結(jié)構(gòu)

X射線管中產(chǎn)生X射線的基本過程是：X射線管的陰極燈絲通過電流被加熱到高溫后發(fā)射電子，這些電子聚集在燈絲附近；當(dāng)X射線管的陽(yáng)極和陰極之間施加高壓后，電子在這個(gè)高壓作用下被加速，高速穿過陽(yáng)極和陰極之間的空間后撞擊到陽(yáng)極靶上；通過軔致輻射，電子的小部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為X射線，從X射線管窗口輻射出來(lái)；而電子的大部分動(dòng)能傳給了陽(yáng)極靶，使它迅速升溫。

X射線管置于一定的外殼中，X射線管與此外殼以及外殼中充填的絕緣介質(zhì)等構(gòu)成一個(gè)整體，通常稱為射線發(fā)生器(機(jī)頭)。外殼由具有一定強(qiáng)度的金屬制成，在外殼內(nèi)應(yīng)有一定厚度的鉛屏蔽層，使漏泄輻射量降低到規(guī)定的要求，內(nèi)部充填的絕緣介質(zhì)主要是高抗電強(qiáng)度的變壓器油或六氟化硫氣體。

2．高壓發(fā)生器

高壓發(fā)生器由高壓變壓器、高壓整流管、燈絲變壓器和高壓整流電路組成，它們共同裝在一個(gè)機(jī)殼中，里面充滿了耐高壓的絕緣介質(zhì)。高壓發(fā)生器的作用是提供X射線管的加速電壓和燈絲電壓。

3．冷卻系統(tǒng)

X射線管只能將1%左右的電子能量轉(zhuǎn)換為X射線，而絕大部分的能量在陽(yáng)極靶上被轉(zhuǎn)換為熱量，產(chǎn)生的高熱會(huì)損壞陽(yáng)極靶，因此，為了使X射線管能正常工作，X射線機(jī)必須有良好的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)按冷卻方式可分為油循環(huán)冷卻、水循環(huán)冷卻和輻射散熱冷卻。其中：油循環(huán)冷卻主要應(yīng)用于固定式X射線機(jī)；水循環(huán)冷卻主要應(yīng)用于移動(dòng)式X射線機(jī)和油絕緣的便攜式X射線機(jī)；輻射散熱冷卻主要應(yīng)用于便攜式X射線機(jī)。

4．控制和保護(hù)系統(tǒng)

X射線機(jī)的控制和保護(hù)系統(tǒng)主要包括基本電路、電壓和電流調(diào)整部分，冷卻和時(shí)間等的控制部分，保護(hù)裝置等。一旦X射線機(jī)中出現(xiàn)異常情況或出現(xiàn)工作條件不符合要求的情況，這些保護(hù)裝置將使X射線機(jī)不能加上高壓或高壓將被切斷。

5．高壓電纜

移動(dòng)式和固定式X射線機(jī)的高壓發(fā)生器與射線發(fā)生器之間應(yīng)采用高壓電纜連接，其基本結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖3-6高壓電纜的基本結(jié)構(gòu)3.1.3X射線機(jī)的技術(shù)性能

X射線機(jī)主要有工作負(fù)載特性、輻射強(qiáng)度、焦點(diǎn)尺寸、輻射角、漏泄輻射劑量等技術(shù)性能。

1．工作負(fù)載特性

X射線機(jī)的工作負(fù)載特性是指X射線機(jī)可使用的管電壓、管電流等特性。其工作負(fù)載特性曲線如圖3-7所示。圖3-7X射線機(jī)的工作負(fù)載特性曲線

X射線機(jī)的工作負(fù)載特性曲線不僅給出了射線機(jī)的工作特性以及其適宜檢驗(yàn)的材料、厚度范圍和工作的應(yīng)用特點(diǎn)，而且從X射線機(jī)的工作負(fù)載特性曲線還可以看到所能使用的管電流與所施加的管電壓相關(guān)，也受到焦點(diǎn)尺寸的限制。

2．輻射強(qiáng)度

X射線管輻射的X射線強(qiáng)度近似與管電壓的平方成正比、與管電流成正比、與靶物質(zhì)的原子序數(shù)成正比，即

I?=?αiZU2(3-1)

式中：I——X射線強(qiáng)度；

i——管電流(mA)；

Z——靶物質(zhì)的原子序數(shù)；

U——管電壓(kV)；

α——比例系數(shù)，(1.1～1.4)×10-6。

3．焦點(diǎn)尺寸

焦點(diǎn)是陽(yáng)極靶上產(chǎn)生X射線的區(qū)域，其形狀、尺寸直接相關(guān)于射線照相所得到的影像的質(zhì)量，是X射線機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。在射線照相檢驗(yàn)中，通常簡(jiǎn)稱有效焦點(diǎn)為焦點(diǎn)。有效焦點(diǎn)是實(shí)際焦點(diǎn)(電子束所撞擊的陽(yáng)極靶的面積)在垂直于管軸方向的投影，如圖3-8所示。圖3-8X射線機(jī)的焦點(diǎn)(a)有效焦點(diǎn)與實(shí)際焦點(diǎn)的關(guān)系；(b)焦點(diǎn)形狀

