設(shè)備管理_射線照相檢驗(yàn)設(shè)備及其器材

60第2章 射線照相檢驗(yàn)設(shè)備與器材2.1 X射線機(jī)2.1.1 X射線機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與類型工業(yè)射線照相探傷中使用的低能X射線機(jī)，簡(jiǎn)單地說(shuō)是由四部分組成：射線發(fā)生器（X射線管）、高壓發(fā)生器、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。當(dāng)各部分獨(dú)立時(shí)，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。X射線機(jī)可以從不同方面進(jìn)行分類。按照X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)，X射線機(jī)通常分為三類，便攜式X射線機(jī)、移動(dòng)式X射線機(jī)、固定式X射線機(jī)。便攜式X射線機(jī)采用組合式射線發(fā)生器，其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，也簡(jiǎn)單地稱為射線發(fā)生器，在射線發(fā)生器中充滿絕緣介質(zhì)。整機(jī)由兩個(gè)單元構(gòu)成，即控制器和射線發(fā)生器，它們之間由低壓電纜連接。在射線發(fā)生器中所充的絕緣介質(zhì)，較早時(shí)為高抗電強(qiáng)度的變壓器油，其抗電強(qiáng)度應(yīng)不小于3050kV/2.5mm?，F(xiàn)在多數(shù)充填的絕緣介質(zhì)是六氟化硫（SF6），以減輕射線發(fā)生器的重量。充填的SF6氣體的氣壓應(yīng)不低于0.34MPa（3.5kg/cm2），但也不能過(guò)高，以防機(jī)殼爆裂，通常不應(yīng)超過(guò)0.49MPa（5.0kg/cm2）。采用充氣絕緣的便攜式X射線機(jī)，體積小、重量輕，便于攜帶，利于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行射線照相檢驗(yàn)。便攜式X射線機(jī)的管電壓一般不超過(guò)320kV，管電流經(jīng)常固定為5mA，連續(xù)工作時(shí)間一般為5min。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)到現(xiàn)場(chǎng)、車間，進(jìn)行射線檢驗(yàn)。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，管電壓不高于160kV（或150kV），尺寸小，射線發(fā)生器通常就是X射線管，它與高壓發(fā)生器之間采用一長(zhǎng)達(dá)15m左右的高壓電纜連接，以便于現(xiàn)場(chǎng)的防護(hù)和操作。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，高壓電纜的長(zhǎng)度一般為2m。其體積大、重量也大，不便移動(dòng)，因此固定安裝在X射線機(jī)房?jī)?nèi)。這類X射線機(jī)已形成150kV、250kV（225kV）、320kV、450kV（420kV）等系列，其管電流可用到30mA甚至更大的值，系統(tǒng)完善，工作效率高，它是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)優(yōu)先選用的X射線機(jī)。X射線機(jī)也可以按其他方面分類，例如按照X射線機(jī)的工作電壓可分為恒壓X射線機(jī)和脈沖X射線機(jī)，按照加在X射線管上的電壓脈沖頻率可分為恒頻X射線機(jī)和變頻X射線機(jī)，按照所使用的X射線管可分為玻璃管X射線機(jī)和陶瓷管X射線機(jī)，按照X射線管的輻射角可分為定向X射線機(jī)和周向X射線機(jī)，按照X射線管焦點(diǎn)尺寸可分為微焦點(diǎn)、小焦點(diǎn)和常規(guī)焦點(diǎn)X射線機(jī)等，但目前較多采用的是按照結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類。2.1.2 X射線管X射線機(jī)的核心器件是X射線管，普通X射線管的基本結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。它主要由陽(yáng)極、陰極和管殼構(gòu)成。圖2-1 X射線管結(jié)構(gòu)示意圖圖2-2 陽(yáng)極的基本結(jié)構(gòu)示意圖1陽(yáng)極罩 2陽(yáng)極體 3放射窗口 4陽(yáng)極靶陽(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2-2所示。陽(yáng)極體為具有高熱傳導(dǎo)性的金屬電極，典型的陽(yáng)極體由無(wú)氧銅制做。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。陽(yáng)極靶的作用是承受高速電子的撞擊，產(chǎn)生X射線。陽(yáng)極靶緊密鑲嵌在陽(yáng)極體上，與陽(yáng)極體具有良好的接觸。由于工作時(shí)陽(yáng)極靶直接承受高速電子的撞擊，電子大部分動(dòng)能在它上面轉(zhuǎn)換為熱，因此陽(yáng)極靶必須耐高溫。此外，陽(yáng)極靶應(yīng)具有高原子序數(shù)，才能具有較高的X射線轉(zhuǎn)換效率。所以，對(duì)工業(yè)射線照相檢驗(yàn)用的X射線管，其陽(yáng)極靶采用鎢制做。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)極靶可以采用不同的結(jié)構(gòu)，以產(chǎn)生不同的輻射。例如，常用錐形靶和平面形靶產(chǎn)生周向輻射X射線，也有的X射線機(jī)采用特殊的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極靶，它不僅可以改善散熱狀況，而且可以獲得更高的管電流。高速電子撞擊陽(yáng)極靶時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次電子，二次電子可集聚在管殼上，形成一定電位，影響飛向陽(yáng)極靶的電子束，陽(yáng)極罩就是用來(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)極罩常用銅制做，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；陽(yáng)極罩的側(cè)面也有一個(gè)小孔，常用原子序數(shù)很低的薄鈹板覆蓋，稱為窗口，陽(yáng)極靶產(chǎn)生的X射線從此窗口輻射出來(lái)。