自動射線照相術指的是利用射線穿透被檢物時射線被吸收的程度不同的性質，將射線投射在膠片上，經顯影后得到顯示物體厚度變化和內部缺陷情況的照片。自動射線照相術主要包括X射線或伽瑪射線照相技術。詞條介紹了兩種方法的發展歷史、工作原理、設備組成以及實施過程中的防護注意事項。
基本介紹
- 中文名：自動射線照相術
- 外文名：radio auto graphy
- 設計領域：核能、檢測
- 設計學科：核化學、自動化、控制
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簡介
自動射線照相術是指用X射線或伽瑪射線來檢測材料和工件、並以射線照相膠片作為記錄介質和顯示方法的一種方法。射線照相檢測是利用X射線和伽瑪射線的眾多特性（如感光），通過觀察記錄（感光）在射線照相膠片（底片）上的有關X射線或伽瑪射線在被檢材料或工件中發生的衰減變化，來判定被檢材料和工件的內部是否存在缺陷，從而在不破壞或不損害被檢材料和工件的情況下，評估其質量和使用價值。
X射線簡介
X射線和伽瑪射線都是電磁波。X射線和伽瑪射線具有眾多與眾不同的特性，如：折射係數接近於1，幾乎無折射；穿透能力強；僅在晶體光柵中才產生干涉和衍射現象；與某些物質會發生電離作用、螢光作用、熱作用和光化學作用；較易衰減，並對不同物質和密度，衰減係數明顯不同；易殺傷生物細胞，破壞生物組織等。
X射線是高速帶電粒子撞擊金屬時，在金屬原子核的庫侖場作用下急劇減速而伴隨發射的一種輻射。利用此原理製成的X射線管和加速器，就可以生產出射線照相檢測用的X射線和高能X射線（能量在1Mev以上）。X射線的強度與X射線管的管電壓（kV）有關，管電壓越大，X射線的強度就越大，其穿透能力也就越強。加速器的情況亦如此。簡而言之，X射線的強度是可以控制的。
伽瑪射線簡介
伽瑪射線（即γ射線）是放射性同位素自發衰變而伴隨發射的一種輻射。射線照相檢測用的伽瑪射線，主要來自於鈷60（Co-60）、銫137（Cs-137）、銥192（Ir-192）、銩170（Tm-170）等放射性同位素源。伽瑪射線的強度與放射性同位素源的體積有關，源體積越大，伽瑪射線的強度就越大，其穿透能力也就越強。由於放射性同位素源的體積是隨衰變而變化的，因此，伽瑪射線的強度是不能控制的。
根據射線產生的方式不同，射線照相術可分為：以X射線管為射線源的X射線照相術測和以放射性同位素為射線源的伽瑪射線照相術。
自動射線照相術發展歷史
X射線照相的發展歷史
1896年，在倫琴宣布新發現後不到兩個月時間，英倫敦的康倍爾·斯溫頓首先用X射線透檢金屬發現了內部缺陷。同年，美國耶魯大學的賴特也用X射線透檢板厚4nm的鋼焊縫，成功地檢出了焊接缺陷；德國則對海底電纜拍出了射線底片。當時所用的X射線管都是冷陰極式的所謂克魯克斯管。這是用泵將內部抽成低壓的玻璃泡，有兩個電極，通過感應線圈施加有限的高電壓，故穿透力很小。1908年康倍爾討論了用X射線打出的電子來成像的可能性，墨辛第爾拍出了蛙腿動作的射線活動影片，原片至今還保存著。
1913年， 美國威廉·柯立奇宣布發現了一種新型X射線管（稱為柯立奇管，即熱陰極電子射線管） 。同一年，蓋特真空泵出現，射線管真空度才達要求。1916年美紐約通用電氣公司研究所（柯立奇管發明地）嘗試用增感膠片+螢光增感屏透照板厚12.7nm的氧乙炔氣焊焊縫，在底片上發現了未熔合、未焊透和氣孔等缺陷。射線照相作為質量評價手段，初露鋒芒，為焊接方法、技術的發展起了推波助瀾作用。
1932年，美國在市場上又推出了一種新的柯立奇管，能在300kV、20mA下連續工作。1933年英國製成了400kV、20mA的射線機，這使常規用變壓器加速電子的X射線機，在使用兩種增感方式———鉛箔增感和螢光增感時，對鋼能分別獲得75mm和110mm的穿透力。
