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        X射線實(shí)際應(yīng)用中相關(guān)介紹及分析

        2016-12-31 00:00:00姚磊
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2016年15期

        摘 要:文章主要是根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用原理來(lái)對(duì)X射線測(cè)厚系統(tǒng)的改進(jìn)使技術(shù)的研究。主要的工作是參照國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究,通過(guò)研究影響X射線測(cè)厚儀穩(wěn)定性與測(cè)量精度的各因素,并進(jìn)行全面具體的分析,然后根據(jù)分析得出一些可以提高X射線測(cè)厚儀測(cè)量精度與穩(wěn)定性的方法,從而對(duì)X射線測(cè)厚儀提出了一個(gè)較系統(tǒng)的改進(jìn)與維護(hù)方案,最后通過(guò)一定的測(cè)試測(cè)量與數(shù)據(jù)分析,得出改進(jìn)措施是合理有效的。

        關(guān)鍵詞:X射線;實(shí)際應(yīng)用;相關(guān)介紹

        要想得到高的X射線測(cè)量靈敏度,而且厚度又能確定,理論上所加偏壓KV應(yīng)該選擇盡可能的小。但考慮到統(tǒng)計(jì)噪聲的問(wèn)題,我們需要選擇的KV又需要盡可能大,由此我們?cè)诖_定偏壓KV時(shí)需要考慮的兩個(gè)問(wèn)題靈敏度以及統(tǒng)計(jì)噪聲就是一對(duì)矛盾的,因此在實(shí)際的情況中,我們對(duì)x測(cè)厚儀系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),所選定的用于測(cè)量特定厚度的KV是一種基于靈敏度和統(tǒng)計(jì)噪聲綜合考慮的折中選擇,所選的KV的值要使得兩者都能達(dá)到一定的要求。我們根據(jù)一定的厚度范圍就相應(yīng)的確定一個(gè)對(duì)應(yīng)的管電壓KV,這樣就能夠保證在一定的厚度范圍內(nèi)所使用的KV,是能夠滿足高靈敏度的要求,同時(shí)又可以滿足低統(tǒng)計(jì)噪聲的要求[1]。

        為了進(jìn)一步提高測(cè)量精度,我們將VSTD X射線測(cè)厚儀的1-5000 測(cè)厚范圍從原來(lái)的4段分成6個(gè)段,每個(gè)段對(duì)應(yīng)一定的KV,相比而言,可以更好地保證靈敏度和統(tǒng)計(jì)噪聲的較高要求。

        1 標(biāo)定曲線擬合方法的改進(jìn)

        伽馬射線是由原子核內(nèi)部釋放出來(lái)的不帶電的光子束流,其穿透力很強(qiáng)。如果輻射源的半衰期足夠長(zhǎng),在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光子束流量是一定的,也就是說(shuō),射線的輻射強(qiáng)度不變。當(dāng)伽馬射線通過(guò)被測(cè)的物體時(shí),被測(cè)物體自身吸收了一定的射線能量(能量被吸收的多寡取決于測(cè)量的目標(biāo)厚度,材料以及其他一些因素)。如果我們可以測(cè)出被吸收的射線強(qiáng)度,那么我們就計(jì)算出被測(cè)板帶材的厚度。

        射線強(qiáng)度的衰減與被測(cè)板帶材的厚度之間的關(guān)系可以表示為:

        I=I0e-?滋?籽h (1)

        其中:I,I0-伽馬線束穿過(guò)被測(cè)物體之前與之后的強(qiáng)度;μ-對(duì)應(yīng)于相應(yīng)材料的吸收系數(shù);h-被測(cè)物的實(shí)際厚度;ρ-被測(cè)物體的材質(zhì)密度[2]。

        γ射線測(cè)厚儀包括兩類,一類是穿透式測(cè)厚儀,另一類是反射式測(cè)厚儀,其中穿透式測(cè)厚儀是適合于現(xiàn)場(chǎng)的在線測(cè)量的,因此下面僅涉及穿透測(cè)量。

