[发明专利]一种正电子液灌注系统及灌注方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种通过正电子液灌注对零件复杂内腔结构进行三维成像的检测方法。

背景技术

早在1928年英国物理学家 Dirac P A M在研究电子的量子理论时预言电子有反电子，1932年美国物理学家Anderson C D在研究宇宙射线的云室照片中发现了正电子的存在，标志着人类开始研究正电子。后来人们注意到正电子湮没后产生的γ光子可以获得金属材料、半导体材料、非金属材料、凝聚态物质内部的电子结构、缺陷与相变等信息，这引起了世界范围内科学家、学者的关注，也是正电子湮没技术发展迅速的原因。后来，人们将正电子湮没技术推广到了化学、生物学以及医学等领域，但到目前为止，研究及技术成果仅限于生物医疗与材料微观缺陷领域，并未涉及到无损检测技术领域，更未涉及对零件复杂内腔结构缺陷及三维成像的研究。

目前有两种正电子产生方法，一种是通过回旋加速器或反应堆，利用核反应生成缺中子放射源，如²²Na，⁶⁴Cu，⁵⁸Co，¹⁸F，其原理如图1所示，例如在医疗领域被广泛采用的合成超短半衰期正电子显像剂，将某些有机物溶液经过回旋加速器反复加速后，生成半衰期为几分钟到几小时不等的各种医疗显像剂，如氟代脱氧葡萄糖、脂肪酸、蛋白质等溶液，这些正电子显像剂可以被特定的人体器官吸收，并呈现出吸收部位的病变情况，因此被广泛用于医疗行业。

另一种是采用PIPA（诱发正电子）方法，利用能量为数十兆电子伏的直线加速器产生高能γ射线，经过准直处理后直接打入材料内部，并与材料内部的原子核产生轫致辐射，再通过电子对效应产生正电子，其原理如图2所示。该方法可用于材料微小区域缺陷的检测，并结合正电子湮没谱学法分析材料内部晶格结构缺陷情况。

目前基于正电子湮没原理，已经运用的技术方法如下：

医学方面，上世纪80年代末期研制成了正电子发射计算机扫描仪（PET）。PET因具有灵敏度高、定位精准的特点，且能够在肿瘤和癌症病变区形态结构发生变化前发现病灶并进行疾病的诊断。其诊断机理是：利用正电子显像剂如葡萄糖、氨基酸、脂肪、核酸、配基或抗体等作为标记示踪物注入生物体并被吸收。正电子核素在衰变过程中发射正电子，正电子在生物体组织中运行很短的距离后，就会与生物体内的电子发生湮没辐射，产生一对能量相同（511keV）但方向相反的γ光子，PET采用符合探测技术，探测到这一对γ光子，得到人体内不同器官的核素分布信息，通过计算机三维图像重建得到人体内示踪剂的分布图像，从而反映机体组织功能和代谢信息，其成像如图3所示。

材料检测方面，当待测材料出现早期疲劳或微观结构缺陷时，表现在材料内部结构上就是材料晶格的变化，比如材料晶格中缺少一个或几个原子的缺陷，完整的原子点阵会出现正电荷空位，这种空位相应带有等效负电荷，从而该处空位的电子浓度较低，在空位处正电子势能更低，又由于库仑力的作用，正电子更容易在空位处被捕获，随后与负电子发生湮没，如图4所示。

目前，在工业零件无损检测领域中还未有基于正电子湮没理论的检测方法，通过正电子液灌注进行零件复杂内腔结构检测填补了工业零件无损检测技术的空白。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种正电子液灌注系统及灌注方法，基于正电子湮没原理，利用正电子液中的核素探针对零件复杂内腔结构及其内壁微缺陷进行三维成像。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种正电子液灌注系统，该系统包括待测零件、正电子液灌注管路系统；所述正电子液灌注管理系统包括正电子液灌入、灌出管路，其中，在正电子液灌入管路上依次连接过滤器、液压泵、线性调压阀、第一二位二通电磁阀以及三位四通换向阀；在正电子液灌出管路上依次连接第二二位二通电磁阀和三位四通换向阀；所述正电子液灌入、灌出管路共用一个三位四通换向阀，所述待测零件的待测部位为一密闭的腔体，正电子液灌入、灌出管路在经过三位四通换向阀后连接到待测零件的腔体内。

进一步的，该系统还包括正电子储液器，所述正电子储液器中储存正电子液，所述正电子液灌入、灌出管路的起始端伸入至正电子液内；所述正电子储液器内还设有液位仪，检测正电子液的储存量。

进一步的，该系统还包括压力表以及放射性核素活度计，所述压力表设置在正电子液灌入管路上，位于线性调压阀和第一二位二通电磁阀之间；所述放射性核素活度计设置在正电子液灌入管路上，位于三位四通换向阀之后。