工業射線照相的新騰飛約始於1933年。此年，美國通用電氣公司推出第一代工業用超高能X射線設備。先是1MV共振式變壓器配以多電極射線管，而後是2MV射線機。1942年英購到四台1MV機，其中一台裝在武爾威奇，一直運轉到1979年。連續使用36年間，射線管只更換了一次。跨國的巴勃考克-威爾考克斯公司在英只有2MV機，而40-50台兆伏設備則裝在美國。1941年凱斯特研製出第一代電子回旋加速器（簡稱“回加”），其中一台於次年供給英武爾威奇作實驗。此機能在4.5MeV下工作，但X射線輸出甚小。過後不久，美國和瑞典又製成更大功率的“回加”，其中有些就用於工業射線照相。
50年代初，范德格拉夫研製出靜電起電加速器（簡稱“靜加”），其中有很多台在美國用於射線照相，而英國只有幾台。與此同時，美瓦里安公司和英地那米克斯公司推出1-25MeV的電子直線加速器（簡稱“直加”），因X射線輸出較強，使“回加”逐漸被淘汰。大多數是固定式的，也有攜帶型的 。
γ射線照相的發展歷史
說起γ射線照相，就要從γ射線的發現開始說起。就在X射線發現才6個星期，法物理學家亨利·貝克勒爾, 發現某些重元素會放出有穿透力的射線。起先他在實驗室里研究鈾鹽的化學特性時，對放在抽斗里的感光材料會發灰總是感到困惑不解。他曾參加了“倫琴射線”的驗證，並用螢光物質重複了倫琴的實驗。他發現放在此螢光屏附近的照相感光板會產生灰霧，即使倫琴射線切斷亦然。最後他確信了我們現在稱之為放射性的事實。此發現直接觸發了居里夫婦的研究和鐳的發現。貝克勒爾很快認識到，由鈾鹽放出的射線具有倫琴發現的X射線相同的物理性質和類似特性。據悉，貝克勒爾曾用" 射線拍了鋁質徽章的射線底片，而居里夫人則透照了她的一個錢包，隨後30年間，對γ射線的發現基本上沒有作新的探索，可能是因為自然界中的鐳只能少量獲得。
第一篇有關γ射線進行工業射線照相的科學報告是1925年由帕依龍和拉卜特發表的，檢測對象是有損傷的汽輪機鑄件。1929-1930年，英、美、法、德的射線檢測工作者差不多是在同時分別用鐳源對大厚度的鑄鋼件和焊縫進行γ射線照相檢驗，並公布了實驗結果。英武爾威奇使用的是裝在管中的242mg鐳鹽源，其有效直徑3.5mm，長14mm。那時鐳的代價是每mg10英磅，這樣一個源在當時可謂是天價。曝光時間通常至少1小時。1938年武爾威奇擁有3個鐳源。據稱，1940年美海軍部擁有11個鐳源，總重2.8g。1941年美國鐳和X射線學會成立，其主要目的是交流有關工業射線照相的信息。後來此社團改名為美國無損檢測學會。1952-1953年，當英哈威爾原子能研究中心 推出人造放射性同位素源時，氡源製造廠即告倒閉。
20世紀50年代，伴隨著人造放射源的出現，工業射線照相技術得到了長足的發展，各個公司分別尋找不同的放射源用於射線照相檢測技術。γ射線可用於X射線無法透照或透照不經濟的部位。儘管其透照質量難得如X射線底片一樣好，但有許多套用仍被認可。
X射線照相術
工作原理
若將受到不同程度吸收的射線投射在X射線膠片上,經顯影后可得到顯示物體厚度變化和內部缺陷情況的照片。（X射線底片）。這種方法稱為X射線照相法，示意圖如下圖所示。
X射線照相技術示意圖通常自動射線照相的過程是：由X射線管、加速器或放射性同位素源發射出X射線或伽瑪射線；射線透射進入並穿越被檢材料或工件；穿越而出的射線隨後與放置於被檢材料和工件後的射線照相膠片發生光化學作用（即膠片感光）；然後將已感光的射線照相膠片進行處理，得到一張以不同光學密度（圖像）的方式記錄和顯示被檢材料和工件內部質量密度的射線照相底片。
數位化X射線照相組成
1）X射線源：X射線源是一種比較精密的高壓電源，可以分為高壓電源和燈絲電源兩部分，其中燈絲電源用於為X光管的燈絲加熱，高壓電源的高壓輸出端分別加在陰極燈絲和陽極靶兩端，提供一個高壓的電場使燈絲上活躍的電子加速流向陽極靶，形成一個高速的電子流，當高速電子流撞擊原子和外圍軌道上電子，使之游離並釋放出能量，產生X射線。