        X射線實(shí)際測(cè)量是利用穿透物質(zhì)時(shí),射線的強(qiáng)度與材料相互作用的關(guān)系,從而測(cè)量材料,是一種非連接式的變化量度儀器。它以軟件及硬件模塊為核心,采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并計(jì)算出來(lái)偏差值給后續(xù)控制系統(tǒng),達(dá)到要求厚度響應(yīng)。因此,X射線測(cè)厚儀的工作原理與伽瑪射線測(cè)厚儀的工作原理是近似相同,所不同的是放射源。γ射線測(cè)厚儀使用天然的放射性元素,而X-射線測(cè)厚儀則是人造X射線管作為射線源。X-射線測(cè)厚儀同γ射線測(cè)厚儀基本上是具有相同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。差別主要在于天然的比人工產(chǎn)生的具有更高的穩(wěn)定性,換言之,伽馬射線測(cè)厚儀是更加穩(wěn)定的射線源。而x射線的則可以在關(guān)閉電源的情況下停止產(chǎn)生,但再次開(kāi)始約20分鐘的穩(wěn)定期,然后才可以進(jìn)行有效的測(cè)量。

        當(dāng)x射線穿越物質(zhì)時(shí),由于物質(zhì)會(huì)對(duì)x射線產(chǎn)生出一系列吸收及散射作用,其能量會(huì)因材料阻擋而逐漸產(chǎn)生衰減,該能量的大小取決于相關(guān)該射線波長(zhǎng),物質(zhì)的寬度以及物質(zhì)的組成成分息息相關(guān)。如果X射線的波長(zhǎng)、被測(cè)物的化學(xué)組份予以提前確定,那么該射線相關(guān)衰減量就與物質(zhì)的寬度呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系,便可以根據(jù)該條規(guī)律。射線衰減剩余能量與物質(zhì)寬度的關(guān)系可由式(2)來(lái)表示。

        I=I0e-?滋x (2)

        式中,為射線被衰減后能量;射線未被衰減能量;為衰減系數(shù);X為物質(zhì)的寬度。上式經(jīng)演算后可得式(3)。

        x=■(3)

        由式(3)可知,若是常數(shù),則射線與該因素關(guān)系。對(duì)于地球元素接近常數(shù),但對(duì)于相關(guān)射線而言,隨寬度的變遷而變遷[3]。這是因?yàn)檫B續(xù)光譜,在與物質(zhì)材料作用,隨著穿透物質(zhì)寬度的增大,其低能光量子迅速被吸取,高能級(jí)量子迅速增加,輻射強(qiáng)度也會(huì)增加,那么我們可以假設(shè):

        μ=f(x)=a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4 (4)

        把式(4)代入式(3)后得:

        1nI=b0+b1x+b2x2+b3x3+b4x4+b5x5(5)

        由式(5)可知,只要求出相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣的值及粒子束強(qiáng)度值,就可以算出寬度X值。由于從相關(guān)儀器傳聲的電流信號(hào)與衰變強(qiáng)度成比例,而儀器電流信號(hào)又與經(jīng)處電子電路板處理后的相關(guān)電壓信號(hào)呈現(xiàn)出比例,式(6)可改寫(xiě)為:

        1nV=c0+c1x+c2x2+c3x3+c4x4+c5x5(6)

        由此我們可以根據(jù)有規(guī)則擬合出矩陣C的值,測(cè)量時(shí)根據(jù)儀器所得出的電壓值V求出射線所透過(guò)物質(zhì)的寬度X[4]。X與lnV關(guān)系屬于高階方程,由V求解X需要利用計(jì)算機(jī)編寫(xiě)遞歸算法而得出。

        參考文獻(xiàn)

        [1]孫磊,彭雪蓮.一種超聲測(cè)厚儀B型掃描顯示方法及其超聲測(cè)厚儀[P].CN101210807 2008-07-02.北京三友知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司.

        [2]EBERLINE RADIOMETRIE,Non-Contact Instantaneous Strip Profi

        le Gauge,ENGLAND.

        [3]楊建華,劉文琦,郎華威.同位素測(cè)厚儀的合金曲線標(biāo)定方法的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2004(S1):737-738.

        [4]張克敏,王世耕.測(cè)厚儀在板帶軋制中的應(yīng)用[J].中國(guó)儀器儀表,2006(7):60-62.

        作者簡(jiǎn)介:姚磊(1985,11-),男,山東省濟(jì)寧市,現(xiàn)職稱:助理工程師,學(xué)歷:碩士研究生,研究方向:放射性環(huán)境監(jiān)測(cè)。

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