X、γ 射線探傷機(jī)檢定裝置的技術(shù)改造

葉東勝 唐方東 何林鋒 陳建新/上海市計量測試技術(shù)研究院

隨著X、γ射線探傷機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)檢定、校準(zhǔn)工作的要求，需對X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置進(jìn)行技術(shù)改造，更新標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備，擴(kuò)大測量范圍，減小裝置的測量不確定度，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和工作效率，有效保障檢定人員的輻射安全。技術(shù)改造后的檢定裝置滿足國家計量檢定規(guī)程對計量標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

0 引言

X、γ射線探傷機(jī)是最常用的無損檢測儀器，能探測金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)，與其他的探傷設(shè)備（如超聲、磁粉探傷機(jī)）相比具有分辨率高、結(jié)果可靠等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于造船、橋梁、鋼結(jié)構(gòu)、壓力容器、輪胎橡膠、汽車制造、航天等領(lǐng)域，是相關(guān)行業(yè)必不可少的質(zhì)量檢驗(yàn)和控制手段。同時X、γ射線探傷機(jī)又是射線裝置，其量值的準(zhǔn)確與否、性能的好壞既影響到探傷能力以及探傷結(jié)果的準(zhǔn)確判斷，又與輻射安全密切相關(guān)。

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展和各相關(guān)行業(yè)對無損檢測要求的不斷提升，X、γ射線探傷機(jī)的類型、品種和技術(shù)性能也在快速發(fā)展和提高，探傷檢測材料的品種增多， X射線探傷的能量范圍擴(kuò)大，控制及信號處理數(shù)字化、自動化趨勢明顯，實(shí)時成像技術(shù)發(fā)展很快。

1 檢定裝置的組成與工作原理

X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置主要由電離室劑量計、輻射角自動掃描儀、鋼試塊、像質(zhì)計、輻射防護(hù)用X、γ輻射劑量當(dāng)量（率）儀、黑度計、膠片沖洗設(shè)備等組成。

X射線探傷機(jī)檢定的主要項(xiàng)目有射線輸出量、輻射圓錐角、穿透力、分辨率、開機(jī)漏射線等。γ射線探傷機(jī)檢定的主要項(xiàng)目有等效活度、重復(fù)性、輻射場均勻性、透照靈敏度等。

電離室劑量計測量X或γ射線的原理：X或γ光子在電離室中與空氣分子作用產(chǎn)生離子對，正負(fù)離子在高壓電場中分別向兩極漂移，在電離室的收集極產(chǎn)生的電離電流經(jīng)放大、轉(zhuǎn)換處理，即可得到空氣比釋動能（率）。

檢定裝置用電離室劑量計以輻射量測量的方式檢定探傷機(jī)的射線輸出量、輻射圓錐角、等效活度、輻射場均勻性，用鋼試塊、像質(zhì)計以拍片的方式檢定探傷機(jī)的穿透力、分辨率、透照靈敏度。

2 檢定裝置的技術(shù)改造

2.1 電離室劑量計和輻射圓錐角自動測量系統(tǒng)

JC-ⅢA型X射線探傷機(jī)檢定裝置由電離室劑量計和輻射角自動掃描儀組成，用于測量X、γ射線探傷機(jī)射線輸出劑量（空氣比釋動能率）、輸出量重復(fù)性，以自動掃描方式測量輻射圓錐角、射線束中心處的輻射場劑量分布等。

技術(shù)指標(biāo)：

能量范圍(60 kV～1.3 MeV)，空氣比釋動能率測量范圍 (10-4～10)Gy；

電離室定位的偏差＜ 1.0 mm，掃描范圍為550 mm。

JC-ⅢA型X射線探傷機(jī)檢定裝置中的電離室劑量計的檢定結(jié)果如下：

（1）（60 ～ 250）kV 中對 X 射線的校準(zhǔn)因子（表1）

表1 電離室劑量計對X射線的校準(zhǔn)因子

（2）對60Coγ射線的校準(zhǔn)因子為Nk=0.994；

（3）電離室劑量計校準(zhǔn)因子的相對擴(kuò)展不確定度為Urei= 3.4% （k=2）；

（4）X能量響應(yīng)為4.1%，X、γ能量響應(yīng)為2.3%；

（5）分辨率＜0.2%，測量重復(fù)性＜0.1%，示值非線性＜0.1%。

檢定結(jié)果滿足檢定規(guī)程JJG 40-2001《X射線探傷機(jī)》和JJG933-1998《γ射線探傷機(jī)》中對檢定設(shè)備中劑量計校準(zhǔn)因子不確定度不大于5%（k=2）的技術(shù)要求。

輻射角自動掃描儀的校準(zhǔn)結(jié)果表明，全長示值誤差為-0.1 mm（U= 0.1 mm，k=2），滿足檢定規(guī)程JJG 40-2001對檢定設(shè)備定位誤差應(yīng)小于1 mm的技術(shù)要求。

2.2 漏射線測量裝置

漏射線測量時射線探傷機(jī)處于工作狀態(tài)，檢定人員不能接近射線測量儀直接讀數(shù)，為此配置HMX10C攝像機(jī)，可對測量儀器實(shí)時錄像，測量完成后由錄制的畫面進(jìn)行讀數(shù)。