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織把常用的X射線機(jī)的焦點(diǎn)形狀歸納為四種基本形狀，即正方形、長(zhǎng)方形、圓形、橢圓形，各種形狀焦點(diǎn)的有效焦點(diǎn)尺寸d的計(jì)算式如下：

正方形： d?=?a

長(zhǎng)方形： d?=?(a?+?b)/2

圓形： d?=?a

橢圓形： d?=?(a?+?b)/2

4．輻射角

輻射角直接決定了X射線機(jī)可使用的輻照?qǐng)觯申?yáng)極靶的形狀和陽(yáng)極的設(shè)計(jì)決定。

目前使用的X射線機(jī)中，定向輻射X射線機(jī)的輻射角一般為40°錐形輻射角，周向輻射X射線機(jī)一般為24°×?360°或25°×?360°的扇形周向輻射角，或者是12°×?360°的半扇形周向輻射角。

簡(jiǎn)單地測(cè)定輻射角時(shí)，可把膠片垂直于窗口平面放置，用很短的時(shí)間曝光，從得到的底片影像測(cè)量，一般應(yīng)在十字交叉的兩個(gè)方位完成上面的測(cè)量。

5．漏泄輻射劑量

國(guó)內(nèi)外的相關(guān)輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)漏泄輻射劑量作出了具體規(guī)定，如GB16357—1996。3.1.4X射線機(jī)的使用與維護(hù)

日常使用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵守X射線機(jī)的使用說明，認(rèn)真進(jìn)行各項(xiàng)維護(hù)工作，其中應(yīng)特別注意的是下列各項(xiàng)：

(1)不能超負(fù)荷使用X射線機(jī)。X射線機(jī)都規(guī)定了額定電壓、額定電流(管電流)、工作方式，其中工作方式指的是加載與冷卻交替循環(huán)時(shí)間的規(guī)定，在正常開機(jī)工作時(shí)必須遵守這些規(guī)定。

(2)注意X射線管的老化訓(xùn)練。X射線管內(nèi)的材料析出氣體和X射線管本身的泄漏等，都會(huì)導(dǎo)致真空度降低。若真空度降低，不僅會(huì)引起高壓擊穿損壞X射線管，而且高速電子會(huì)使管中氣體電離，產(chǎn)生很大的管電流，從而造成X射線管損壞。因此，為了保證X射線管的真空度，新安裝的X射線管，或關(guān)機(jī)一段時(shí)間再啟用的X射線機(jī)，在開機(jī)后都應(yīng)進(jìn)行X射線管的老化訓(xùn)練(訓(xùn)機(jī))。老化訓(xùn)練就是按照一定的程序，從低管電壓、低管電流逐步升壓，直至達(dá)到X射線機(jī)工作所需的最高管電壓或額定工作電壓。

(3)充分預(yù)熱與冷卻。由于X射線管燈絲不發(fā)射電子狀態(tài)與強(qiáng)烈發(fā)射電子狀態(tài)之間的突然變化，將加速燈絲的老化，減少X射線管的壽命，因此在開機(jī)后，應(yīng)使燈絲經(jīng)歷一定的加熱時(shí)間后，再將高壓送到X射線管。關(guān)機(jī)前，應(yīng)使X射線管的燈絲在無(wú)高壓下保持加熱一段時(shí)間。

為了達(dá)到充分冷卻，除了保證冷卻系統(tǒng)正常工作外，還必須遵守X射線機(jī)的工作方式規(guī)定，在高壓加載一定時(shí)間后必須按照規(guī)定間歇一定時(shí)間，防止X射線機(jī)因冷卻不足造成事實(shí)上的工作，形成超負(fù)載的過度使用，損壞或嚴(yán)重?fù)p傷X射線管。

(4)進(jìn)行日常定期維護(hù)。做好日常定期維護(hù)工作，對(duì)于保證X射線機(jī)長(zhǎng)期處于正常工作狀態(tài)和延長(zhǎng)使用壽命都具有重要意義。主要的日常維護(hù)工作是定期校驗(yàn)指示儀表和清潔控制系統(tǒng)的元器件，定期檢驗(yàn)絕緣油、冷卻油的耐壓強(qiáng)度和充氣絕緣X射線機(jī)的氣壓，定期檢驗(yàn)連接部分和緊固部分的狀況，特別是高壓電纜連接處的密封和緊固螺栓，保證它們都處于良好、有效的狀態(tài)，防止泄漏、滲入。

在日常使用中，X射線機(jī)常出現(xiàn)的故障主要發(fā)生在X射線管、高壓發(fā)生器、高壓電纜和低壓電路等部分。

①X射線管的主要故障是真空度降低、X射線管漏氣，由此造成X射線管擊穿，或者X射線管燈絲燒斷，損壞X射線管。

②高壓發(fā)生器部分的故障主要是高壓電路中局部絕緣降低、高壓變壓器對(duì)地?fù)舸⒏邏鹤儔浩鲗娱g擊穿、燈絲變壓器對(duì)地?fù)舸┑取?/p>