圖2-3 X射線管的陽(yáng)極特性曲線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2-3是X射線管的陽(yáng)極特性曲線。從圖中可以看到，管電流在最初隨著管電壓升高而增加，但當(dāng)管電壓達(dá)到一定值以后，管電流趨于飽和。產(chǎn)生這種飽和特點(diǎn)的原因是，燈絲發(fā)射的電子已接近全部到達(dá)陽(yáng)極靶。當(dāng)X射線管施加的管電壓較低時(shí)，為了得到較大的管電流，只能采用更大的燈絲電流。但實(shí)際上燈絲電流也只能在一定范圍內(nèi)調(diào)整，這也就限定了低管電壓下可使用的最大管電流。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。燈絲由鎢絲繞成一定形狀，聚焦杯包圍著燈絲。燈絲在燈絲電流加熱下可發(fā)射熱電子，這些電子在X射線管的管電壓作用下，高速飛向陽(yáng)極靶，最終通過(guò)軔致輻射在陽(yáng)極靶產(chǎn)生X射線。燈絲發(fā)射電子的能力隨燈絲溫度，也就是燈絲的加熱電流而改變。當(dāng)燈絲溫度增高時(shí)，發(fā)射電子的能力也增大。由于鎢的熔點(diǎn)高（3370），且蒸發(fā)率低，所以工業(yè)探傷用X射線管的燈絲采用鎢制做。燈絲的主要形狀有圓形、線形、矩形等，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)。燈絲溫度通過(guò)調(diào)節(jié)燈絲變壓器的電壓改變燈絲電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，過(guò)高的燈絲電流將會(huì)燒毀燈絲。X射線管的陰極特性是指，在一定管電壓下，管電流與燈絲電流之間的關(guān)系。圖2-4是X射線管的陰極特性曲線。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。管內(nèi)的真空度應(yīng)達(dá)到1.33（10-310-5）Pa。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射線管的管殼主要采用玻璃與金屬或陶瓷與金屬制做。采用玻璃與金屬制做管殼的X射線管稱為玻璃X射線管。采用陶瓷與金屬制做管殼的X射線管分為兩類，一類是金屬陶瓷X射線管，另一類是波紋陶瓷X射線管。圖2-5是波紋陶瓷X射線管的結(jié)構(gòu)示意圖。金屬陶瓷X射線管以不銹鋼管代替玻璃管殼，用陶瓷材料絕緣，與玻璃管殼的X射線管比較，它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固、壽命長(zhǎng)，現(xiàn)在已經(jīng)是X射線管的重要類型。波紋陶瓷X射線管是廣泛應(yīng)用在的另一類X射線管，它與金屬陶瓷X射線管具有類似的特點(diǎn)。普通玻璃X射線管的壽命一般為400500h，陶瓷X射線管的壽命一般在1000h以上。這里所說(shuō)的壽命是指X射線管的輻射量降低到規(guī)定值的80%以下，并不是指X射線管本身?yè)p壞。目前，在工業(yè)射線檢測(cè)中還使用的另一種X射線管是微焦點(diǎn)X射線管。這是一類特殊結(jié)構(gòu)的X射線管，管的焦點(diǎn)尺寸現(xiàn)在可小到幾微米，它采用了一套電子聚焦系統(tǒng)，以便形成很細(xì)的電子束。這種X射線管的工作電壓較低，一般不超過(guò)160kV，管電流也遠(yuǎn)小于普通X射線管，一般不超過(guò)數(shù)百微安。 圖2-4 X射線管的陰極特性曲線 圖2-5 波紋陶瓷X射線管結(jié)構(gòu)示意圖在X射線管中產(chǎn)生X射線的基本過(guò)程如下。X射線管的陰極燈絲通過(guò)電流，被加熱到2000以上后發(fā)射電子，這些電子聚集在燈絲附近。當(dāng)X射線管的陽(yáng)極和陰極間施加上高壓后，電子在這個(gè)高壓作用下被加速，高速飛向陽(yáng)極靶，穿過(guò)陽(yáng)極和陰極之間的空間后撞擊到陽(yáng)極靶上。通過(guò)軔致輻射，電子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為X射線，從X射線管窗口輻射出來(lái)。電子的大部分動(dòng)能傳給了陽(yáng)極靶，使它迅速升溫。圖2-6 油浸200kVX射線機(jī)射線發(fā)生器結(jié)構(gòu)示意圖從這個(gè)過(guò)程可以看出，為了保證X射線管能夠正常地工作，產(chǎn)生一定能量和強(qiáng)度的X射線，X射線管必須具有足夠的真空度、足夠的絕緣強(qiáng)度和足夠的散熱能力。X射線管的結(jié)構(gòu)、所達(dá)到的絕緣強(qiáng)度和真空度，限定了在陽(yáng)極和陰極間所能施加的最高高壓。由于氣體分子在電子的撞擊下可以發(fā)生電離，產(chǎn)生附加的電流，真空度同時(shí)還將影響X射線管管電流的穩(wěn)定性，這也直接關(guān)系到X射線管的正常工作和壽命。顯然，如果不能很好地散熱，X射線管的陽(yáng)極將迅速升到很高的溫度，不僅會(huì)使陽(yáng)極靶燒毀，而且也會(huì)導(dǎo)致X射線管整體損壞。使用時(shí)，X射線管置于一定的外殼中，X射線管與此外殼和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）。對(duì)便攜式X射線機(jī)，射線發(fā)生器還會(huì)包括高壓部分。外殼由具有一定強(qiáng)度的金屬制做，外殼上有一系列的插座，包括可能有的高壓電纜插座和冷卻循環(huán)用的接管等。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。圖2-6是一射線發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。2.1.3 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)生器提供X射線管的加速電壓陽(yáng)極與陰極之間的電位差和X射線管的燈絲電壓。高壓發(fā)生器中注滿高壓絕緣介質(zhì)，目前主要是高抗電強(qiáng)度的變壓器油，其抗電強(qiáng)度應(yīng)不小于3050kV/2.5mm。高壓變壓器的結(jié)構(gòu)與一般變壓器相同，其特點(diǎn)是二次電壓很高、但功率不大。為保證高壓變壓器具有足夠的絕緣強(qiáng)度，在制造過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格絕緣處理，以防止以后發(fā)生擊穿。燈絲變壓器的一次電壓一般為100200V，二次電壓常為520V，必須解決的問(wèn)題是一次繞組與二次繞組之間的絕緣問(wèn)題。由于X射線管的陰極處于高壓之中，而燈絲變壓器的一次繞組處在低壓線路之中，所以必須防止它們之間的高壓擊穿。正是由于這個(gè)原因，燈絲變壓器必須置于高壓絕緣介質(zhì)之中。高壓整流電路有多種形式，一些典型電路是半波自整流電路、全波整流電路、恒壓整流電路。