射线数字成像检测仪的光电系统设计

　　引 言

　　射线胶片成像在无损检测中已被大家所熟悉，射线数字实时成像技术以图像的可交换性和存储方便等特点成为射线检测的发展趋势。射线数字实时成像技 术是指用射线敏感器件代替胶片接收穿透射线并通过光学及电子线路以数字信号实时地显示图像的技术。目前应用的是基于射线图像增强器的工业电视系统和数字实 时成像系统。这种系统的缺点是只能用在低能 X射线源下(450kV以下 X射线源)使用，成像质量较差(透度灵敏度≥2%，空间分辨力≤20lp/cm)。基于闪烁体转换屏和科学级相机的慢扫描成像系统作者已研究了多年，并在 一定范围内得到了应用，光电系统是整个检测系统的重要和关键部分。

　　1 射线数字成像检测仪组成与主要技术要求

　　本文研究的射线数字成像检测仪是一种适用于高、低能 X射线(15MeV以下)和γ射线，成像质量好的数字成像仪。根据工作需要，对本检测仪的要求为： (1) 射线转换屏直径 D≥150mm;(2) 系统的最佳空间分辨力≥30lp/cm(标准射线分辨力检测卡检测); (3) 图像灰度等级≥10bit;(4) 传输距离≥25m;(5)系统的透度灵敏度≤2%(小焦点移动式 X射线源在 10mm 以上的钢和针式标准透度计)。

　　为了达到以上高质量成像的要求，作者研制了基于单晶闪烁体屏和科学级 CCD 相机的射线数字成像检测仪，如图1;转换屏的作用是把透过被检工件后的射线分布转换为携带了工件内部信息的可见光图像，45 度反射镜的目的是把可见光图像反射到 CCD 相机中，而透过转换屏的残余射线能够直线穿过反射镜，使其不能射到相机，避免射线对相机的损害和引起图像噪声(这一点已被实验证明)。

　　2 光电系统的设计

　　光电系统的任务是把闪烁体转换屏输出的图像变成数字图像，由于闪烁体转换后的图像属于微弱可见光图像，为了分辨图像的细节，采用高分辨力的科学级制冷CCD 相机对此图像进行长时间曝光成像。

　　2.1 转换屏的结构和光输出特性

　　综合考虑射线转换效率、价格、转换屏大小、是否潮解等方面的因素，转换屏采用CsI (Tl)单晶闪烁体，其主要结构如图2 所示。因为CsI (Tl)单晶闪烁体较软且易潮解，所以必须密封起来，为了图像清晰，采用能吸收光的黑色铝外壳进行保护和固定整个转换屏，光学玻璃把晶体保护起来，油层除 起密封作用外，还起折射率匹配液的作用，减小不同介质界面的反射，使更多的光能向前传递，抗反射膜的作用是起增透作用，减小光学玻璃-空气界面的反射，增 大输出光能。其光谱响应函数如图3 所示，由图可见，CsI (Tl)晶体的光谱范围接近人眼的光谱响应曲线。CsI (Tl)在常温范围内光输出性能较稳定，峰值波长为550nm 左右，光谱的主要范围是 400nm～700nm。