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X-射线检测技术

发布时间:2011/6/22 20:30:41    文章来源:

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第一部分X射线检测技术 
一、基本原理
X-Ray检测的过程中, X-Ray穿过待检样品,然后在图像探测器(现在大多使用X-Ray图像增强器)上形成一个放大的X光图。该图像的质量主要由分辨率及对比度决定。
成像系统的分辨率(清晰度决定于X射线源焦斑的大小、X光路的几何放大率和探测器像素大小。微焦点X光管的焦斑可小到几个微米。X光路的几何放大率可达到10~2500倍,探测器像素可小到几十微米。
成像系统的对比度决定于图像探测器的探测效率、电子学系统的信噪比和合适的X射线能量。目前一般的X射线成像技术可以获得好于1%的对比度。
二、方法
X射线检测的方法很多,以下简要介绍三种:
1.  X射线照射到试样上时,如果试样内部存在纳米尺寸的密度不均匀区,则会在入射束周围的小角度区域内出现散射X射线,这种现象称为X射线小角散射或小角X射线散射。根据电磁波散射的反比定律,相对于波长来说,散射体的有效尺寸越大则散射角越小。因此,广角X射线衍射关系着原子尺度范围内的物质结构,而小角X射线散射则相应于尺寸在零点几纳米至近百纳米区域内电子密度的起伏。纳米尺度的微粒子和孔洞均可产生小角散射现象。这样,由散射图形的分析,可以解析散射体粒子体系或多孔体系的结构。这种方式对样品的适用范围宽,不论是干态还是湿态都适用,无论是开孔还是闭孔都能检测到。但须注意小角散射在趋向大角一侧的强度分布往往都很弱,并且起伏很大。
小角散射也可用来测量多孔系统的孔隙尺寸分布。将平行的单能量X射线束或中子束打到样品上并在小角度下散射,绘出散射强度I作为散射波矢量q的函数图线。散射函数Iq)取决于样品的内部结构,每种具有等尺寸球形孔隙作任意分布的多孔体都会产生一个特性函数。假定这样一种简单的模型,就可以得出孔隙半径或孔隙尺寸的分布状态。其中X射线可探测纳米尺寸的孔隙,而中子束可检测粗大得多的孔隙,直径达到几十个微米都行。但在各种情况下,这些方法也仅能用于微孔金属体系。
2. X射线层析摄像法
近些年来,X射线层析摄像技术已成为获取多孔材料内部结构无损图像的有力工具。该技术可很好的表征多孔体的显微构造,被成功地应用于多孔结构及其变形模式的研究,这与X射线在该类材料中的低吸收有关。由于这种低吸收,X射线层析摄像法可用于对大块的多孔材料进行研究,而致密材料则须切成小块。这种方法的第二个优点就是可对多孔体的大变形实现无损成像,因而能够观测出多孔体在变形过程中所出现的重要屈曲、弯曲、或断裂等现象。
射线照相法的缺点是大量信息投射在单一的平面上,而且当沿样品厚度的微结构特征的数量很多时,所得图像难以解释这些信息。层析照相法则通过将大量的这种射线照片的信息结合在一起,从而弥补了这种不足。其中各辐射线照片取自位于探测器前面的样品的不同方位。如果各射线照片之间的脚步足够小,则可根据成套的射线照片来重新计算出样品中各点的衰减系数值。这种重构可通过合适的软件来实现。
特点:X射线层析摄像技术可对微结构(可细至纳米尺度)进行定量的无损检测,空间分辨尺度可达10纳米左右。
3. X射线折射分析法
定量的二维X射线折射层析摄像技术可用来改进材料的无损检测,如用于生物医学陶瓷、工业陶瓷、高性能陶瓷、复合材料和其他异质材料。该方法基于来自微结构界面的X射线折射率差异而产生的X射线折射超小角散射探测技术,可直接检测得出尺寸范围在微米级至纳米级范围的内部表面数量和位置。折射强度正比于内表面密度,即式样的表面积与单位体积之比率。它通过已知晶粒尺寸和堆积密度的均匀粉末来进行校准标核而确定。在对样品做扫描时,每个分离的散射体即代表对应的局部积分界面性质。通过同时测定X射线的折射值和吸收值,可以分析出局部内表面和局部孔率两者之间的波动关系。
特点:本法对样品中局部性小体积范围内的X射线吸收和折射实现了一次性的同时检测,所以能够测出样品内不同部位的孔率和内表面的密度,从而获得孔率河内表面密度的空间分布图像。此外,如果预先假定了孔隙的形状(如球形),那么还可以计算出孔隙尺寸的空间分布状态。X射线折射分析法既可检测开孔,又可检测闭孔,并且可以在不对孔隙形状作任何假设的前提下直接测定多孔试样的内表面密度。
 