半波自整流電路是最簡(jiǎn)單的高壓整流電路，其基本電路如圖2-7所示，得到的電壓波形如圖2-8所示。在這種電路中X射線管本身起著整流二極管的作用。當(dāng)X射線管施加交流電壓時(shí)，利用自整流作用，在陽(yáng)極電位為正半周時(shí)電流通過(guò)，X射線管工作，發(fā)射X射線。在陽(yáng)極電位為負(fù)半周時(shí)電流不能通過(guò)，X射線管不工作，不發(fā)射X射線。即半波自整流電路只在半周的時(shí)間內(nèi)發(fā)射X射線。 圖2-7 半波自整流電路 圖2-8 半波自整流電路的電壓波形半波自整流電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少、體積小，多用于攜帶式X射線機(jī)。但半波自整流電路也存在明顯的缺點(diǎn)，主要是僅在半周發(fā)射X射線，電源利用率低；此外，在高壓的負(fù)半周，X射線管要承受很高的反向電壓，如果陽(yáng)極溫度很高，可能會(huì)因發(fā)射電子而出現(xiàn)反向電流。為避免這一問(wèn)題，電路中長(zhǎng)采用逆電壓降低電路，這樣一來(lái)，在負(fù)半周僅有較低的電壓加在X射線管上。全波整流電路其基本電路如圖2-9所示。當(dāng)交流電處在不同半周時(shí)，可分別通過(guò)不同的整流二極管將電壓施加在X射線管上，使X射線管工作，發(fā)射X射線。此電路電源利用率高，X射線管不存在需要承受反向高壓?jiǎn)栴}。電路存在的主要缺點(diǎn)是，輸出的電壓波形不穩(wěn)定，也即輸出的X射線不穩(wěn)定。圖2-9 全波整流電路全波恒壓整流電路其基本電路如圖2-10所示，得到的電壓波形如圖2-11所示。為了提高X射線管的輻射強(qiáng)度，必須采用波動(dòng)很小的直流電對(duì)X射線管供電，全波恒壓整流電路就是這樣的一種整流電路。按圖2-10的標(biāo)示，在正半周時(shí)，交流電對(duì)電容C1充電，電容C2放電；在負(fù)半周時(shí)，交流電對(duì)電容C2充電，電容C1放電。正半周時(shí)電流的路徑是高壓變壓器整流二極管D1X射線管電容器C2高壓變壓器。負(fù)半周時(shí)電流的路徑是高壓變壓器電容器C1X射線管整流二極管D2高壓變壓器。X射線管上的高壓是高壓變壓器上的電壓與電容器上的電壓的和，即實(shí)際施加到X射線管上的電壓近似比高壓變壓器二次電壓高一倍。由于電容的充電時(shí)間遠(yuǎn)小于放電時(shí)間，因此，X射線管上的電壓變化較小。 圖2-10 全波恒壓整流電路 圖2-11 全波恒壓整流電路波形全波恒壓整流電路，不僅減少了X射線管輸出X射線強(qiáng)度的波動(dòng)，而且具有倍壓作用，因此，這種電路受到了廣泛的重視。2.1.4 冷卻系統(tǒng)對(duì)常用的低壓X射線機(jī)，X射線管只能將1%左右的電子能量轉(zhuǎn)換為X射線，絕大部分的能量在陽(yáng)極靶上轉(zhuǎn)換為熱量，加熱陽(yáng)極靶和陽(yáng)極體。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)，否則，陽(yáng)極靶將被高熱損壞。X射線機(jī)采用的冷卻方式粗略地可分為三種：1）油循環(huán)冷卻。這種方式采用油循環(huán)系統(tǒng)，冷卻油從油箱泵進(jìn)入射線發(fā)生器（X射線管的陽(yáng)極端），從射線發(fā)生器的另一端（X射線管的陰極端）離開，帶走熱量，返回油箱。為了增強(qiáng)冷卻效果，常又采用流動(dòng)水冷卻循環(huán)油。這種方式主要應(yīng)用在固定式X射線機(jī)。2）水循環(huán)冷卻。這種方式采用循環(huán)水直接進(jìn)入射線發(fā)生器中X射線管的陽(yáng)極空腔，水流出時(shí)帶走熱量。這種冷卻方式只能用于陽(yáng)極接地電路的情況，主要應(yīng)用在移動(dòng)式X射線機(jī)。也應(yīng)用于油絕緣的便攜式X射線機(jī)。3）輻射散熱冷卻。這種方式主要應(yīng)用在便攜式X射線機(jī)。對(duì)氣絕緣的便攜式X射線機(jī)，這種方式是在射線發(fā)生器的陽(yáng)極端裝上散熱器，一般還裝備風(fēng)扇。通過(guò)散熱器輻射和射線發(fā)生器外殼散熱冷卻。對(duì)油絕緣的便攜式X射線機(jī)，這種方式是依靠射線發(fā)生器內(nèi)部的溫差和攪拌油泵使油產(chǎn)生流動(dòng)帶走熱量，通過(guò)機(jī)殼把熱量散出。*2.1.5 控制和保護(hù)系統(tǒng)圖2-12 X射線機(jī)的基本控制電路原理圖1高壓變壓器 2燈絲變壓器3、4高壓發(fā)生通斷按鈕5、6燈絲加熱通斷按鈕K高壓發(fā)生繼電器 H燈絲加熱繼電器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。X射線機(jī)電路接通的基本步驟是：接通電源和冷卻系統(tǒng)接通X射線管的燈絲加熱電路和整流加熱電路接通高壓電路。其中基本控制電路電原理圖如圖2-12所示。這個(gè)基本控制電路保證了X射線機(jī)必須按上述過(guò)程接通，從而保證了X射線機(jī)安全正常的工作。在實(shí)際的X射線機(jī)電路中，還必須包括一系列其他電路，其中至少包括高壓調(diào)整電路、燈絲加熱調(diào)整電路、曝光時(shí)間控制電路和保護(hù)電路與裝置。高壓調(diào)整一般是在高壓變壓器的一次線路上接上自耦變壓器，通過(guò)調(diào)整自耦變壓器調(diào)節(jié)高壓變壓器的二次電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線管高壓的調(diào)整。燈絲加熱調(diào)整電路主要是在燈絲加熱變壓器的一次繞組上串聯(lián)一個(gè)可變電阻器，通過(guò)改變電阻器的阻值改變燈絲變壓器二次的電壓和燈絲加熱電流，實(shí)現(xiàn)對(duì)X射線管管電流的控制。曝光時(shí)間一般采用電動(dòng)時(shí)間控制器完成。為了保證X射線機(jī)安全工作，在X射線機(jī)的電路中還設(shè)置了一系列的保護(hù)電路和裝置，其中最主要是下面這些。過(guò)流保護(hù)。采用過(guò)流繼電器實(shí)現(xiàn)保護(hù)，即當(dāng)X射線管的管電流超過(guò)規(guī)定的限值后，過(guò)流繼電器將切斷它的常閉觸點(diǎn)，從而切斷保護(hù)電路，切斷高壓。過(guò)壓保護(hù)。采用過(guò)壓繼電器實(shí)現(xiàn)保護(hù)，即當(dāng)高壓變壓器一次電壓超過(guò)規(guī)定的限值后，過(guò)壓繼電器將切斷它的常閉觸點(diǎn)，從而切斷保護(hù)電路，切斷高壓。油溫保護(hù)。一般油溫繼電器置于射線發(fā)生器中，即當(dāng)油溫超過(guò)規(guī)定的限值（通常是605），油溫繼電器將切斷保護(hù)電路，切斷高壓。