漏射線測量選用AT6130型X、γ輻射劑量當(dāng)量率儀，兼具X、γ輻射測量與報警功能，可滿足各種類型X射線探傷機(jī)的漏射線檢測，亦可用作探傷機(jī)檢定人員的個人劑量監(jiān)測儀， 技術(shù)指標(biāo)：

測量范圍（X 和 γ）0.1μSv/h ～10 mSv/h；能量范圍20 keV～3 MeV。檢定結(jié)果：

相對固有誤差± 20 %；

校準(zhǔn)因子的相對擴(kuò)展不確定度Urei= 6.5 （k=2）。

檢定結(jié)果滿足檢定規(guī)程JJG 40-2001中檢定設(shè)備X射線防護(hù)水平劑量率計的技術(shù)要求。

2.3 恒溫洗片水箱裝置

顯影液的溫度直接影響底片的黑度值，如在相同的照射條件下，30 ℃以上水溫中，顯影3 min所顯示的底片黑度值，與在10 ℃水溫中顯影15 min的底片黑度值相近。為保證穿透力測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，配置2010型恒溫洗片機(jī)，具有顯影液制冷及加熱控制、定影液加熱控制、清洗水箱自動進(jìn)水及排水和定時提醒等功能，用于膠片沖洗處理，利于消除洗片過程中溫度對膠片黑度的影響。

3 重復(fù)性與穩(wěn)定性的考核

3.1 電離室劑量計

連續(xù)60 d，每7 d 1次用90Sr檢驗(yàn)源對新的電離室劑量計進(jìn)行重復(fù)性與穩(wěn)定性考核。電離室劑量計對90Sr檢驗(yàn)源讀測，10次讀數(shù)的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差即為測量重復(fù)性，每次測量的讀數(shù)平均值與初次測量讀數(shù)平均值的相對偏差的最大值為該電離室劑量計的穩(wěn)定性，結(jié)果見表2。

表2 電離室劑量計重復(fù)性、穩(wěn)定性測量

測量結(jié)果顯示，電離室劑量計的重復(fù)性不大于 0.22%，長期穩(wěn)定性為 0.70%。

3.2 X、γ輻射劑量當(dāng)量率儀

連續(xù)60 d，每15 d 1次用60Co輻射源對AT6130型X、γ 輻射劑量當(dāng)量率儀進(jìn)行重復(fù)性與穩(wěn)定性考核，方法同3.1，結(jié)果見表3。

表3 X、γ 輻射劑量當(dāng)量率儀重復(fù)性、穩(wěn)定性測量

結(jié)果顯示，該X、γ輻射劑量當(dāng)量率儀的重復(fù)性不大于1.1 %，長期穩(wěn)定性為0.74 %。

4 技術(shù)改造后檢定裝置的不確定度

X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置不確定度的主要來源為電離室劑量計校準(zhǔn)因子測量結(jié)果的不確定度、電離室劑量計的重復(fù)性和穩(wěn)定性、輻射角自動掃描儀示值誤差測量結(jié)果的不確定度等。其中，標(biāo)準(zhǔn)器電離室劑量計校準(zhǔn)因子測量結(jié)果的不確定度由上級計量標(biāo)準(zhǔn)出具的檢定證書獲得，重復(fù)性和穩(wěn)定性通過實(shí)驗(yàn)方法得到，輻射角自動掃描儀示值誤差的不確定度由其校準(zhǔn)證書獲得。各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總見表4。

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

各分量相互獨(dú)立不相關(guān)，以均方根合成，取包含因子k=2，得到X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置的擴(kuò)展不確定度為3.6%。

5 技術(shù)改造前后檢定裝置技術(shù)性能的比較

改造前后檢定裝置的技術(shù)性能如表5所示。

表5 技術(shù)改造前后裝置技術(shù)性能

可見，經(jīng)過技術(shù)改造，X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置的測量方式和技術(shù)性能得到優(yōu)化，測量范圍得到擴(kuò)展，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性得到保證，工作效率得以顯著提高。

6 結(jié)論

電離室劑量儀與輻射角自動掃描儀組合，用于射線探傷機(jī)輸出量（空氣比釋動能）和輻射圓錐角的測量，可大大提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和工作效率；X、γ輻射防護(hù)監(jiān)測儀具有X、γ輻射防護(hù)儀和個人監(jiān)測儀的功能，與添置的攝像機(jī)配合使用，可保障檢定人員的輻射安全； 經(jīng)技術(shù)改造后，標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的測量重復(fù)性、穩(wěn)定性良好，X、γ射線探傷機(jī)檢定裝置的測量范圍和不確定度等技術(shù)指標(biāo)顯著提高，整套裝置的技術(shù)改造達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

[1] 周迎春, 楊學(xué)泉, 李名兆.便攜式工業(yè)X射線探傷機(jī)多功能檢測裝置[J].核標(biāo)準(zhǔn)計量與質(zhì)量，2008（02）.

[2] 全國法制計量技術(shù)委員會.JJF1059-1999 [S].北京：中國計量出版社，1999.

[3] 全國電離輻射計量技術(shù)委員會.JJG40-2001 [S].北京：中國計量出版社， 2002.

[4] 全國電離輻射計量技術(shù)委員會.JJG933-1998 [S].北京：中國計量出版社，1998.