③高壓電纜的故障主要是擊穿，擊穿經(jīng)常出現(xiàn)的位置是插頭部位。

④低壓電路部分的故障主要是電路元器件失效、電接觸不良、存在短路或擊穿等。

發(fā)生故障時(shí)應(yīng)立即停止X射線機(jī)的工作，查明原因，排除故障。3.2.1γ射線機(jī)的類型

我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將γ射線探傷機(jī)分為手提式、移動(dòng)式和固定式三種類型。

手提式γ射線機(jī)體積小、重量小，便于攜帶，使用方便，但從輻射防護(hù)的角度看，其不能裝備能量高的γ射線源。

移動(dòng)式和固定式γ射線機(jī)體積較大、重量也較大，移動(dòng)需借助適當(dāng)?shù)难b置，由于容許采用更多材料進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計(jì)，因此可以裝備能量高和活度較大的γ射線源。3.2γ??射?線?機(jī)3.2.2γ射線機(jī)的基本構(gòu)成

γ射線機(jī)主要由源容器(主機(jī)體)、源組件(密封γ射線源)、輸源(導(dǎo))管、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和附件五部分構(gòu)成。圖3-9所示為S通道γ射線機(jī)源容器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

(1)源容器是γ射線源的儲(chǔ)存裝置，是γ射線機(jī)的主機(jī)。在不曝光時(shí)，γ射線源被收回置于源容器中。為了減少γ射線輻射的外泄，源容器內(nèi)部都裝備了屏蔽材料。屏蔽體內(nèi)的設(shè)計(jì)主要有“S通道”和“直通道”兩種形式。圖3-9S通道γ射線機(jī)源容器的基本結(jié)構(gòu)示意圖

(2)源組件由γ射線源、外殼、源辮子、屏蔽桿構(gòu)成。γ射線源密封在外殼中。外殼由內(nèi)、外兩層構(gòu)成。內(nèi)層是鋁殼，外層一般由不銹鋼制成。對(duì)外殼的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度有嚴(yán)格要求，它必須在一定的溫度、壓力、振動(dòng)、沖擊等的作用下不發(fā)生損壞，不會(huì)導(dǎo)致放射性同位素外泄。源組件與源托連接，通過源托與驅(qū)動(dòng)部件連接在一起。圖3-10所示為源組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-10源組件的結(jié)構(gòu)示意圖

(3)輸源管是一種軟管，它由包塑的不銹鋼管制成。使用時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，可將一根或多根相連，構(gòu)成一端開口另一端封閉的輸源管，開口一端與源容器連接，封閉一端與照射頭連接，照射頭固定在曝光位置，γ射線源沿輸源導(dǎo)管送到預(yù)定的曝光位置。

(4)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由一套控制部件、控制導(dǎo)管、驅(qū)動(dòng)部件構(gòu)成，用來(lái)送出和收回γ射線源，其行程記錄裝置可以指示γ射線源所處的位置，驅(qū)動(dòng)方式可分為自動(dòng)(電動(dòng))和手動(dòng)方式

兩種。

(5)附件主要是照射頭、定向架等。利用照射頭限定γ射線源的照射場(chǎng)，利用定向架固定照射頭，以保證γ射線照相過程按設(shè)定的方式進(jìn)行。

目前，工業(yè)射線照相檢測(cè)所用的γ射線源主要是人工放射性同位素：60Co、192Ir、75Se、170Tm等。對(duì)于工業(yè)射線照相檢測(cè)而言，在選擇γ射線源時(shí)應(yīng)考慮的主要特性是能量、放射性比活度、半衰期、源尺寸。由于不同的γ射線源的能量是固定的，因此應(yīng)按照被測(cè)件的材料和厚度，選擇適當(dāng)?shù)摩蒙渚€源，γ射線源的能量是否適當(dāng)直接關(guān)系到檢驗(yàn)的靈敏度。3.2.3γ射線機(jī)的使用

γ射線機(jī)的操作一般應(yīng)按下列程序進(jìn)行。

1．準(zhǔn)備工作

檢查γ射線機(jī)的有關(guān)部分是否完好正常，在確認(rèn)γ射線機(jī)處于完好后方可進(jìn)行安裝應(yīng)用?。

2．主機(jī)安裝

將主機(jī)牢固地安放在適當(dāng)位置，并應(yīng)采取必要的輻射防護(hù)措施和設(shè)置必要的防雨、防外界物品碰撞等設(shè)施。在安裝過程中，應(yīng)隨時(shí)用劑量?jī)x進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3．組裝γ射線機(jī)

根據(jù)檢驗(yàn)工作的具體情況和特點(diǎn)設(shè)計(jì)透照布置，組裝輸源導(dǎo)管、連接驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、固定準(zhǔn)直器和定向架等。輸源導(dǎo)管應(yīng)盡量平直，固定準(zhǔn)直器和定向架時(shí)應(yīng)使γ射線源盡量與設(shè)定的焦點(diǎn)位置重合。

4．設(shè)定控制區(qū)和監(jiān)督區(qū)

通過監(jiān)測(cè)(和理論計(jì)算)，設(shè)定控制區(qū)邊界和監(jiān)督區(qū)邊界，并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定設(shè)置警告標(biāo)志，操作人員應(yīng)在控制區(qū)邊界外工作，公眾人員不應(yīng)進(jìn)入監(jiān)督區(qū)。