此外還有零位接觸器、水壓開關(guān)、氣壓開關(guān)、油壓開關(guān)、時(shí)鐘零位開關(guān)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，這些保護(hù)裝置也將動(dòng)作，這時(shí)X射線機(jī)將不能加上高壓或高壓將被切斷。2.1.6 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。高壓電纜的結(jié)構(gòu)大體包括同軸芯線、絕緣層、半導(dǎo)體層、金屬網(wǎng)、保護(hù)層，它的基本結(jié)構(gòu)如圖2-13所示。高壓電纜在使用中最常見的故障是電纜端頭處發(fā)生擊穿。圖2-13 高壓電纜結(jié)構(gòu)示意圖1保護(hù)層 2金屬網(wǎng) 3半導(dǎo)體層 4、6絕緣層 5同軸芯線*2.1.7 X射線機(jī)的技術(shù)性能、使用與維護(hù)從射線檢驗(yàn)工作角度，X射線機(jī)的主要技術(shù)性能可歸納為五個(gè)：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，此外還有其他一些重要指標(biāo)，如工作方式、重量等，這些性能都直接相關(guān)于射線照相工作，在選取X射線機(jī)時(shí)應(yīng)考慮上述性能是否適應(yīng)所進(jìn)行的工作。1工作負(fù)載特性X射線機(jī)的工作負(fù)載特性，即X射線機(jī)可使用的管電壓、管電流等特性，完整的特性常以工作負(fù)載特性曲線形式給出，典型的工作負(fù)載特性曲線如圖2-14所示。X射線機(jī)的工作負(fù)載特性，實(shí)際上是由三方面的工作極限因素決定的。一是X射線機(jī)所采用的X射線管和高壓發(fā)生器系統(tǒng)等所限定的高壓范圍，二是X射線管陽(yáng)極特性曲線的限定，三是由X射線管陽(yáng)極能承受的最大容許功率的限制。這些限制作用共同決定了X射線機(jī)的工作負(fù)載特性。圖2-15給出了工作極限曲線。在實(shí)際工作中，X射線管的管電流受到陽(yáng)極所承受最大容許功率的限制，所以燈絲加熱電流、管電流和管電壓都有一個(gè)極限值。X射線管在使用中，應(yīng)控制在曲線的陰影區(qū)域內(nèi)。區(qū)為燈絲加熱電流限制區(qū)，此時(shí)管電壓低，管電流趨于飽和。如仍追求提高管電流，勢(shì)必要增大燈絲加熱電流而超過(guò)其允許值。輕者使其壽命縮短，重者可能燒毀燈絲。區(qū)是最大管電流限制區(qū)，此時(shí)管電壓沒有達(dá)到最高值，但管電流已經(jīng)很大了，再提高管電流就有可能燒毀陽(yáng)極。區(qū)是額定功率限制區(qū)，在區(qū)已經(jīng)達(dá)到了額定的管功率，若再提高管電壓，則必須相應(yīng)降低管電流；管電壓的極限只能到D點(diǎn)，這是X射線管的額定管電壓，如果超過(guò)這個(gè)數(shù)值，X射線管就有被擊穿的危險(xiǎn)。 圖2-14 X射線機(jī)工作負(fù)載特性曲線 圖2-15 X射線機(jī)工作極限曲線X射線機(jī)的工作負(fù)載特性曲線給出了X射線機(jī)的工作特性，因此也就給出了其適宜檢驗(yàn)的材料、厚度范圍和工作的應(yīng)用特點(diǎn)。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)度實(shí)驗(yàn)研究指出，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，這個(gè)關(guān)系可以表示成下式（2-1）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)；圖2-16 X射線管輻射的側(cè)傾效應(yīng) V 管電壓（kV）； a 比例系數(shù)，（1.11.4）10-6。輸入X射線管的功率為，所以X射線管的轉(zhuǎn)換效率為（2-2）從此式可以看到，對(duì)低壓X射線機(jī)，輸入X射線管的能量只有很少部分轉(zhuǎn)換為X射線，大部分轉(zhuǎn)換成熱。例如，鎢靶X射線管在管電壓為100kV時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率僅為1%左右。X射線管輻射的X射線強(qiáng)度，在空間不同方向是不同的，X射線管軸線上相對(duì)強(qiáng)度的分布如圖2-16所示。這常稱為“側(cè)傾效應(yīng)”。在距離X射線管焦點(diǎn)F處空間一點(diǎn)的X射線強(qiáng)度可按下式計(jì)算（2-3）X射線管的焦點(diǎn)也就是X射線機(jī)的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)是陽(yáng)極靶上產(chǎn)生X射線的區(qū)域。由于焦點(diǎn)的形狀、尺寸直接相關(guān)于射線照相所得到的影像的質(zhì)量，所以它是X射線機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。圖2-17給出了X射線機(jī)的焦點(diǎn)。X射線機(jī)的實(shí)際焦點(diǎn)是指電子束所撞擊的陽(yáng)極靶的面積，如果從不同方向觀察X射線機(jī)的實(shí)際焦點(diǎn)，則可以看到不同的形狀和大小。在射線照相中通常所說(shuō)的焦點(diǎn)并不是實(shí)際焦點(diǎn)，而是所謂的“有效焦點(diǎn)”。有效焦點(diǎn)是指X射線機(jī)的實(shí)際焦點(diǎn)在輻射的射線束的中心方向觀察到的焦點(diǎn)形狀和尺寸，也就是實(shí)際焦點(diǎn)在垂直于管軸方向的投影。顯然，有效焦點(diǎn)的形狀和大小取決于實(shí)際焦點(diǎn)的形狀和大小。在射線照相檢驗(yàn)中，通常簡(jiǎn)稱有效焦點(diǎn)為焦點(diǎn)。 a） b）圖2-17 X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)形狀焦點(diǎn)的形狀取決于燈絲繞制的形狀，如果燈絲為圓形焦點(diǎn)也為圓形，如果燈絲為長(zhǎng)條螺旋管形，則焦點(diǎn)將為長(zhǎng)方形。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：da長(zhǎng)方形：d圓 形：da橢圓形：d式中各值的意義如圖2-17所式。測(cè)定焦點(diǎn)的尺寸有兩種方法：針孔法和幾何不清晰度法。針孔法采用針孔板利用小孔成像方法測(cè)定焦點(diǎn)的尺寸。幾何不清晰度法是利用計(jì)算的方法，從測(cè)量得到的幾何不清晰度計(jì)算焦點(diǎn)的尺寸。針孔法所用的針孔板基本結(jié)構(gòu)如圖2-18所示，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定，針孔板應(yīng)采用特殊材料制做，如鎢、鉭、鉑銥合金等。