一种低剂量X射线探伤仪研制

　　1　引　　言

　　传统X射线探伤仪主要采用直流光源,如果人体长期地接触,对人的伤害很大,特别是对生产线上的检测人员。作者研制的低剂量X射线探伤仪,它的射线源采用的是脉冲式光源,每次发光时间为几十纳秒,一次产生的剂量只相当于X光拍片的万分之一。仪器体积小而轻,便于安装调试,整个系统都可以通过计算机进行自动控制,能实时显示获得X射线透视图像,从而便于操作者进行现场操作和及时判断。

　　2　工作原理和结构

　　低剂量X射线探伤仪的工作原理是:脉冲X射线源产生脉冲式的X射线照射到所要透视的物体上,经被照射物体吸收透过的X射线照射到增感屏上,通过增感屏转化为可见光而成像,此时利用高灵敏的CCD记录下荧光屏上的闪光图像,通过采集卡记录下图像,最后计算机将获得的图像数据进行处理和显示。计算机完成对系统设置和时序的控制,仪器研制的关键在　　于整个记录过程与闪光图像的同步,这对于图像的分率有着直接的影响。低剂量X射线探伤仪主要由　三部分构成:脉冲X射线源、记录系统(包括增感屏、CCD相机和图像采集卡)和计算机及其应用软件。图1是系统工作原理图

　　3　脉冲X射线源

　　脉冲X射线源由脉冲功率驱动源、螺旋高压发生器、冷阴极闪光X射线管及供电电源组成。它的核心是冷阴极闪光X射线管,又被称为场发射闪光X射线管。射线源的工作原理是:脉冲功率驱动源在控制信号的控制下产生直流高压,为螺旋型高压发生器充电,螺旋型高压发生器产生高压脉冲加在冷阴极闪光X射线管的阳极上,阴极的尖端表明产生了极强的电场,从而产生场发射电流,阴极的尖端温度升高,材料被熔化蒸发,蒸汽被高压电离,当脉冲场超过一定临界值,引起发生尖端蒸发爆炸,形成阴极闪光。图2为脉冲X射线源原理图。

　　计算机发出控制信号给控制电路,启动低压电源驱动电路、直流转换变换器,将直流低压转换为交流高压,交流高压经倍压整流后加到螺旋型高压发生器的传输线上。当电压充电达到平行轨道开关的自击穿电压时,轨道开关放电。放电时的瞬时电压和电流分别最高可以达到150kV和10A,冷阴极闪光X射线管在它的驱动下发出X射线,同时采样电路获得放电信号后给控制电路,关闭电源,发光过程结束。为提高高压幅度,作者考虑到用电容充放电的形式,由电容公式C~S(面积),增大电容的S,来提高输出电压。作者采用筒状螺旋型结构电容,当相间的线同时用开关闭合,使初始电容串联反接变成串联顺接,开路时输出电压就变为2NV。因为此时瞬间的效果等于2N个充电到V的同轴电容串联,输出的峰值电压能达到120~150kV,峰值功率可达1500kW。由于它输出是单个脉冲式的,用PIN测得的X射线脉冲时间谱的半高脉宽约为50ns。由于发光时间极短,因而形成的辐射剂量很小,在距源30cm处只有3μR。