劉 順，華雄飛，陳 衡，羅 杰，李 明，蘇海敏

(中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司，蘇州 215021)

射線檢測(cè)技術(shù)是核電廠無損檢測(cè)的主要方法之一。核電廠射線檢測(cè)存在的主要問題有：傳統(tǒng)膠片成像技術(shù)占主導(dǎo)，檢測(cè)流程復(fù)雜，工作效率低；核電檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)保守，人員技能要求高；底片存儲(chǔ)量大，數(shù)字化程度低，不易遠(yuǎn)程共享與查閱；放射源使用安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，現(xiàn)場(chǎng)管控難度大；檢測(cè)設(shè)備長周期、大數(shù)據(jù)管理，數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)的迫切需要。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)平臺(tái)的迅猛發(fā)展，核電廠目前廣泛使用的傳統(tǒng)射線檢測(cè)技術(shù)迫切需要更新?lián)Q代和技術(shù)升級(jí)，射線檢測(cè)需要全面走向數(shù)字化、智能化、高效化。

1 現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)提升

射線檢測(cè)方法數(shù)字化轉(zhuǎn)變是核電廠射線檢測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于核安全文化的需要和被檢部件的特征，膠片技術(shù)與數(shù)字化成像技術(shù)相結(jié)合是現(xiàn)階段核電行業(yè)可選擇的代替?zhèn)鹘y(tǒng)膠片成像技術(shù)的理想方式。常見的數(shù)字射線成像系統(tǒng)如圖1所示，傳統(tǒng)膠片技術(shù)、CR(計(jì)算機(jī)輔助成像檢測(cè))/DDA(數(shù)字探測(cè)器陣列檢測(cè))技術(shù)及CT(計(jì)算機(jī)斷層掃描)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示[1-5]。

圖1 數(shù)字射線成像系統(tǒng)實(shí)物

表1 傳統(tǒng)膠片技術(shù)、CR/DDA技術(shù)及CT技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

1.1 數(shù)據(jù)采集裝置研究與開發(fā)

核電廠射線檢測(cè)環(huán)境復(fù)雜、空間狹窄，數(shù)字射線成像系統(tǒng)所用數(shù)據(jù)采集裝置需滿足核電廠現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。DDA成像系統(tǒng)所用平板探測(cè)器的開發(fā)主要有：① 像素尺寸精細(xì)化；② 適用于γ射線平板探測(cè)器的開發(fā)；③ 管道自動(dòng)射線檢測(cè)工裝的開發(fā)。CR成像系統(tǒng)所用IP板的開發(fā)主要有：① 像素尺寸細(xì)化、信噪比提升；② IP板規(guī)格尺寸多樣化；③ 柔性類似膠片，分辨率提升。數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置如圖2所示。

圖2 數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置

其中,配套Ir192γ射線源的DDA成像系統(tǒng)可適合于核電廠現(xiàn)場(chǎng)管道焊縫和閥門鑄件等部件的檢測(cè)，能滿足厚度大于10 mm的碳鋼檢測(cè)要求，但不適用于穿透厚度10 mm以下的鋼制類部件，對(duì)于大壁厚部件的檢測(cè)靈敏度還達(dá)不到膠片水平，如壁厚大于60 mm的鋼制焊縫。

1.2 冷陰極X射線成像技術(shù)

“冷陰極” 是指電子管中不用加熱的方式而發(fā)射電子的陰極，常利用高導(dǎo)電率的場(chǎng)發(fā)射優(yōu)良材料(碳納米)作為冷陰極來制作冷陰極X射線管。冷陰極X射線機(jī)的核心部件是利用尖端放電原理所研制的針葉樹型碳納米結(jié)構(gòu)冷陰極管，冷陰極X射線機(jī)與常用熱陰極X射線機(jī)的性能對(duì)比如表2所示，冷陰極X射線機(jī)實(shí)物如圖3所示。

冷陰極X射線數(shù)字成像系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：焦點(diǎn)尺寸小(1mm)，可明顯提升射線檢測(cè)靈敏度；適用于小壁厚工件，可彌補(bǔ)Ir192源透照厚度的下限(鋼制焊縫厚度小于10 mm )；環(huán)境劑量小，可顯著降低人員誤照射的幾率，在155 kV電壓測(cè)試的情況下，冷陰極射線發(fā)射端正對(duì)面6 m處測(cè)得的劑量率為1.34 μSv·h-1，環(huán)境劑量率變化如圖4所示，滿足核電站對(duì)射線探傷中劑量邊界小于2.5 μSv·h-1的要求，冷陰極數(shù)字射線成像技術(shù)使用中的邊界范圍可大幅度縮小，已可實(shí)現(xiàn)白天探傷和交叉作業(yè)。