針孔法測(cè)定時(shí)選擇適當(dāng)?shù)慕裹c(diǎn)與膠片距離，按規(guī)定將針孔板置于X射線管于膠片之間適當(dāng)位置，并按規(guī)定的透照參數(shù)透照，從得到的底片影像測(cè)量焦點(diǎn)尺寸。不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)定方法的具體規(guī)定存在一些差異，表2-1和表2-2是常見的規(guī)定。圖2-19是采用針孔法測(cè)得的一般定向X射線機(jī)焦點(diǎn)的實(shí)際形貌。表2-1 針孔板尺寸的主要規(guī)定焦點(diǎn)尺寸/mm針孔板孔徑f /mm針孔板孔高度h/mm1.00.0300.0050.0750.0101.10.1000.0050.5000.010表2-2 針孔法透照參數(shù)的主要規(guī)定（X射線機(jī)額定管電壓為V，額定管流為I）焦點(diǎn)尺寸/mm測(cè)試布置放大倍數(shù)測(cè)試管流i測(cè)試透照電壓UkV1.02i=I/2V75，U=V75150，U=75V150，U=V/21.11 圖2-18 針孔板基本結(jié)構(gòu) 圖2-19 定向X射線機(jī)焦點(diǎn)形貌示意圖3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。在現(xiàn)在使用的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24360或25360的扇形周向輻射角，或者是12360的半扇形周向輻射角。定向輻射X射線機(jī)的陽(yáng)極靶為平面靶，靶面角（即靶面與X射線管軸垂線的夾角）為20。周向輻射X射線機(jī)的陽(yáng)極靶常采用錐形靶或平面靶，采用平面靶時(shí)靶面角為0。簡(jiǎn)單的測(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。為了測(cè)定輻照?qǐng)觯稍陬A(yù)計(jì)的輻照區(qū)的不同位置放置適當(dāng)大小的膠片，曝光后從底片的黑度情況判斷輻照?qǐng)龅木鶆蛐院途唧w情況?；蛘咭部蓪⒛z片直接貼放在X射線機(jī)的窗口上，曝光后從得到的底片影像粗略估計(jì)輻照?qǐng)銮闆r。以上所說(shuō)的“膠片”，均是指裝入暗袋后的膠片。4漏泄輻射劑量我國(guó)輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)X射線機(jī)的漏泄輻射劑量作出了具體規(guī)定，表2-3是GB163571996對(duì)500kV以下X射線機(jī)的規(guī)定。表2-3 GB163571996對(duì)X射線機(jī)漏泄輻射劑量的規(guī)定額定管電壓/kV距X射線機(jī)焦點(diǎn)1m處的漏泄空氣比釋動(dòng)能率1501mGy/h1502002.5mGy/h2005mGy/hX射線機(jī)在日常使用中應(yīng)嚴(yán)格遵守X射線機(jī)的使用說(shuō)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，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射線管是一個(gè)高真空度的器件，如果真空度降低，一是可能引起高壓擊穿損壞X射線管，二是高速電子可將管中的氣體電離，產(chǎn)生很大的管電流，造成X射線管損壞。X射線管在制造過(guò)程中，管殼、電極都經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的排氣處理，但X射線管內(nèi)的材料析出氣體和X射線管本身的漏泄等，都會(huì)導(dǎo)致真空度降低。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)），吸收X射線管內(nèi)的氣體，提高X射線管的真空度。老化訓(xùn)練就是按照一定的程序，從低電壓、低管電流逐步升壓，直到達(dá)到X射線機(jī)的工作所需的最高管電壓或額定工作電壓。不同的X射線機(jī)均有自己的具體規(guī)定，表2-4和表2-5列出了X射線機(jī)老化訓(xùn)練的主要規(guī)定。在老化訓(xùn)練中應(yīng)注意觀察管電流，如果在某一管電壓下管電流不穩(wěn)定，則應(yīng)降回原管電壓，重新在原管電壓下工作一段時(shí)間，再升高管電壓。表2-4 玻璃管X射線機(jī)的老化訓(xùn)練規(guī)定停用時(shí)間816h23d321d21d升壓速度10kV/30s10kV/min10kV/2.5min10kV/5min表2-5 金屬陶瓷管X射線機(jī)的老化訓(xùn)練規(guī)定停用時(shí)間老化訓(xùn)練方法1d可自動(dòng)訓(xùn)機(jī)到使用電壓，更高時(shí)可手動(dòng)按10kV/min訓(xùn)機(jī)27d手動(dòng)從最低值按10kV/min訓(xùn)機(jī)，中間應(yīng)按規(guī)定休息730d手動(dòng)從最低值按10kV/5min休息5min方式訓(xùn)機(jī)現(xiàn)代的X射線機(jī)內(nèi)常安裝了保護(hù)裝置，其保證在未完成必要的老化訓(xùn)練之前，無(wú)法向X射線管送上高壓。有的X射線機(jī)裝備了自動(dòng)老化訓(xùn)練程序，只要停放時(shí)間在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，可以采用自動(dòng)老化訓(xùn)練程序完成老化訓(xùn)練。3充分預(yù)熱與冷卻X射線管的燈絲和陽(yáng)極靶，工作在高溫高壓下，燈絲金屬會(huì)揮發(fā)，由于在X射線管中電子動(dòng)能的絕大部分轉(zhuǎn)換為熱，陽(yáng)極急劇升溫，如果不注意充分冷卻，將導(dǎo)致陽(yáng)極過(guò)熱，陽(yáng)極靶面蒸發(fā)或熔化，并會(huì)加大氣體的釋放，最終使X射線管損壞。因此，在使用X射線機(jī)時(shí)，除了限定在額定工作電壓和工作電流外，還必須注意預(yù)熱和冷卻。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。這將減小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，這種突然變化將加速燈絲的老化，減少X射線管的壽命。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)定間歇一定的時(shí)間，防止X射線機(jī)因冷卻不足造成事實(shí)上的工作，形成了超負(fù)載的過(guò)度使用，這將很快損壞X射線管或嚴(yán)重?fù)p傷X射線管。