5．完成曝光過程

按γ射線機(jī)的操作說明、有關(guān)的操作規(guī)程和檢驗(yàn)工藝卡的規(guī)定，完成曝光過程。

γ射線機(jī)在使用過程中可能發(fā)生的故障主要是部分機(jī)件損壞、安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)失靈等。如果出現(xiàn)γ射線源不能收回到源容器儲(chǔ)存位置的故障，不能盲目處理，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采取必要的措施，請(qǐng)專門人員進(jìn)行處理，排除故障。

γ射線機(jī)使用時(shí)必須嚴(yán)格遵守國(guó)家、衛(wèi)生、公安等部門的有關(guān)法規(guī)、規(guī)章和制度，操作人員必須經(jīng)過有關(guān)培訓(xùn)，注意防止γ射線機(jī)操作失誤，嚴(yán)格防止因γ射線源未收回或遺失等可能造成的輻射事故。3.3.1電子感應(yīng)加速器

電子感應(yīng)加速器的主體結(jié)構(gòu)是一環(huán)形真空室(環(huán)形真空加速管)和巨大的電磁鐵，其主要結(jié)構(gòu)如圖3-11所示。3.3加

速

器圖3-11電子感應(yīng)加速器的主體結(jié)構(gòu)示意圖電子感應(yīng)加速器利用隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)及其產(chǎn)生的感應(yīng)電場(chǎng)，使電子在環(huán)形真空室內(nèi)沿圓形軌道運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行加速。當(dāng)電子達(dá)到需要的能量時(shí)，在輔助勵(lì)磁線圈的磁場(chǎng)作用下，脫離圓形加速軌道，撞擊在靶上，產(chǎn)生X射線。

電子感應(yīng)加速器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)比較低，能量范圍比較寬，但它的電子束流強(qiáng)度小，因此產(chǎn)生的射線強(qiáng)度低。3.3.2電子直線加速器

電子直線加速器的主體結(jié)構(gòu)是圓柱形金屬波導(dǎo)管，波導(dǎo)管中每隔一定距離安放一個(gè)金屬圓盤，圓盤中心有一圓孔，它是行波電磁場(chǎng)和電子的通路。這種加速器采用電磁場(chǎng)在波導(dǎo)管內(nèi)不斷供給電子能量，使電子加速，電子在加速管內(nèi)沿直線運(yùn)動(dòng)，加速到一定能量后撞擊在靶上產(chǎn)生X射線。圖3-12所示為電子直線加速器的結(jié)構(gòu)示意圖。

電子直線加速器是性能更適合于工業(yè)射線照相檢測(cè)的加速器，與電子感應(yīng)加速器相比，它的體積大些，但它的電子束流強(qiáng)度大，產(chǎn)生的X射線強(qiáng)度較大。圖3-12電子直線加速器的結(jié)構(gòu)示意圖3.3.3電子回旋加速器

電子回旋加速器的主體結(jié)構(gòu)是安放在兩個(gè)磁極之間的一個(gè)扁圓盒形真空室。圖3-13所示為電子回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖。這種加速器是利用恒定的磁場(chǎng)和高頻電場(chǎng)，使電子沿具有公切點(diǎn)的逐漸加大的圓運(yùn)動(dòng)，當(dāng)電子被加速到所需要的能量時(shí)，從圓周軌道將電子引出，使其撞擊在靶上產(chǎn)生X射線。電子回旋加速器的能量可在較寬的范圍變化，能量的分散度小，焦點(diǎn)尺寸也小，束流強(qiáng)度比較大，束流的準(zhǔn)直性好。圖3-13電子回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖3.4.1射線膠片的結(jié)構(gòu)

為了能更多地吸收射線的能量，射線膠片與普通膠片相比，除了感光乳劑成分有所不同外，其他的主要不同是射線膠片一般是雙面涂布感光乳劑層，且感光乳劑層厚度遠(yuǎn)大于普通膠片的感光乳劑層厚度，但感光最慢、顆粒最細(xì)的射線膠片除外，這類膠片采用單面涂布乳劑層。射線膠片的結(jié)構(gòu)如圖3-14所示。3.4工業(yè)射線膠片圖3-14射線膠片的結(jié)構(gòu)射線膠片的片基為透明塑料，它是感光乳劑層的支持體。

感光乳劑層的主要成分是極細(xì)的鹵化銀感光物質(zhì)顆粒和明膠。鹵化銀物質(zhì)主要采用的是溴化銀。明膠可以使鹵化銀顆粒均勻地懸浮在感光乳劑層中，并且，由于它具有多孔性，對(duì)水有極大的親合力，可使暗室處理藥液能均勻地滲透到感光乳劑層中。感光乳劑層的優(yōu)劣決定了膠片的感光性能。

結(jié)合層是一層膠質(zhì)膜，它將感光乳劑層牢固地粘結(jié)在片基上。

保護(hù)層主要是一層極薄的明膠層，它涂在感光乳劑層上，避免感光乳劑層直接與外界接觸，導(dǎo)致?lián)p壞。3.4.2

膠片的主要感光特性與感光特性曲線

1．光學(xué)密度與曝光量

膠片經(jīng)過曝光和暗室處理后稱為底片。由于底片上各處的金屬銀密度不同，因此各處透光的程度也不同。底片的光學(xué)密度就是底片的不透明程度，它表示了金屬銀使底片變黑的程度，簡(jiǎn)稱為黑度。