表2 冷陰極X射線機(jī)與常用熱陰極X射線機(jī)的性能對(duì)比

圖3 冷陰極X射線機(jī)實(shí)物

圖4 冷陰極X射線檢測(cè)中環(huán)境劑量的測(cè)試示意

1.3 管道數(shù)字化自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

集成管道自動(dòng)爬行裝置和γ射線源的DR檢測(cè)系統(tǒng)，可滿足不同規(guī)格管道射線數(shù)字成像檢驗(yàn)的任務(wù)，獲得的數(shù)字圖像可實(shí)現(xiàn)無漏檢自動(dòng)拼接，設(shè)備體積小、整體重量輕、操作靈活。管道半CT掃描成像技術(shù)可實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)，基于斷層掃描可精確檢測(cè)缺陷形貌；分辨率和對(duì)比度高，對(duì)被檢部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸可完成精密無損測(cè)量；通過立體測(cè)量缺陷尺寸，能準(zhǔn)確判定缺陷的類型。管道數(shù)字化自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是核電廠射線檢測(cè)向數(shù)字化、智能化、高效化轉(zhuǎn)變的必要途徑。管道數(shù)字化自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)裝置實(shí)物圖片如圖5所示。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 射線底片數(shù)字化處理

核電廠底片數(shù)字化處理技術(shù)建設(shè)的需要主要體現(xiàn)在以下方面：群廠底片數(shù)據(jù)信息整合；數(shù)字化存儲(chǔ)與管理；遠(yuǎn)程查閱與云平臺(tái)資源共享；核安全文化建設(shè)需求等。底片數(shù)字化基本處理技術(shù)(見圖6)主要包括底片疊加與搓片、底片拼接、缺陷與字碼自動(dòng)識(shí)別等，主要實(shí)現(xiàn)的功能有：底片的自動(dòng)疊加和搓片微調(diào)，使缺陷輪廓明顯，便于評(píng)定；數(shù)字化底片的無縫拼接，滿足底片整體評(píng)定低漏檢率的要求；自動(dòng)標(biāo)記缺陷位置，輔助評(píng)定；字碼的獲取與識(shí)別，以及底片的智能歸類存儲(chǔ)，便于后續(xù)底片的檢索與對(duì)比。

圖5 數(shù)字射線成像系統(tǒng)采集裝置實(shí)物圖片

圖6 底片數(shù)字化基本處理技術(shù)

底片數(shù)字化建模查重技術(shù)是基于底片數(shù)字化基本處理技術(shù)，對(duì)底片數(shù)字化后圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)提取和建模，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)底片查重的功能，如圖7所示。依據(jù)黑度漲落實(shí)現(xiàn)2D-3D的轉(zhuǎn)換，將缺陷處的信號(hào)進(jìn)行歸納建模，選取基準(zhǔn)黑度，分析噪聲并進(jìn)行去噪處理。根據(jù)三維模型，進(jìn)行黑度數(shù)據(jù)漲落和缺陷輸出信號(hào)轉(zhuǎn)變的對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)三維模型的查重功能。

圖7 底片數(shù)字化建模查重技術(shù)實(shí)現(xiàn)路徑

2.2 數(shù)字成像與分析軟件開發(fā)

數(shù)字成像軟件系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)采集與圖像分析兩大部分。采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀D像分析軟件中，可通過軟件處理來調(diào)整窗寬-窗位，增強(qiáng)局部像質(zhì)。信噪比和空間分辨率是表征數(shù)字圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，信噪比測(cè)量決定了成像系統(tǒng)對(duì)缺陷的檢出能力；空間分辨率決定了細(xì)小缺陷的區(qū)分能力，其可用雙絲像質(zhì)計(jì)來測(cè)量。圖像分析軟件必須具備信噪比和空間分辨率的分析測(cè)量能力，同時(shí)尺寸測(cè)量是輔助評(píng)定的重要功能。軟件具有的缺陷識(shí)別功能可實(shí)現(xiàn)缺陷的自動(dòng)標(biāo)記、放大、篩查、甄別及輔助評(píng)定；降噪處理技術(shù)可增強(qiáng)缺陷的識(shí)別能力；水印功能可對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行標(biāo)識(shí)區(qū)分、智能歸類與存儲(chǔ)。數(shù)字成像軟件系統(tǒng)功能如圖8所示。