不同X射線機(jī)對(duì)工作方式都有明確的規(guī)定，一般都規(guī)定了允許的最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間，同時(shí)規(guī)定了相等的高壓加載時(shí)間和間歇冷卻時(shí)間。便攜式X射線機(jī)經(jīng)常采用高壓加載5min、間歇冷卻5min的工作方式；移動(dòng)式和固定式X射線機(jī)，由于冷卻系統(tǒng)較好，最長(zhǎng)連續(xù)工作時(shí)間可達(dá)30min或更長(zhǎng)，工作方式一般也是采用相等的高壓加載時(shí)間和間歇冷卻時(shí)間。4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。現(xiàn)在許多X射線機(jī)已改為高壓、管電流可以預(yù)置，接通高壓開關(guān)后，X射線機(jī)的控制部分自動(dòng)調(diào)節(jié)、逐步達(dá)到所需要的高壓和管電流，不需要再進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。多數(shù)控制箱已改為數(shù)字顯示和數(shù)字式調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)。這從設(shè)備本身避免了一些不正確的操作。由于制造質(zhì)量不良、操作不當(dāng)、維護(hù)不佳等原因，X射線機(jī)可能發(fā)生各種故障。在日常使用中常出現(xiàn)的故障，主要發(fā)生在X射線管、高壓發(fā)生器和高壓電纜等部分，在低壓電路中，由于元器件的損壞或老化，也會(huì)出現(xiàn)故障。X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?；蛘遆射線管燈絲燒斷，造成X射線管損壞。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┑?。高壓電纜的故障主要是擊穿，擊穿的部位經(jīng)常出現(xiàn)的位置是插頭部位，主要原因是這個(gè)部位經(jīng)?；顒?dòng)，造成裂紋，進(jìn)入氣體或水分，或者此部位原已存在氣孔或裂紋。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。2.2 g射線機(jī)g射線機(jī)用放射性同位素作為g射線源輻射g射線，它與X射線機(jī)的一個(gè)重要不同是，g射線源始終都在不斷地輻射g射線，而X射線機(jī)僅僅在開機(jī)并加上高壓后才產(chǎn)生X射線，這就使g射線機(jī)的結(jié)構(gòu)具有了不同于X射線機(jī)的特點(diǎn)。2.2.1 g射線機(jī)的類型我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 140581993等）將g射線探傷機(jī)分為三種類型：手提式、移動(dòng)式、固定式。手提式g射線機(jī)輕便，體積小、重量小，便于攜帶，使用方便。但從輻射防護(hù)的角度，其不能裝備能量高的g射線源。移動(dòng)式和固定式g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g射線源。我國(guó)輻射防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)GB 184652001對(duì)這三類g射線機(jī)的源容器的防護(hù)性能規(guī)定了具體的要求，如表2-6所示。表2-7列出的是我國(guó)生產(chǎn)的部分g射線機(jī)的主要數(shù)據(jù)。表2-6 GB 184652001對(duì)g射線機(jī)源容器漏泄比釋動(dòng)能率的規(guī)定源容器類別源容器外表面距外表面50mm處距外表面1m處手提式2mGy/h0.5mGy/h0.02mGy/h移動(dòng)式2mGy/h1mGy/h0.05mGy/h固定式2mGy/h1mGy/h0.10mGy/h表2-7 g射線機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)g射線機(jī)型號(hào)CTSIYTSISETSI外形尺寸/mm530390310421242287240110180主機(jī)重量/kg200288.5屏蔽材料與重量貧化鈾，135kg貧化鈾，19kg貧化鈾，3.2kgg射線源60Co192Ir75Se額定源活度/ Bq3.71012（100Ci）3.71012（100Ci）2.961012（80Ci）通道型式S通道S通道直通道輸源方式自動(dòng)/手動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)自動(dòng)/手動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)度/m111010輸源管長(zhǎng)度32.1m32.1m32.1m2.2.2 g射線機(jī)的基本構(gòu)成g射線機(jī)主要由五部分構(gòu)成：源組件（密封g射線源）、源容器（主機(jī)體）、輸源（導(dǎo)）管、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和附件。圖2-20是彎通道設(shè)計(jì)的g射線機(jī)源容器結(jié)構(gòu)示意圖。源容器是g射線源的儲(chǔ)存裝置，是g射線機(jī)的主機(jī)。在不曝光時(shí)g射線源被收回置于源容器中，為了減少g射線輻射的外泄，源容器內(nèi)部都裝備了屏蔽材料，近年來(lái)主要采用貧化鈾代替鉛作為屏蔽材料。屏蔽體內(nèi)的設(shè)計(jì)主要是兩種形式：“S通道”和“直通道”。S通道結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，在各方向具有近似相等的屏蔽厚度。直通道結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需利用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使g射線源在存放到源容器中時(shí)，不存在直接向外輻射的通道。圖2-20 S通道g射線機(jī)源容器的基本結(jié)構(gòu)示意圖1外殼 2聚氨酯填料 3貧化鈾屏蔽層 4g源（源組件） 5源托 6安全接插器 7快速連接器 8密封盒源容器的通道端口都設(shè)計(jì)有可快速連接的接口，源容器上還都設(shè)計(jì)有一套安全連鎖機(jī)構(gòu)。這些裝置和機(jī)構(gòu)用以保證正確和安全操作g射線機(jī)，避免意外事故。源組件由g射線源、外殼、源辮子、屏蔽桿構(gòu)成。g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做，通過(guò)等離子焊將一定形狀和尺寸的放射性同位素密封在外殼之中，防止放射性同位素散失。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。