射线检测设备与器材

第二章射线检测设备与器材

（一）X射线机

一、X射线机的分类和发展

X射线按能量高低分为：

·普通X射线机――管电压≤500KV；

·高能X射线机――能量≥1Mev

1、普通X射线机的分类：

（1）按结构分

①携带式X射线机：

a管电压≤300KV 电流≤5mA

b结构简单，体积小、重量轻、适用高空和野外作业。

②移动式X射线机：

a管电压可达500KV 电流较大可达数十mA（通常有两个焦点，对应大、小两个管电流）

b结构复杂，体积和重量大、适用固定或半固定使用

（2）按使用性能分

①定向X射线机：

·400左右圆锥角定向辐射、适用定向单张拍片。

②周向X射线机：（平耙、锥耙）

·3600周向辐射、适用环焊缝周向曝光。管道爬行器。

（3）按绝缘介质分

·变压器油绝缘――主要在移动X射线机采用

（一般用25号变压器油，2.5mm标准间隙测试，耐压50KV）

·SF6气绝缘――主要在携带式X射线机采用

（4）按频率分

·工频（50－60Hz）――对应油绝缘X机

·变频（300－800 Hz）――对应气绝缘X机

·恒频（约200 Hz）――对应气绝缘X机

·穿透能力：恒频＞变频＞工频（同管电压、管电流）

2、携带式X射线机的技术进步

（1）机头小型化、轻量化

①用SF6

SF6的特点是：

a)重量很轻

b)绝缘性能好：绝缘强度为变压器油3－5倍，压缩气

体绝缘性能更好（机头内压力通常控制在0.34Mpa 3.5Kg/cm2以上），可有效缩小电器设备体积，

但放电会产生白色的有毒的低氟化物。 ②提高频率：

a)减轻高压包铁心重量 由

K-常数， E-感应电动势， f-频率， W-匝数，

B-磁通量，S －铁芯面积 , b) 提高X 射线的输出强度

单位时间内处于峰值电压的时间增多。 ③ 用金属陶瓷管，

阳极接地，管子尾部可伸到机筒外 a)减小机头尺寸

b)可安装风扇有利阳极冷却。

④局部衬铅

（2）提高自动化和可靠性（电脑操作系统） 3、高能X 射线机的分类

（1）电子感应加速器（交变脉冲电流、电磁铁和激磁线圈、环形真空管、电子枪、X 射线耙、真空泵） （2）电子直线加速器（磁控管－微波源、波导管、电子枪、X 射线耙、真空泵） （3）电子回旋加速器（高频交变电源、D 型盒、电子枪、

X 射线耙、真空泵）

二、X 射线管

1、X 射线管的分类：

（1）按外壳材料分为玻璃管和陶瓷管；

（2）按射线辐射角分为定向管、周向管（锥耙和平耙：平耙散热效果好，拍片时焊缝投影倾斜变形，纵

向裂纹可能漏捡。）

（3）按特殊使用性能分为微焦点管、棒阳极管、软X 射线管、脉冲X 射线管、 2、X 射线管的结构 （1）阴极：

①灯丝：作用――发射电子

材料――钨丝（发射效率高，不易损坏）

形状――园焦点（盘香形）；线焦点（螺管形） ②阴极头：作用――聚集电子

材料――铜

（2）阳极： ①阳极靶：

作用――接受高速电子的轰击，动能约1％转换为X 射线（η=K i ZV ），99％转化为热能。

1

f

材料――钨熔点高（33870C）原子序数大（Z=74）转换效率高，钼熔点（26000C）原子序数（Z=42）标识谱－软X射线

②阳极体：

作用――支撑靶面、传送靶上的热量。

材料――无氧铜（导热率高）

③阳极罩：

作用――吸收‘散乱射线’和‘二次电子’（轰击阳极靶产生）

材料――通常用钢、钨（提高吸收散乱射线效率），

如安装铍窗口（可透过更多的软X射线）

（3）阳极的冷却方式：

①辐射散热：阳极体尾部装散热片（或风扇）―――

用于携带式X射线机

②冲油冷却：阳极体为空腔←－循环油←―循环水――――用于移动式X射线机

③旋转阳极冷却：阳极高速旋转――增加了散热面（相当静止阳极靶的10倍电流）――用于大电流

医疗用X射线机（几百毫安）

（4）外壳

①作用――保持真空度10－6～10－7mmHg

(1.33×10－4 ～1.33×10－5Pa)

②材料――耐高温的石英玻璃

3、金属－陶瓷管

①机械性能好――抗震性强，不会破碎

②管内真空度高（10－8－10－9mmHg）――电性能好，寿命长（约为玻璃管的1.2倍）

③陶瓷绝缘性能好――管子尺寸小于玻璃管（250KV以上的X管）

④容易焊装铍窗口

4、X射线管的技术性能

（1）阴极特性：

·定义――灯丝温度与管电流（饱和电流密度）的关系

·特点――管电流随灯丝温度升高（发射电子的数量增多）而增大。

（2）阳极特性：

·定义――管电压与管电流的关系

·特点――由于X射线管工作在饱和区，因此要改变管电流只有改变灯丝的加热电流（即灯丝温度或灯丝两端的电压）

·结论――X射线管的管电压和管电流可以独立进行调节。（实际应用中提高管电压、管电流略升）（3）X射线管的管电压

·定义――指峰值电压（KVp ）表示 ·电工测量

0.707U U =

有效值峰值峰值＝ ·特点――穿透能力与管电压有近似直线关系 （4）X 射线管的焦点

·实际焦点――阳极靶被电子轰击的部分（焦点大，散热好；焦点小，几何不清析度高。）

·说明书描述的是有效焦点：（在计算几何不清析度时）

园焦点――直径；正方焦点――边长； 长方焦点――长×宽/2

·对斜靶X 射线机

正投影尺寸：a ,

=a ×sin α b 不变。

∴sin S S α

⨯有效焦点实际焦点＝ ·任意角度的焦点投影： 由 ∴

·有效焦点的大小可用针孔成像法测量 ∵ ∴有效焦点尺寸为

（5）辐射场强度的分布 ·阴极侧强度比阳极侧强，300

辐射角最强。 ·阴极侧软射线成分多，照相黑度和阳极侧差不多。 （6）X 射线管的真空度（10－6

－10－7mmHg ）

·定义――X 射线管工作时管内存在吸气和放气两个过程，达到平衡时决定X 管的真空度 ·真空度下降的原因――X 管阳极过热或长期不用的X 射线机。 ·训机目的――提高X 管真空度，稳定工作。

·X 射线管真空度测量：

α

α70

a

a

A

a b

灯丝

靶

a.sin α

b

b ()sin sin 18070a A

αα=

-+⎡⎤⎣⎦sin sin(110)

A a α

α=-X2

112

f

d L X L =11

212

f d L X L L =+2

2121

111f f L L X X d d L L ⎛⎫+=++ ⎪⎝⎭