射线照相检测辐射场的黑度分布及影响因素

    射线照相检测技术中,底片黑度是一重要参数。影响射线照相检测灵敏度的关键参数如对比度、清晰度、颗粒度、最小可见对比度等都是以黑度为基本物理量来定义的。射线照相有效辐射场的黑度分布决定了缺陷的可检出性。从射线检测的原理可知,一定强度的射线穿过工件后,存在缺陷与无缺陷处对应的底片黑度是不一样的,这个黑度差(即对比度)越大,缺陷越易检出。只有较均匀的背景黑度分布,才能使缺陷黑度差更明显,才不会漏检。因此,研究辐射场的黑度分布及影响因素从而进行控制,对射线照相检测具有重要意义。

    工业射线照相检测中,X射线的产生过程导致射线辐射场横截面的辐射强度不均匀即聚束效应^[1]。聚束效应的存在使得即使被透照物体不存在缺陷,底片相邻区域仍然存在黑度差,黑度及其分布并非均匀。在应用高能X射线检测时,这种不均匀性更明显。如果黑度分布的非均匀性太大,会严重影响缺陷的检出。辐射场的黑度分布直接与射线强度有关。本文从连续X射线强度的分布,推导黑度分布的近似函数。因为射线强度不仅与射线检测物理参数(如管电压、管电流、曝光时间、透照距离等)而且与X射线管的结构(如靶材、阳极靶倾角、厚度等)有关,所以辐射场的黑度分布也与这些因素相关。本文对这些因素的影响进行了分析,从实验角度测量实际黑度值及相对黑度分布,并与理论得到的结果进行比较。

    1　有效辐射场的黑度分布函数

    由射线强度衰减规律,到达胶片的射线强度I_D为(不考虑散射线):

    μ为连续谱的等效衰减系数。根据X射线连续谱强度公式^[2]

    I₀=αiZV²/F²

    其中, i:管电流;V:管电压;F:焦距;Z:靶物质的原子序数;α:比例系数。如图,对于工件上任意一B点,射线透过后到达胶片所经过的工件厚度为:

    T′=T/_cosθ

    θ:该点的X射线束与中心射线束所成的角度即辐射角。辐射场中B′点离射线源的距离为F /_cosθ。因此,有效辐射场中任意一点的辐射强度

    I_D=I₀e^-μT/cosθcos²θ      (2)

   θ的范围约0°~20°。

    根据射线强度的定义,射线的强度与光子数、光子能量有下列关系

    hvi:光子能量;ni:能量为hvi的X射线光子数。射线强度经过材料的衰减,实际是射线光子数的减少,结合(2)式,经过衰减,单位时间内到达胶片的光子数n_D可近似表示为:

    n_D=n0e^-μT/cosθcos²θ

    n₀衰减前总的射线光子数。胶片受到一定强度的X射线照射时,在感光乳剂层中会产生眼睛看不到的影像即所谓潜影。根据葛尔尼和莫特创立的潜影理论,在感光乳剂中微量的银质点集中在AgBr晶体的缺陷和位错部位,形成感光中心。另外,从射线光子与胶片感光乳剂的光化学反应方程可知,产生的银与到达胶片的光子数相当(设一个光子只能使一个银离子感光)^[3]: