X射線實際應(yīng)用中相關(guān)介紹及分析

摘 要：文章主要是根據(jù)X射線與物質(zhì)的相互作用原理來對X射線測厚系統(tǒng)的改進(jìn)使技術(shù)的研究。主要的工作是參照國內(nèi)相關(guān)廠家的設(shè)計制造經(jīng)驗，并結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)的研究，通過研究影響X射線測厚儀穩(wěn)定性與測量精度的各因素，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射線測厚儀測量精度與穩(wěn)定性的方法，從而對X射線測厚儀提出了一個較系統(tǒng)的改進(jìn)與維護(hù)方案，最后通過一定的測試測量與數(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；實際應(yīng)用；相關(guān)介紹

要想得到高的X射線測量靈敏度，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)計噪聲的問題，我們需要選擇的KV又需要盡可能大，由此我們在確定偏壓KV時需要考慮的兩個問題靈敏度以及統(tǒng)計噪聲就是一對矛盾的，因此在實際的情況中，我們對x測厚儀系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計時，所選定的用于測量特定厚度的KV是一種基于靈敏度和統(tǒng)計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)的確定一個對應(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，同時又可以滿足低統(tǒng)計噪聲的要求[1]。

為了進(jìn)一步提高測量精度，我們將VSTD X射線測厚儀的1-5000 測厚范圍從原來的4段分成6個段，每個段對應(yīng)一定的KV，相比而言，可以更好地保證靈敏度和統(tǒng)計噪聲的較高要求。

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)部釋放出來的不帶電的光子束流，其穿透力很強。如果輻射源的半衰期足夠長，在單位時間內(nèi)發(fā)出的光子束流量是一定的，也就是說，射線的輻射強度不變。當(dāng)伽馬射線通過被測的物體時，被測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量的目標(biāo)厚度，材料以及其他一些因素）。如果我們可以測出被吸收的射線強度，那么我們就計算出被測板帶材的厚度。

射線強度的衰減與被測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-伽馬線束穿過被測物體之前與之后的強度；μ-對應(yīng)于相應(yīng)材料的吸收系數(shù)；h-被測物的實際厚度；ρ-被測物體的材質(zhì)密度[2]。

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

X射線實際測量是利用穿透物質(zhì)時，射線的強度與材料相互作用的關(guān)系，從而測量材料，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，采集實時數(shù)據(jù)并計算出來偏差值給后續(xù)控制系統(tǒng)，達(dá)到要求厚度響應(yīng)。因此，X射線測厚儀的工作原理與伽瑪射線測厚儀的工作原理是近似相同，所不同的是放射源。γ射線測厚儀使用天然的放射性元素，而X-射線測厚儀則是人造X射線管作為射線源。X-射線測厚儀同γ射線測厚儀基本上是具有相同的優(yōu)點和缺點。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，但再次開始約20分鐘的穩(wěn)定期，然后才可以進(jìn)行有效的測量。

當(dāng)x射線穿越物質(zhì)時，由于物質(zhì)會對x射線產(chǎn)生出一系列吸收及散射作用，其能量會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，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、被測物的化學(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。對于地球元素接近常數(shù)，但對于相關(guān)射線而言，隨寬度的變遷而變遷[3]。這是因為連續(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，高能級量子迅速增加，輻射強度也會增加，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與衰變強度成比例，而儀器電流信號又與經(jīng)處電子電路板處理后的相關(guān)電壓信號呈現(xiàn)出比例，式（6）可改寫為：

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，測量時根據(jù)儀器所得出的電壓值V求出射線所透過物質(zhì)的寬度X[4]。X與lnV關(guān)系屬于高階方程，由V求解X需要利用計算機(jī)編寫遞歸算法而得出。

參考文獻(xiàn)

[1]孫磊，彭雪蓮.一種超聲測厚儀B型掃描顯示方法及其超聲測厚儀[P].CN101210807 2008-07-02.北京三友知識產(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.同位素測厚儀的合金曲線標(biāo)定方法的研究[J].儀器儀表學(xué)報，2004（S1）：737-738.

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

作者簡介：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。