圖2-21是源組件的結(jié)構(gòu)示意圖。源組件與源托連接，通過(guò)源托與驅(qū)動(dòng)部件連接在一起。圖2-21 源組件結(jié)構(gòu)示意圖驅(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，在使用時(shí)它與源容器連接，用來(lái)送出和收回g射線源，其行程記錄裝置可以指示g射線源所處的位置。驅(qū)動(dòng)方式可分為自動(dòng)（電動(dòng)）方式和手動(dòng)方式兩種。手動(dòng)方式是通過(guò)手搖動(dòng)驅(qū)動(dòng)手柄使g射線源在輸源管中移動(dòng)，完成g射線源的送出和收回。為了減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員受到的輻射照射，可采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式可設(shè)置一定的g射線源移動(dòng)速度、預(yù)置適當(dāng)?shù)乃驮囱訒r(shí)時(shí)間、預(yù)置一定的曝光時(shí)間等，它可以在一定的距離外進(jìn)行遙控操作。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，g射線源沿輸源導(dǎo)管送到預(yù)定的曝光位置。附件主要是照射頭、定向架等，利用照射頭限定g射線源的照射場(chǎng)，利用定向架固定照射頭，保證g射線照相過(guò)程按設(shè)定的方式進(jìn)行。目前，在工業(yè)射線照相探傷中使用的g射線源主要是人工放射性同位素：60Co；192Ir；75Se；170Tm等，它們的主要特性列于表2-8中。對(duì)于工業(yè)射線探傷來(lái)說(shuō)，在選擇g射線源時(shí)應(yīng)考慮的g射線源的主要特性是能量、放射性比活度、半衰期、源尺寸。由于不同的g射線源的能量是固定的，所以應(yīng)按照被檢驗(yàn)工件的材料和厚度，選擇適當(dāng)?shù)膅射線源，g射線源的能量是否適當(dāng)直接關(guān)系到檢驗(yàn)的靈敏度。表2-8 常用g射線源的主要特性g 射線源60Co192Ir75Se170Tm主要能量/MeV1.17，1.330.30，0.31，0.47，0.600.13，0.260.052，0.084半衰期5.3 a74d120 d128 dKr（R m2（h Ci）1.300.48（0.55）0.20（0.125）0.0014C m2/（kg h Bq）9.21053.310151.410150.011015等效能量1.25MeV400keV217keV84keV適宜厚度（鋼，mm）402002010010405表中的Kr稱為照射量率常數(shù)，由于采用法定計(jì)量單位的值比較復(fù)雜，因此也用帶括號(hào)形式給出非法定計(jì)量單位的值，這時(shí)它表示活度為1Ci的源、在無(wú)濾波下、在距源1m處1h時(shí)間內(nèi)給出的照射量的倫琴數(shù)值。2.2.3 g射線機(jī)使用g射線機(jī)與X射線機(jī)比較具有設(shè)備簡(jiǎn)單、便于操作、不用水電等特點(diǎn)，但g射線機(jī)操作錯(cuò)誤所引起的后果將是十分嚴(yán)重，因此，必須注意g射線機(jī)的操作和使用。按照國(guó)家的有關(guān)規(guī)定，使用g射線機(jī)的單位涉及到放射性同位素，因此，單位必須申領(lǐng)放射性同位素使用許可證，操作人員，應(yīng)經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)，并應(yīng)取得放射工作人員證。g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g射線機(jī)的有關(guān)部分是否完好正常，例如，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是否可正常工作，輸源導(dǎo)管是否存在損壞，主機(jī)的漏泄輻射是否處于規(guī)定范圍之內(nèi)等。在確認(rèn)g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)采取必須的輻射防護(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(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)用劑量?jī)x進(jìn)行監(jiān)測(cè)。3組裝g射線機(jī)按根據(jù)檢驗(yàn)工作的具體情況和特點(diǎn)設(shè)計(jì)的透照布置，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，彎曲半徑應(yīng)不小于500mm。固定準(zhǔn)直器和定向架時(shí)應(yīng)使g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(guò)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，控制區(qū)邊界處的空氣比釋動(dòng)能率應(yīng)為40mGy/h處，監(jiān)督區(qū)邊界處的空氣比釋動(dòng)能率應(yīng)為2.5mGy/h處，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)。需要時(shí)，應(yīng)設(shè)專門的監(jiān)督管理人員。5完成曝光過(guò)程按g射線機(jī)的操作說(shuō)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(guò)程。g射線機(jī)在使用過(guò)程中可能發(fā)生的故障主要是：部分機(jī)件損壞，如驅(qū)動(dòng)失靈、輸源導(dǎo)管變形、源座脫開等，造成g射線源不能送出或收回；安全聯(lián)鎖機(jī)構(gòu)失靈等。如果出現(xiàn)g射線源不能收回到源容器貯存位置的故障，不能盲目處理，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采取必要的措施，并報(bào)告有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門，請(qǐng)專門人員進(jìn)行處理，排除故障。在使用中，應(yīng)特別防范“掉源”事故，防止由此造成的嚴(yán)重危害。g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(guò)有關(guān)培訓(xùn)，注意防止g射線機(jī)操作失誤，嚴(yán)格防止因g射線源未收回或遺失等可能造成的輻射事故。*2.3 加速器在工業(yè)射線照相探傷中產(chǎn)生更高能量射線一般采用加速器。