如圖3-15所示，設(shè)入射到底片的光強(qiáng)度為I0，透過底片的光強(qiáng)度為I，則光學(xué)密度D定義為入射光強(qiáng)度與透射光強(qiáng)度之比的常用對(duì)數(shù)之值，即

(3-2)圖3-15光學(xué)密度定義

曝光量是在曝光期間膠片所接收的光能量，設(shè)光(射線)強(qiáng)度為I，曝光時(shí)間為t，曝光量為H，則曝光量可以用下式定義

H=It(3-3)

在射線照相中通常所說的曝光量(常用E表示)并沒有直接采用射線強(qiáng)度與曝光時(shí)間的積來(lái)表示。例如，對(duì)X射線采用管電流與曝光時(shí)間的乘積，而對(duì)γ射線則常采用源的放射性活度與曝光時(shí)間的積，但對(duì)于同一管電壓下的X射線或同一γ射線源的γ射線，它們之間存在固定的關(guān)系，僅相差一個(gè)常數(shù)倍數(shù)。

2．膠片的主要感光特性

膠片的感光特性是指膠片曝光后(經(jīng)暗室處理)得到的底片黑度(光學(xué)密度)與曝光量的關(guān)系。主要的感光特性包括感光度(S)、梯度(G)、寬容度(L)及灰霧度(D0)等，感光特性曲線集中反映了這些感光特性。

(1)感光度(S)也稱為感光速度，它表示膠片感光的快慢。通常定義為使底片產(chǎn)生一定黑度所需的曝光量的倒數(shù)為感光度，即

其中，HS為產(chǎn)生一定黑度所需要的曝光量。不同膠片得到同樣的黑度所需的曝光量是不同的，所需曝光量少的感光度高，或說感光速度快。

(2)膠片特性曲線上任一點(diǎn)的切線的斜率稱為梯度(G)。梯度與膠片的類型、增感方式、顯影過程等相關(guān)。特性曲線上不同點(diǎn)的梯度是不同的，即使在正常曝光部分，由于曲線只是近似直線，因此各點(diǎn)的梯度也存在一些小的差別。對(duì)可見光，膠片特性曲線的正常曝光部分，梯度可以認(rèn)為是常數(shù)；對(duì)非增感型射線膠片，在一定黑度范圍內(nèi)(黑度為12～16)，梯度隨著黑度的增加連續(xù)增大，為了簡(jiǎn)單化，也常近似地認(rèn)為梯度是常數(shù)。

(3)寬容度(L)定義為特性曲線上直線部分對(duì)應(yīng)的曝光量對(duì)數(shù)之差，即

L?=?lgHC-lgHB

在這個(gè)范圍內(nèi)，由于黑度與曝光量對(duì)數(shù)近似成正比關(guān)系，因此在射線照相檢測(cè)中不同厚度或厚度差將以相應(yīng)的不同黑度記錄在射線照片上。

(4)灰霧度(D0)表示膠片即使不經(jīng)曝光在顯影后也能得到的黑度，在膠片感光特性曲線上是曲線起點(diǎn)對(duì)應(yīng)的黑度。

膠片的感光度、梯度(或說平均斜率)、灰霧度與存放時(shí)間和顯影條件都相關(guān)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，膠片的感光性能將會(huì)衰退，稱之為感光材料的“老化”。

由于感光乳劑中鹵化銀顆粒的尺寸不同且隨機(jī)分布，從而使得均勻的曝光過程也會(huì)產(chǎn)生感光的不均勻性；此外，暗室處理也會(huì)影響膠片的感光特性。因此，影響膠片感光特性的主要因素有鹵化銀顆粒的粒度及其分布密度、暗室處理等。

一般來(lái)說，隨著粒度增大，膠片的感光度也增高，梯度降低，灰霧度也會(huì)增大。感光材料的粒度限制了膠片所能記錄的細(xì)節(jié)的最小尺寸。

3．感光特性曲線

膠片的感光特性曲線給出的是膠片曝光后(經(jīng)暗室處理)得到的底片黑度(光學(xué)密度)與(相對(duì))曝光量對(duì)數(shù)的關(guān)系，如圖3-16所示。圖3-16膠片的感光特性曲線

膠片的感光特性曲線一般可分為下面幾個(gè)部分。

(1)曲線中的AC部分稱為趾部或曝光不足區(qū)。在這一部分，對(duì)應(yīng)于曝光量的增加，黑度的增加很緩慢。

(2)曲線中的CD部分稱為正常曝光部分。在這一部分，黑度與曝光量的對(duì)數(shù)近似成正比，曲線近似為直線，工業(yè)射線照相檢測(cè)中規(guī)定的黑度都在這個(gè)范圍之內(nèi)。黑度與曝光量對(duì)數(shù)之間近似滿足下面的關(guān)系：

D=GlgH+k

(3-4)