2）數字平板探測器：數字平板探測器的主要作用是利用電子技術將X射線信息轉化為數位化的電子載體，形成衰減後的X射線能量分布數字矩陣，從而得到數字圖像。由於是一次直接成像，系統的成像速度一般比較快，而且圖像質量也比較高；射線準直器包括前準直器和後準直器，其作用是使X射線最大效率的耦合進入所需的器件中或者接受X射線的最大效率。
3）數據採集系統：數據採集系統是探測器和計算機之間的電路接口。探測器輸出的電流或電壓信號一般很弱，可先對探測信號進行放大，然後通過A/D轉換器將模擬量轉換成二進制數位訊號，送入計算機進行圖像處理。主要性能包括靈敏度，低噪聲，動態範圍，高穩定性等。
4）計算機系統：工業DR系統中計算機有存儲容量大，運算速度快，顯示解析度高等特點。可以通過計算機對圖像進行相關處理，操作方便，是後續處理過程中的重要環節之一。
5）機械運動系統：機械運動系統要完成被檢工件的平動，旋轉以及上升和下降，同時，在掃描過程中，還要實時反饋運動位置脈衝，用於實際位置校正和數據採集的控制。機械運動系統一般根據被檢測工件的長，寬，高尺寸及解析度的要求專門設計，被檢工件的最大重量也是設計機械系統時必須考慮的因素。
伽馬射線照相術
工作原理
若將受到不同程度吸收的射線投射在伽馬射線膠片上,經顯影后可得到顯示物體厚度變化和內部缺陷情況的照片。（伽馬射線底片）。這種方法稱為伽馬射線照相法。
伽馬射線照相設備組成
常用器材有膠片、增感屏、像質計等。
（1）膠片
射線膠片與普通膠片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塗布感光乳劑層，普通膠片是單面塗布感光乳劑層；射線膠片的感光乳劑層厚度遠大於普通膠片的感光乳劑層厚度。這主要是為了能更多地吸收射線的能量。但感光最慢、顆粒最細的射線膠片也是單面塗布乳劑層。
（2）增感屏
當射線入射到膠片時，由於射線的穿透能力很強，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，縮短曝光時間，在射線照相檢驗中，常使用前、後增感屏貼附在膠片兩側，與膠片一起進行射線照相，利用增感屏吸收一部分射線能量，達到縮短曝光時間的目的。
（3）像質計
像質計（像質指示器，透度計）是測定射線照片的射線照相靈敏度的器件，根據在底片上顯示的像質計的影像，可以判斷底片影像的質量，並可評定透照技術、膠片暗室處理情況、缺陷檢驗能力等。目前，最廣泛使用的像質計主要是三種：絲型像質計、階梯孔型像質計、平板孔型像質計，此外還有槽型像質計和雙絲像質計等。像質計套用與被檢驗工件相同或對射線吸收性能相似的材料製做。
（4）觀片燈
觀片燈是識別底片缺陷影像所需要的基本設備。對觀片燈的主要要求包括三個方面，即光的顏色、光源亮度、照明方式與範圍。
射線照相術防護
（1）X射線和Y射線對人體健康有不良影響，應儘量避免射線的直接照射和散射線的影響。
（2） 應根據GB 4792-1984第2章對射線照相人員進行劑量監督。
（3）從事射線照相的人員應備有劑量儀或其他劑量測試設備，以測定工作環境中的射線照射量和個人所受到的累積劑量。在伽馬射線探傷操作中，每次都應測定工作場所和伽馬射線源容器附近的射線照射量.以便r解射線源位置，避免受到意外的照射。
（4） 在探傷現場進行射線照相檢驗時應設定安全線。在安全線上應有明顯標誌，夜間應設定紅燈。在1卜探傷人員易於達到安全線的通道上應設定警告牌，說明射線照相正在進行，非探傷人員請勿進人安全線，並寫明在安全線上的射線照射量。
（5）根據GB 4792--1984第3章的規定，非探傷人員每年允許接受的最大劑量當量為5毫希沃特(MSv)[即 0.5雷姆(rem)] 。據此，可計算出非探傷人員在安全線附近工作或停留的時間。
