GBT 31362-2015 無損檢測(cè) 熱中子照相檢測(cè) 中子束L／D比的測(cè)定

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局發(fā)布Ⅱ制定本標(biāo)準(zhǔn)的目的是為獲取質(zhì)量可靠的中子照相成像數(shù)據(jù)提供指導(dǎo)，并無損檢測(cè)熱中子照相檢測(cè)中子束L/D比的測(cè)定本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)定熱中子照相中子束準(zhǔn)直比(L/D值在20～1000之間)的試驗(yàn)技術(shù)。本技術(shù)基于零全影區(qū)器件分析中子照相的成像質(zhì)量，無需測(cè)量和計(jì)算準(zhǔn)直器系統(tǒng)的物理尺寸。本標(biāo)準(zhǔn)中所采用的器件均已通過置于真空暗盒內(nèi)的Gd箔轉(zhuǎn)換屏和高分辨單面膠片進(jìn)行了測(cè)試。2術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。有效準(zhǔn)直比effectiveL/Dratio決定中子照相裝置成像分辨率的因素之一，其大小為入口光闌與成像平面的有效距離(L)與入口光闌有效直徑(D)的比值。全影區(qū)umbra在成像陰影中，全部初始束被物體阻斷的區(qū)域(類似于日全食),見圖1。圖1零全影區(qū)配置示意圖半影區(qū)penumbra在成像陰影中，部分初始束被物體阻斷的區(qū)域(決定了陰影的不銳度),見圖1。初始束primarybeam起源于中子源，直到與物體/探測(cè)系統(tǒng)發(fā)生作用之前，一直保持準(zhǔn)直狀態(tài)的中子束。2測(cè)定中子束有效準(zhǔn)直比的原理為“零全影區(qū)”技術(shù)，首先利用中子束對(duì)“零全影區(qū)器件”進(jìn)行成像，然后對(duì)所獲圖像進(jìn)行分析。共有三種分析方法，每種方法都需確定全影區(qū)陰影寬度為零時(shí)的那一點(diǎn)。4重要性和應(yīng)用價(jià)值L/D值，取決于被測(cè)物體的厚度及其所含特定元素的物理特性。本方法可指導(dǎo)中子照相用戶測(cè)定或定期檢查設(shè)備的有效準(zhǔn)直比，判斷設(shè)備的性能是否滿足某項(xiàng)探測(cè)任務(wù)的要求。5.1“零全影區(qū)器件”(如圖2和圖3),將中子吸收棒放置在距離成像平面遠(yuǎn)近不同的位置上5——基準(zhǔn)線注4:為了減小累積誤差，所有的尺寸都以基準(zhǔn)線為標(biāo)準(zhǔn)。注5:圖中所示為單系統(tǒng)器件上棒的擺放方式。為構(gòu)造雙系統(tǒng)器件，需通過附加設(shè)備將77.8mm長(zhǎng)的11個(gè)間隔擴(kuò)展為134.3mm長(zhǎng)的19個(gè)間隔，并且除去間隔較密部分(56.5mm長(zhǎng)的20個(gè)間隔)。注6:棒由一層透明膠帶緊緊地固定在位置上?！把卣麄€(gè)平面打磨。11個(gè)相等的間隔(參見注4和注5)。20個(gè)相等的間隔(參見注4和注5)。圖2帶有刻度的“零全影區(qū)器件”凹槽陣列3圖3“零全影區(qū)器件”實(shí)物圖“零全影區(qū)器件”的整體為一個(gè)布滿精確加工的V形凹槽的鋁制斜面，斜面與側(cè)向支撐面在豎直方向成45°±0.25°夾角，鎘棒分別放置在各個(gè)V形凹槽之內(nèi)。臨近成像平面一端，凹槽中心間距為2.8mm,共21個(gè)凹槽；臨近中子源一端的凹槽間距較寬，為7.1mm。直徑為0.64mm的鎘棒通過對(duì)中子透明的膠帶固定在凹槽內(nèi)。布滿凹槽的斜面要保證與成像平面成45°±0.25°夾角。如果要測(cè)定的L/D值大于150,可按圖4(B部件)的結(jié)構(gòu)擴(kuò)展刻度范圍。