式中：D——底片黑度；

G——特性曲線的斜率，即梯度；

H——曝光量；

k——常數(shù)。

(3)曲線中的DE部分稱為肩部或曝光過度區(qū)。在這一部分，當(dāng)曝光量增加時(shí)，黑度的增加很緩慢。

(4)曲線中E以后的部分稱為反轉(zhuǎn)部分(以前常稱為負(fù)感區(qū))。在這一部分，黑度隨曝光量的增加不僅不增加反而減少。

圖3-17所示為工業(yè)射線膠片的感光特性曲線，顯然，在常用的黑度范圍內(nèi)，它不同于一般膠片的感光特性曲線。圖3-17工業(yè)射線膠片的感光特性曲線3.4.3射線膠片的分類與選用

工業(yè)射線照相中所使用的膠片，通常分為增感型膠片和非增感型膠片(直接型膠片)兩種類型。增感型膠片是指與熒光增感屏配合使用的膠片；非增感型膠片是指直接使用或與金屬增感屏一起使用的膠片。

按照膠片感光乳劑的粒度和主要的感光特性，射線膠片定性地劃分為G1、G2、G3和G4四類。

在射線照相檢測(cè)工作中，應(yīng)按照射線照相檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定選用膠片。一般來(lái)說，采用中等靈敏度的射線照相檢測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)選用T3(G3)類或性能更好的膠片；采用高靈敏度射線照相檢測(cè)技術(shù)時(shí)，應(yīng)選用T2(G2)或性能更好的膠片；當(dāng)檢測(cè)裂紋性缺陷時(shí)，應(yīng)選用性能好的膠片。在射線照相檢測(cè)技術(shù)中，一般不允許選用T4(G4)類膠片，也就是說一般不允許選用增感型膠片。

近幾年來(lái)，國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于工業(yè)射線照相膠片提出了“膠片系統(tǒng)”的概念，并按膠片系統(tǒng)進(jìn)行了新的分類。所謂膠片系統(tǒng)，是指把膠片、鉛增感屏、暗室處理的藥品配方和程序(方法)結(jié)合在一起作為一個(gè)整體，并按這時(shí)表現(xiàn)出的感光特性和影像性能進(jìn)行分類。

膠片系統(tǒng)按下列三個(gè)性能指標(biāo)進(jìn)行分類：

(1)梯度G，即膠片特性曲線在規(guī)定黑度處的斜率。

(2)顆粒度σD，即射線照片黑度在規(guī)定黑度下的隨機(jī)偏差。

(3)梯度/噪聲比，即在規(guī)定黑度下的G/σD值，它直接相關(guān)于信噪比。

膠片存放的注意事項(xiàng)如下：

(1)膠片應(yīng)盡量存放在適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸拳h(huán)境中。溫度和濕度過高會(huì)導(dǎo)致膠片灰霧度增加，且乳劑膜發(fā)粘，造成膠片間粘連，甚至發(fā)霉。而溫度和濕度過低會(huì)造成膠片變脆，易斷裂和產(chǎn)生摩擦靜電。

(2)膠片在存放中還應(yīng)避免接觸有害氣體，遠(yuǎn)離熱源和輻射源，避免膠片受到較大的壓力。3.5.1增感屏

當(dāng)射線入射到膠片時(shí)，由于射線的穿透能力很強(qiáng)，大部分穿過膠片，膠片僅吸收入射射線很少的能量，為了更多地吸收射線的能量，縮短曝光時(shí)間，在射線照相檢測(cè)中，常采用增感屏與膠片一起進(jìn)行射線照相。利用增感屏吸收一部分射線能量，可達(dá)到縮短曝光時(shí)間的目的。

描述增感屏增感性能的主要指標(biāo)是增感系數(shù)，可用下式表示，即

(3-5)3.5射線照相檢測(cè)常用的其他設(shè)備和器材

式中：E0——底片達(dá)到一定黑度不用增感屏?xí)r所需的曝光量；

E——底片達(dá)到一定黑度使用增感屏?xí)r所需的曝光量；

k——增感系數(shù)。

1．增感屏的類型與特點(diǎn)

增感屏主要有金屬增感屏、熒光增感屏和復(fù)合增感屏(金屬熒光增感屏)三種類型。其各自的特點(diǎn)如下：

(1)金屬增感屏是將厚度均勻、平整的金屬箔粘接在一定的支持物(如紙片、膠片片基等)上構(gòu)成的。金屬箔目前主要采用的是鉛合金箔。金屬箔增感屏主要與非增感型膠片一起使用。金屬箔增感屏在射線照射下可以發(fā)射電子，這些電子被膠片吸收會(huì)產(chǎn)生照相作用，從而增加了射線的照相效應(yīng)，產(chǎn)生增感作用；另外，它還具有濾波作用，能夠吸收散射線，從而大大地降低了散射比，提高了底片的影像質(zhì)量。對(duì)一般技術(shù)和較高技術(shù)都應(yīng)采用金屬增感屏。圖3-18所示為增感過程示意圖。圖3-18增感過程示意圖

(2)熒光增感屏也稱為鹽增感屏，它是在支持物上均勻涂布一層熒光物質(zhì)，上面再涂布一薄層保護(hù)物質(zhì)層構(gòu)成的。熒光增感屏與增感型膠片一起使用，當(dāng)受到射線照射時(shí)，熒光物質(zhì)被激發(fā)，輻射熒光，膠片吸收熒光實(shí)現(xiàn)增感作用。