加速器是帶電粒子加速器的簡(jiǎn)稱，其基本原理是利用電磁場(chǎng)加速帶電粒子，從而獲得高能X射線。適合工業(yè)射線照相探傷的加速器主要是電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器、電子回旋加速器。1電子感應(yīng)加速器圖2-22 電子感應(yīng)加速器主體結(jié)構(gòu)示意圖1環(huán)形加速器管 2陽(yáng)極 3陰極4、5磁場(chǎng) 6磁化線圈 7輔助線圈電子感應(yīng)加速器的主體結(jié)構(gòu)是一環(huán)形真空室和巨大的電磁鐵，環(huán)形真空室，即環(huán)形真空加速管，放置在電磁鐵之間。其主要結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-22所示。這種加速器利用隨時(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。主要?jiǎng)?lì)磁線圈上通常加上幾千伏的低頻交流電，電子在環(huán)形真空室中需運(yùn)轉(zhuǎn)很多圈才能獲得數(shù)百萬(wàn)電子伏的能量。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，對(duì)工業(yè)射線照相探傷它的能量多為1535MeV，焦點(diǎn)尺寸小，產(chǎn)生的錐形X射線束的頂角約為56，但它的電子束流強(qiáng)度小，一般不超過(guò)1mA，因此產(chǎn)生的射線強(qiáng)度低。2行波電子直線加速器行波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，電子每前進(jìn)1cm可獲得約60103eV的能量。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2-23是行波電子直線加速器結(jié)構(gòu)示意圖。電子直線加速器是性能更適合于工業(yè)射線照相探傷的加速器，對(duì)工業(yè)射線照相探傷，其能量多為115MeV，在這個(gè)能量范圍它可以制造得輕巧、操作方便，其焦點(diǎn)約f 2mmf 3mm。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)度大，約為電子感應(yīng)加速器的10100倍。3電子回旋加速器電子回旋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)，不斷加速的電子加速器。這種加速器的主體結(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2-24是其結(jié)構(gòu)的示意圖。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。 圖2-23 行波電子直線加速器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-24 電子回旋加速器結(jié)構(gòu)示意圖 1電子槍 2加速管 3離子泵 1真空室 2磁鐵 3諧振腔 4波導(dǎo)管 5鐵氧體 4吸收負(fù)載 5隔離器 6磁控管 6磁控管 7電子發(fā)射極 8高真空泵 9引出管電子回旋加速器的能量可在較寬的范圍變化，對(duì)工業(yè)射線照相探傷多為625MeV，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。表2-9列出了一些牌號(hào)加速器的主要性能。表2-9 部分牌號(hào)加速器的主要性能類 型電子感應(yīng)加速器電子直線加速器電子回旋加速器牌號(hào)KBc-8-25ML-15RM-10最大能量/MeV2512101m處照射量率/R min-140070002000焦點(diǎn)尺寸/mm1.50.3f 1f 2f 31m處照射范圍/mmf 240f 300f 1502.4 工業(yè)射線膠片圖2-25 射線膠片的結(jié)構(gòu)1保護(hù)層 2感光乳劑層3結(jié)合層 4片基2.4.1 射線膠片的結(jié)構(gòu)射線膠片的結(jié)構(gòu)如圖2-25所示，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涂布感光乳劑層，普通膠片是單面涂布感光乳劑層；射線膠片的感光乳劑層厚度遠(yuǎn)大于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(xì)的射線膠片也是單面涂布乳劑層。片基為透明塑料，它是感光乳劑層的支持體，厚度約為0.175mm0.30mm。感光乳劑層的主要成分是鹵化銀感光物質(zhì)極細(xì)顆粒和明膠，此外還有其他一些成分，如增感劑等，感光乳劑層的厚度約為1020mm。鹵化銀主要采用的是溴化銀，其顆粒尺寸一般不超過(guò)1mm。明膠可以使鹵化銀顆粒均勻地懸浮在感光乳劑層中，它具有多孔性，對(duì)水有極大的親合力，使暗室處理藥液能均勻地滲透到感光乳劑層中，完成處理。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，厚度約為12mm，它涂在感光乳劑層上，避免感光乳劑層直接與外界接觸，產(chǎn)生損壞。核心部分是感光乳劑層，它決定了膠片的感光性能。 2.4.2 膠片的主要感光特性與感光特性曲線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）、灰霧度（D0）及寬容度等，感光特性曲線集中反應(yīng)了這些感光特性。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。在描述這個(gè)特性曲線之前，首先建立光學(xué)密度和曝光量概念。圖2-26 光學(xué)密度定義膠片經(jīng)過(guò)曝光和暗室處理后稱為底片，對(duì)射線照相則常稱為射線照片。底片上各處的金屬銀密度不同，所以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，所以光學(xué)密度通常簡(jiǎn)稱為黑度。如圖2-26所示，設(shè)入射到底片的光強(qiáng)度為I0，透過(guò)底片的光強(qiáng)度為I，記光學(xué)密度為D，則光學(xué)密度定義為Dlg（I0I ）（2-4）即光學(xué)密度為入射光強(qiáng)度與透射光強(qiáng)度之比的常用對(duì)數(shù)之值。曝光量是在曝光期間膠片所接收的光能量，記，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HI t（2-5）在射線照相中通常所說(shuō)的曝光量（常用E表示），與這里的定義不完全相同，例如，對(duì)X射線采用管電流與曝光時(shí)間的乘積，而對(duì)g射線則常采用源的放射性活度與曝光時(shí)間的積，并沒有直接采用射線強(qiáng)度與曝光時(shí)間的積。但對(duì)于同一管電壓下的