圖8 數(shù)字成像軟件系統(tǒng)功能

2.3 射線檢查過程數(shù)據(jù)監(jiān)控與處理

圖9 射線數(shù)字化區(qū)域監(jiān)控與處理

傳統(tǒng)射線檢測(cè)中，對(duì)放射源的過程管控時(shí)有失效事件發(fā)生。而射線檢測(cè)數(shù)字化要求對(duì)放射源實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，基于監(jiān)管平臺(tái)的區(qū)域監(jiān)控系統(tǒng)(見圖9)，集現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域劑量、視頻監(jiān)測(cè)于一體，通過數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和交換，能對(duì)放射源進(jìn)行定位追蹤和異常狀態(tài)報(bào)警。即，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)放射源的使用、檢測(cè)區(qū)域劑量狀態(tài)、工作過程及異常等進(jìn)行信息化管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)信息化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化，提高監(jiān)測(cè)和決策的科學(xué)性。

3 設(shè)備長周期管理

核電廠射線檢測(cè)設(shè)備管理主要依靠臺(tái)賬和紙質(zhì)文件，設(shè)備狀態(tài)依靠人為記錄和跟蹤，長周期管理流程繁瑣，需要投入大量的人力和物力,同時(shí)設(shè)備狀態(tài)不易查詢跟蹤和監(jiān)督，易導(dǎo)致設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)缺乏針對(duì)性。因此，檢測(cè)設(shè)備信息管理平臺(tái)的開發(fā)與建設(shè)是解決這些問題的有效措施，某信息管理平臺(tái)的界面示例如圖10所示。

放射源信息管理能實(shí)現(xiàn)對(duì)放射源從采購、使用到報(bào)廢的全過程監(jiān)控，主要包括放射源新增管理、基本臺(tái)賬、運(yùn)行管理、統(tǒng)計(jì)分析、許可證管理、維護(hù)等多方面的數(shù)字化管控，即實(shí)現(xiàn)放射源從入場(chǎng)入庫、使用、運(yùn)輸交接、報(bào)廢、盤點(diǎn)等長周期的數(shù)字化管理。

圖10 檢測(cè)設(shè)備信息管理平臺(tái)界面示例

生產(chǎn)設(shè)備信息管理能實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的全流程管控，包括從立項(xiàng)、方案設(shè)計(jì)、制造、裝配調(diào)試、驗(yàn)收、移交、服役到退役的全過程和長周期管控，以保證生產(chǎn)設(shè)備的質(zhì)量。

設(shè)備全壽期管理能實(shí)現(xiàn)對(duì)使用中的設(shè)備從采購入庫、領(lǐng)用、維保與報(bào)廢的全過程管理，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行多方位、全壽期的管控，管控中通過操作日志信息、年度維保計(jì)劃、設(shè)備維保記錄、設(shè)備維修記錄、設(shè)備改造計(jì)劃、設(shè)備改造記錄等，保證設(shè)備長周期處于受控狀態(tài)，其全壽期管理模塊如圖11所示。

圖11 檢測(cè)設(shè)備全壽期管理模塊

4 結(jié)語

融合射線檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)提升、數(shù)字成像及分析軟件開發(fā)以及設(shè)備長周期管理于一體的綜合性射線數(shù)字化技術(shù)，對(duì)核電行業(yè)進(jìn)行綜合改進(jìn)和升級(jí)，可使射線檢測(cè)全面走向智能化、數(shù)字化、高效化，推動(dòng)核電行業(yè)射線數(shù)字化管理平臺(tái)的建設(shè)，其具體措施如下：

(1) 通過對(duì)數(shù)字射線成像技術(shù)的開發(fā)和優(yōu)化，大力推動(dòng)核電廠射線檢測(cè)由傳統(tǒng)膠片成像技術(shù)邁向數(shù)字射線成像技術(shù)；

(2) 通過數(shù)字成像及分析軟件開發(fā)，實(shí)現(xiàn)射線檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化處理和檢測(cè)過程的數(shù)據(jù)監(jiān)控，建設(shè)射線數(shù)字化大數(shù)據(jù)平臺(tái)；

(3) 通過檢測(cè)設(shè)備信息管理平臺(tái)的開發(fā)與建設(shè)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)設(shè)備的全壽期、長周期管理。