如果無法加工出直徑0.64mm的鎘棒，也可使用其他相近尺寸的鎘棒，但需進(jìn)行精密測(cè)量，并把準(zhǔn)確的數(shù)值代入第7章的公式中。所有計(jì)算宜采用實(shí)際裝配的尺寸。圖4“零全影區(qū)器件”示意圖46測(cè)定步驟6.2調(diào)整暗盒平面，使其垂直于中子束流方向。6.4依照制造商的建議處理曝光膠片。6.5依照第7章中描述的三種方法中的任一方法分析成像結(jié)果，也可使用多種方法進(jìn)行比較分析。7數(shù)據(jù)分析7.1目測(cè)分析應(yīng)直接對(duì)中子照相所獲圖像進(jìn)行目測(cè)，計(jì)算有效準(zhǔn)直比。當(dāng)觀察單獨(dú)某個(gè)棒的成像時(shí)，陰影線能被認(rèn)為是沿著棒成像中心的“白”線。隨著棒與膠片的距離變大，陰影線的寬度減小。在某個(gè)位置，陰影線將會(huì)消失，超過這個(gè)位置，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)強(qiáng)度較弱的陰影線，并且隨著距離加大其后的陰影線逐漸變寬。可以輔助使用5倍～10倍的放大鏡確定這個(gè)位置?；谶@種目測(cè)分析，應(yīng)得到?jīng)]有陰影線的第一個(gè)棒與暗盒間的距離b。L/D值如下：L/D=(b/d)………(1)b(圖5)和棒的直徑d采用相同的單位。當(dāng)L/D值在100以內(nèi)，這種方法是有效的。當(dāng)L/D值超過這個(gè)范圍時(shí)，應(yīng)采用顯微光密度分析法。1——膠片平面；2——零全影區(qū)；3——棒1;圖5數(shù)學(xué)模型圖解第二種數(shù)據(jù)分析方法的過程為，從距離膠片最近的位置為“0”的鎘棒開始，對(duì)中子照相圖像進(jìn)行顯5鍋棒與膠片的距離/cm鍋棒與膠片的距離/cm微光密度掃描，典型的掃描圖像如圖6所示。使用此種方法時(shí)，建議采用尺寸為20pm×300pm的顯以得出的L/D值最高可達(dá)300,但是由于更大的b值不能獲得穩(wěn)定的波型，通過這種方法不能確定更高的L/D值。圖6顯微光密度計(jì)掃描1:1這種方法也使用顯微光密度計(jì)確定L/D值，可適用于較高和較低準(zhǔn)直比的分析計(jì)算。使用這種失點(diǎn)。應(yīng)注意不要超過成像陰影消失的那個(gè)點(diǎn)。掃描時(shí)，顯微光密度計(jì)6圖7鎘棒的膠片密度掃描50:1為了確定b值需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)棒的陰影圖像的寬度。測(cè)量方法為：沿著某個(gè)棒的陰影圖像的波形頂端小峰的平均值劃一條水平直線(平行于基線),沿此波形兩側(cè)劃兩條延長(zhǎng)線與水平直線相交形成的兩按下式可計(jì)算b值(圖5): (2)U?—靠近成像平面鎘棒的陰影寬度；L/D=b/d (3)如果鎘棒的直徑是0.64mm,可以直接按式(4)計(jì)算L/D (4)對(duì)于較小的L/D值(小于100),可使用下列公式： (5)U?——臨近暗盒的鎘棒的成像陰影寬度；X?——暗盒與棒2間的距離。 (6)8A.1.1中子照相使用的中子束的準(zhǔn)直比被確定為源到成像平面的距離(L)與源的直徑(D)的比值。因?yàn)橥ǔＴ吹闹睆?D)較大(>2cm),并且使用了中子吸收系數(shù)很高的材料，所以這種確定有效L/D值的獨(dú)特方法是有效的。如果一個(gè)直徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于源直徑的不透明棒放置在成像平面附近，全影區(qū)陰5A.1.2如果給定了源的直徑(D)和棒的直徑(d),假設(shè)存在一個(gè)棒，當(dāng)其與成像平面間的距離為b時(shí)，其全影區(qū)寬度為0。根據(jù)這個(gè)特定的距離，用一個(gè)L/D=b/d…………(A.1)L——源到膠片的距離；9