X射線實際應用中相關介紹及分析

2016-12-31 00:00:00姚磊

科技創新與應用 2016年15期

摘要：文章主要是根據X射線與物質的相互作用原理來對X射線測厚系統的改進使技術的研究。主要的工作是參照國內相關廠家的設計制造經驗，并結合國內外相關的研究，通過研究影響X射線測厚儀穩定性與測量精度的各因素，并進行全面具體的分析，然后根據分析得出一些可以提高X射線測厚儀測量精度與穩定性的方法，從而對X射線測厚儀提出了一個較系統的改進與維護方案，最后通過一定的測試測量與數據分析，得出改進措施是合理有效的。

關鍵詞：X射線；實際應用；相關介紹

要想得到高的X射線測量靈敏度，而且厚度又能確定，理論上所加偏壓KV應該選擇盡可能的小。但考慮到統計噪聲的問題，我們需要選擇的KV又需要盡可能大，由此我們在確定偏壓KV時需要考慮的兩個問題靈敏度以及統計噪聲就是一對矛盾的，因此在實際的情況中，我們對x測厚儀系統進行設計時，所選定的用于測量特定厚度的KV是一種基于靈敏度和統計噪聲綜合考慮的折中選擇，所選的KV的值要使得兩者都能達到一定的要求。我們根據一定的厚度范圍就相應的確定一個對應的管電壓KV，這樣就能夠保證在一定的厚度范圍內所使用的KV，是能夠滿足高靈敏度的要求，同時又可以滿足低統計噪聲的要求[1]。

為了進一步提高測量精度，我們將VSTD X射線測厚儀的1-5000 測厚范圍從原來的4段分成6個段，每個段對應一定的KV，相比而言，可以更好地保證靈敏度和統計噪聲的較高要求。

1 標定曲線擬合方法的改進

伽馬射線是由原子核內部釋放出來的不帶電的光子束流，其穿透力很強。如果輻射源的半衰期足夠長，在單位時間內發出的光子束流量是一定的，也就是說，射線的輻射強度不變。當伽馬射線通過被測的物體時，被測物體自身吸收了一定的射線能量（能量被吸收的多寡取決于測量的目標厚度，材料以及其他一些因素）。如果我們可以測出被吸收的射線強度，那么我們就計算出被測板帶材的厚度。

射線強度的衰減與被測板帶材的厚度之間的關系可以表示為：

I=I0e-？滋？籽h （1）

其中：I，I0-伽馬線束穿過被測物體之前與之后的強度；μ-對應于相應材料的吸收系數；h-被測物的實際厚度；ρ-被測物體的材質密度[2]。

γ射線測厚儀包括兩類，一類是穿透式測厚儀，另一類是反射式測厚儀，其中穿透式測厚儀是適合于現場的在線測量的，因此下面僅涉及穿透測量。

X射線實際測量是利用穿透物質時，射線的強度與材料相互作用的關系，從而測量材料，是一種非連接式的變化量度儀器。它以軟件及硬件模塊為核心，采集實時數據并計算出來偏差值給后續控制系統，達到要求厚度響應。因此，X射線測厚儀的工作原理與伽瑪射線測厚儀的工作原理是近似相同，所不同的是放射源。γ射線測厚儀使用天然的放射性元素，而X-射線測厚儀則是人造X射線管作為射線源。X-射線測厚儀同γ射線測厚儀基本上是具有相同的優點和缺點。差別主要在于天然的比人工產生的具有更高的穩定性，換言之，伽馬射線測厚儀是更加穩定的射線源。而x射線的則可以在關閉電源的情況下停止產生，但再次開始約20分鐘的穩定期，然后才可以進行有效的測量。

當x射線穿越物質時，由于物質會對x射線產生出一系列吸收及散射作用，其能量會因材料阻擋而逐漸產生衰減，該能量的大小取決于相關該射線波長，物質的寬度以及物質的組成成分息息相關。如果X射線的波長、被測物的化學組份予以提前確定，那么該射線相關衰減量就與物質的寬度呈現出相關關系，便可以根據該條規律。射線衰減剩余能量與物質寬度的關系可由式（2）來表示。

I=I0e-？滋x （2）

式中，為射線被衰減后能量；射線未被衰減能量；為衰減系數；X為物質的寬度。上式經演算后可得式（3）。

x=■（3）

由式（3）可知，若是常數，則射線與該因素關系。對于地球元素接近常數，但對于相關射線而言，隨寬度的變遷而變遷[3]。這是因為連續光譜，在與物質材料作用，隨著穿透物質寬度的增大，其低能光量子迅速被吸取，高能級量子迅速增加，輻射強度也會增加，那么我們可以假設：

μ=f（x）=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4 （4）

把式（4）代入式（3）后得：

1nI=b0+b1x+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5（5）

由式（5）可知，只要求出相關數據矩陣的值及粒子束強度值，就可以算出寬度X值。由于從相關儀器傳聲的電流信號與衰變強度成比例，而儀器電流信號又與經處電子電路板處理后的相關電壓信號呈現出比例，式（6）可改寫為：

1nV=c0+c1x+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5（6）

由此我們可以根據有規則擬合出矩陣C的值，測量時根據儀器所得出的電壓值V求出射線所透過物質的寬度X[4]。X與lnV關系屬于高階方程，由V求解X需要利用計算機編寫遞歸算法而得出。

參考文獻

[1]孫磊，彭雪蓮.一種超聲測厚儀B型掃描顯示方法及其超聲測厚儀[P].CN101210807 2008-07-02.北京三友知識產權代理有限公司.