第二部分 X射线机主要参数的检测和调整
本节将以目前使用较为普遍的三钮制X射线机为例,介绍其主要参数的检测和调整方法。参数调整得准确与否,直接影响着X射线机的应用效果和使用寿命,因此,必须做到正确调整;注意慎接高压。
一、曝光时间的检测与调整
曝光时间是X射线机的三个基本参数之一。曝光时间的准确与否,不只关系到摄影效果的好坏,还关系到X射线管的使用寿命,大毫安、短时间摄影时更是如此。无论是新装X射线机,还是其限时电路经过维修的X射线机,都应对曝光时间进行必要的检测和调整。
所谓曝光时间,指的是曝光控制系统的作用时间。不同类别的X射线机,其曝光控制系统的结构差异极大,应根据其类别、性能和所具备的测试条件,选用适当的测试方法。常用的有电子秒表计法、毫安秒表法等,只要将限时器接点串入测量回路即可直接或间接读出曝光时间。
限时器允许有误差,我国的标准是:200mA以上X射线机,其控时时间大于或等于0.1s时,误差应在±15%之内;小于0.1s时,误差应在±20%之内。
二、管电流的检测与调整
管电流的大小直接影响着摄片时胶片的感光量。所以新装的、放置时间过长以及经过相关电路检修的X射线机,必须对管电流进行重新检测和调整后,才能投入使用,防止各种客观因素(如电源条件改变、调节件移位或接触不良、X射线管更换等)引起的管电流不准,造成摄片失败甚至机器损坏。
管电流测试的常用仪表是磁电式直流毫安表和各类毫安秒表,现多用后者。通常情况下,毫安表和毫安秒表串接在X射线机的管电流测量电路里。
在调整管电流时应注意调节电阻上的活动卡和滑动触头的活动方向与电阻的增减关系,这样,一则可以防止调节方向错误引起的重复曝光,更重要的是可避免在调整大管电流时,由此造成灯丝过热而损坏。同时,还应防止多次曝光造成X射线管过热而损坏,一般需在每次曝光后间歇2min~3min,多次曝光后间歇10min左右,以便X射线管热量的散发。
(一)透视管电流的检测与调整
调整时,接通机器电源,置技术选择于透视,将透视千伏置于60kV,透视毫安调节旋钮逆时针旋到底,踩脚闸或按透视按钮,并逐渐调节透视毫安调节旋钮,使毫安值增加。注意观察毫安表,在透视毫安调节旋钮转到头时,管电流应在4mA~5mA以下,若过高或过低应关闭机器,通过调节半可调电阻,使其符合机器要求。应注意每次移动范围不宜过大,位置固定后应保持接触良好,避免移动。
全波整流X射线机,有较大的电容电流流过毫安表,严重影响透视管电流指示的准确性,所以,在毫安测量电路中多设有电容电流抵偿电路,其目的就是要使毫安表的指示符合实际管电流值。电容电流抵偿的调整应在管电流调整前进行,方法如下:拆下灯丝变压器初级公用线,使灯丝无加热电压,接通机器,置透视位,选择约70kV的透视高压,踩脚闸后,观察毫安表,看是否指示为零,若不是,松开脚闸,调整电容电流抵偿调节电阻,直至其指示为零。
(二)摄影管电流的检测与调整
摄影毫安的检测与调整,其原理基本同透视,只是摄影毫安一般分成多档,且多为双焦点,所以,又有其独特之处。F30-IIG附图中灯丝电路为典型的双焦点灯丝初级电路,其调整方法如下所述。
开机并调整好电源电压,技术选择置摄影位,摄影千伏调至60~70kV,选择一定的曝光时间,即可从低毫安开始逐档曝光。一般而言,需要一秒左右的曝光时间,才能比较准确地观察到毫安表的读数,所以,有条件者,应在测量电路中串入毫安秒表,这样就可以选用较短的曝光时间,既有利于操作者的防护,也有利于减缓机器的老化。当毫安表或毫安秒表的指数与选择的各档毫安值有偏差时,关闭电源,调节摄影毫安调节电阻(R6)的对应滑动触头,直至表的指数与选择的毫安值基本一致(误差不超过10%,且不宜正误差)。对一些中大型的X射线机,机器本身就有毫安表和毫安秒表,它有一定的曝光时间界限,限时小于一定值时,用毫安秒表指示,否则,用毫安表指示。对于多个X射线管的X射线机,各管有相应的管电流调节电阻,只需分别仔细调节。
(三)空间电荷抵偿的调整
在X射线管灯丝加热初级电路中,均设有用来抵偿管电流随千伏而变化的空间电荷抵偿装置,有变压器式和电阻式两种。在调整管电流时,也应对其进行调整,方法是:先在某档管电流下,用X射线机允许使用的最低千伏曝光,再用该档管电流下最高使用千伏值的90%曝光,比较两次曝光时毫安表或毫安秒表的指数,若相同或相近,则表明抵偿合适,若毫安随千伏增加明显增大,则说明抵偿不够,需调整空间电荷抵偿变压器或抵偿电阻对应的接线位置,使抵偿值增加,同样,当毫安随千伏增加而减小时,则对抵偿装置作反向调整,直至使毫安值在高低千伏曝光下一致或相近。用同样方法,调整其余的各档毫安。

                        第三部分  在制药领域的主要应用场合
1、可以用于金属等异物的检测
2、检测内包装后物品是否缺损
 
目前国内和国际上制造x射线检测的厂家较多,但性能良莠不齐,需要购买进口x射线检测机的可与本站管理员联系。
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