[发明专利]组合式射线无损检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种组合式射线无损检测方法及系统，特别涉及一种采用g射线源和X射线源，以及线阵探测器和面阵探测器，能以多种射线源-探测器组合方式对工件进行高精度DR/CT辐射成像检测的组合式射线无损检测方法及系统，属于射线无损检测技术领域，可应用于国防、航空航天、工业和科研等领域的精细无损检测。

 

背景技术

DR（Digital Radiography，数字辐射成像）和CT（Computed Tomography，计算机断层成像）技术是医学和工业领域常用的射线无损检测技术。现有的射线无损检测系统往往性能单一，主要针对某一类工件或缺陷进行检测，其性能指标如：反差灵敏度、空间分辨率、穿透能力和长期稳定性等，多是单项突出而难于兼顾。

根据所使用的射线源不同，射线无损检测系统分为高能系统和中低能系统。高能系统通常采用X射线加速器作为射线源，中低能系统通常采用X光机或放射性同位素作为射线源。对于不同的射线源，由于射线能量不同，强度不同，靶点尺寸不同，输出稳定性不同，造成所适用的检测工件厚度范围、缺陷分辨能力等检测指标也不同。另一方面，用于辐射成像的探测器也有多种，其探测效率、探测灵敏度、像素尺寸、成像速度、抗辐照性和环境适应性等各有不同。而且，探测性能跟入射射线能量也有很大关系，即使同一种探测器，对不同能量段的X/g射线，其信号响应特性也存在显著差别，对某一能量段的射线不适合，而对另一能量段则可能很理想。然而，现有技术中公开的射线无损检测系统存在一个共同的特点，就是通常只使用一种射线源和一种探测器，即：射线源只单独使用X光机、X射线加速器或g射线源中的一种，探测器只使用面阵探测器和线阵探测器中的一种，多个能量段与高稳定性难于同时获得， 不同类型探测器的优势难于充分发挥，缺陷分辨能力受限，难于获得宽能量范围的探测效果，其局限性和不足具体描述如下：

1、射线能量范围窄，适于检测的对象受到限制

一般来讲，射线能量越高，穿透能力越强，但更高的射线能量并不一定带来更高的检测精度。射线能量偏低，会导致穿透能力不足；射线能量过高，穿透能力增强，但是射线衰减过少，会降低成像系统的反差灵敏度，影响成像质量。对于不同大小的工件和工件内不同尺寸的缺陷，需要用不同能量的射线检测，或者说，对一定能量的射线，存在一个最佳厚度测量范围。例如，450kV X光机的最佳检测厚度约为2.3cm等效铁厚度，Co-60 g射线源的最佳检测厚度约为4.7cm等效铁厚度，15MeV X射线加速器的最佳检测厚度约为8cm等效铁厚度，等等。使用不同射线源的检测系统在其最佳检测厚度附近能获得最高的检测精度，检测效果最好，而偏离这个范围，其检测能力就会下降。因此，采用单个射线源的检测系统，受射线能量范围限制，其适于检测的对象范围较窄，缺陷分辨能力有限，这也是工业CT系统往往需要根据检测对象进行定制的重要原因。

2、不能综合利用不同类型射线源的优点最大限度提高检测能力

任何一种射线源用于辐射成像都有其优点，也有其不足，具体表现在：(i)X光机射线源焦点尺寸小，射线强度高，可以实现很高的空间分辨率，但是射线能量较低，能谱是连续谱，存在穿透能力不强和射线束硬化等问题，对于质量厚度较小的工件有很好的检测效果，而对于质量厚度较大、稳定性要求很高，和缺陷的尺寸需要精细定量检测的要求就难于满足；(ii)X射线加速器的射线能量高，强度大，可以穿透较厚的工件，但是靶点大，射线强度及能量的空间分布差异大，前冲性大，且X射线输出稳定性较差，能谱也是连续谱，同样存在射线束硬化问题，能检测质量厚度较大的工件，但空间分辨率、检测灵敏度和测量稳定性等都受到限制。另外，由于加速器的X射线束张角小，要检测较大尺寸的工件，检测系统占用的空间就较大，机械结构也很复杂，而且辐射防护要求也很高；(iii)g射线源，如Co-60，其射线强度以固定的半衰期逐渐减弱，在任意时刻都是确定且可计算出的，其强度的空间分布各向同性，其产生的g射线为1.17MeV和1.33MeV的单能g射线，基本不存在射线硬化问题，穿透能力较强，与4MeV加速器相当，而且特别适合检测工件在较长时期内质量厚度的微小变化，但也存在射线源靶点尺寸较大、射线强度较低的不足。这几种射线源中的任何一种单独使用都有其局限性，如果将它们结合使用，尤其是将例如Co-60 的g射线源与X光机结合使用，就能弥补各自的不足，使组合式检测系统能发挥出最大效能。

3、不能充分发挥各种探测器的优点，最大限度地提高检测能力