(3)金屬熒光增感屏是金屬增感屏和熒光增感屏的組合，其結(jié)構(gòu)是在金屬增感屏的金屬箔外再附加一層熒光物質(zhì)，由于金屬熒光增感屏除了能夠吸收工件中產(chǎn)生的散射線外，并不能克服熒光增感屏的其他缺點(diǎn)，因此在射線照相中也未得到應(yīng)用。

2．增感屏的使用

使用中，增感屏常分為前屏和后屏。前屏應(yīng)置于膠片朝向射線源一側(cè)，后屏置于另一側(cè)，膠片夾在兩屏之間。前屏應(yīng)采用適于射線能量的厚度，后屏厚度經(jīng)常較大，以便同時(shí)具有吸收背景產(chǎn)生的散射線的作用。為了操作的方便，實(shí)際上經(jīng)常選用同樣厚度的前屏和后屏，而另外在暗袋外面附加一定厚度的鉛板屏蔽環(huán)境產(chǎn)生的散射線。

使用增感屏?xí)r應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)正確選取增感屏的類型和規(guī)格。

(2)增感物質(zhì)表面(金屬箔、熒光物質(zhì))應(yīng)朝向膠片。

(3)增感物質(zhì)表面與膠片表面之間應(yīng)直接接觸，不能放置其他物品。

(4)射線照相過程中應(yīng)保證增感屏與膠片緊密接觸，但不能過分彎曲和擠壓。

(5)在向前、后屏之間裝入膠片或從它們之間取出膠片時(shí)應(yīng)盡量避免摩擦，以免因摩擦產(chǎn)生熒光或靜電，使膠片感光。

(6)使用前應(yīng)檢查增感屏表面是否受到污染或損壞，存在這些問題的增感屏不能使用。

三種類型的增感屏具有不同的特點(diǎn)，適應(yīng)不同的要求。3.5.2像質(zhì)計(jì)

像質(zhì)計(jì)(透度計(jì))是測(cè)定射線照片的射線照相靈敏度的器件，根據(jù)在底片上顯示的像質(zhì)計(jì)的影像，可以判斷底片影像的質(zhì)量，并可評(píng)定透照技術(shù)、膠片暗室處理情況、缺陷檢驗(yàn)?zāi)芰Φ?。目前，廣泛使用的像質(zhì)計(jì)主要是絲型像質(zhì)計(jì)、階梯孔型像質(zhì)計(jì)和平板孔型像質(zhì)計(jì)三種，此外還有槽型像質(zhì)計(jì)和雙絲像質(zhì)計(jì)等。像質(zhì)計(jì)一般應(yīng)采用與被檢驗(yàn)工件相同或?qū)ι渚€吸收性能相似的材料制成。

1．絲型像質(zhì)計(jì)(線型像質(zhì)計(jì))

絲型像質(zhì)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作，已被世界各國(guó)廣泛采用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也將絲型像質(zhì)計(jì)納入其制定的射線照相標(biāo)準(zhǔn)中。絲型像質(zhì)計(jì)的形式、規(guī)格已基本統(tǒng)一。

絲型像質(zhì)計(jì)的基本樣式如圖3-19所示，它采用與被透照工件材料相同或相近的材料制作的金屬絲，按照直徑大小的順序、以規(guī)定的間距平行排列、封裝在對(duì)射線吸收系數(shù)很低的透明材料中，或直接安裝在一定的框架上，并配備一定的標(biāo)志說明字母和數(shù)字。一般在排列的金屬絲的兩端還放置有金屬絲對(duì)應(yīng)的號(hào)數(shù)，以識(shí)別該絲型像質(zhì)計(jì)。絲型像質(zhì)計(jì)主要應(yīng)用在金屬材料中。圖3-19絲型像質(zhì)計(jì)的基本樣式

關(guān)于絲的直徑，現(xiàn)在各個(gè)國(guó)家一般都采用公比為(近似為1.25)的等比數(shù)列決定的一個(gè)優(yōu)選數(shù)列(ISO/R10化整值系列)，并對(duì)絲徑給以編號(hào)。我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絲徑進(jìn)行了規(guī)定，如表3-1所示。表3-1我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于絲型像質(zhì)計(jì)的規(guī)定(CSB02—1333—2000)

我國(guó)的絲型像質(zhì)計(jì)將表3-1中列出的19根絲分成五組：1～7、6～12、10～16、12～18、13～19，每個(gè)像質(zhì)計(jì)包含其中一組絲，適用于不同的厚度。在制作成絲型像質(zhì)計(jì)時(shí)，絲長(zhǎng)一般為50mm，間距一般為5mm。在射線照相中究竟選用哪一組的像質(zhì)計(jì)，應(yīng)按照透照厚度和技術(shù)要求決定，所應(yīng)識(shí)別的絲不應(yīng)處于所在組的邊緣。

使用時(shí)，絲型像質(zhì)計(jì)放置的數(shù)量、位置和具體的安放方法等應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般的規(guī)定主要是，原則上每張底片上都應(yīng)有像質(zhì)計(jì)的影像，像質(zhì)計(jì)應(yīng)放置在工件射線源側(cè)的表面上，且應(yīng)放置在透照區(qū)中靈敏度差的部位。當(dāng)像質(zhì)計(jì)放置在工件膠片側(cè)表面時(shí)，應(yīng)附加標(biāo)記。多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)絲型像質(zhì)計(jì)的識(shí)別性都有規(guī)定，在底片上至少可清晰看到連續(xù)

10mm長(zhǎng)的絲狀影像時(shí)，則該絲認(rèn)為是可識(shí)別的。

絲型像質(zhì)計(jì)的相對(duì)靈敏度規(guī)定為，在射線照片上可識(shí)別的金屬絲最小直徑與工件的透照厚度的百分比，但目前的射線照相檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)已很少采用。

2．階梯孔型像質(zhì)計(jì)

階梯孔型像質(zhì)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是在階梯塊上鉆直徑等于階梯厚度的通孔，孔應(yīng)垂直于階梯表面，不做倒角。常用的階梯形狀是矩形和正六邊形，為了克服小孔識(shí)別的不確定性，常在薄的階梯上鉆兩個(gè)孔。階梯孔型像質(zhì)計(jì)主要在歐洲地區(qū)應(yīng)用，其典型的設(shè)計(jì)如圖3-20所示。圖3-20階梯孔型像質(zhì)計(jì)的典型樣式(a)矩形階梯；(b)正六邊形階梯

與絲型像質(zhì)計(jì)一樣，階梯的材料應(yīng)與被檢工件的材料相同或相近，階梯的厚度尺寸與絲型像質(zhì)計(jì)的金屬絲直徑尺寸相同。階梯孔型像質(zhì)計(jì)的射線照相靈敏度規(guī)定為，在射線照片上可識(shí)別的最小孔所在的階梯的階梯厚度與工件的透照厚度的百分比。

由于在射線照片上絲的可識(shí)別性與孔的可識(shí)別性并不相同，因此即使絲型像質(zhì)計(jì)靈敏度與階梯孔型像質(zhì)計(jì)靈敏度相同，也并不表示射線照相靈敏度相同。

3．平板孔型像質(zhì)計(jì)

平板孔型像質(zhì)計(jì)是在美國(guó)廣泛使用的一種特殊形式的像質(zhì)計(jì)，它是在均勻厚度的平板上鉆三個(gè)通孔，如果記板的厚度為，則三個(gè)孔的直徑分別為1、2、4，1孔位于中間。板厚應(yīng)選為透照厚度的1%、2%或4%，板的材料應(yīng)與被透照工件的材料相同或相近。平板孔型像質(zhì)計(jì)的典型樣式如圖3-21所示。圖3-21平板孔型像質(zhì)計(jì)的樣式(a)適于較小透照厚度；(b)適于較大透照厚度

平板孔型像質(zhì)計(jì)的靈敏度級(jí)別表示為n1-n2T，其中n1是以透照物體厚度的百分?jǐn)?shù)表示的像質(zhì)計(jì)板厚，n2是應(yīng)識(shí)別的最小孔徑為像質(zhì)計(jì)板厚T的倍數(shù)。平板孔型像質(zhì)計(jì)共可以規(guī)定出9個(gè)靈敏度級(jí)別，即1-1T、1-2T、1-4T、2-1T、2-2T、2-4T、4-1T、4-2T和4-4T。在射線照相檢測(cè)中，經(jīng)常設(shè)立5個(gè)級(jí)別，即1-1T、1-2T、2-1T、2-2T、2-4T。

4．槽型像質(zhì)計(jì)

槽型像質(zhì)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是在矩形塊上制作出深度不等、寬度相等或不等的矩形槽。這些槽作為細(xì)節(jié)，利用它們?cè)诘灼巷@示的影像，判斷底片的射線照相靈敏度和缺陷的情況。3.5.3其他設(shè)備和器材

1．觀片燈

觀片燈是識(shí)別底片缺陷影像所需要的基本設(shè)備。對(duì)觀片燈的主要要求包括三個(gè)方面，即光的顏色、光源亮度、照明方式與范圍。

光的顏色一般應(yīng)為日光色。光源應(yīng)具有足夠的亮度且應(yīng)可調(diào)整，其最大亮度應(yīng)能達(dá)到與底片黑度相適應(yīng)的值。光源的照明應(yīng)采用漫射方式，照明的區(qū)域應(yīng)當(dāng)可以調(diào)整大小，可以控制在評(píng)片者注意觀察的范圍。對(duì)觀片燈還有光照的均勻性、觀片燈的絕緣電阻、觀片燈的發(fā)熱性、觀片燈的噪聲等要求。

2．黑度計(jì)(光學(xué)密度計(jì))

底片黑度是底片質(zhì)量的基本指標(biāo)之一，黑度計(jì)是測(cè)量底片黑度的設(shè)備。

在工業(yè)射線照相檢測(cè)中，作為底片質(zhì)量指標(biāo)的黑度，并不要求測(cè)量非常準(zhǔn)確。使用中的黑度計(jì)應(yīng)定期用標(biāo)準(zhǔn)黑度片(密度片