X、γ 射线探伤机检定装置的技术改造

叶东胜 唐方东 何林锋 陈建新/上海市计量测试技术研究院

随着X、γ射线探伤机技术的发展，为适应检定、校准工作的要求，需对X、γ射线探伤机检定装置进行技术改造，更新标准器及配套设备，扩大测量范围，减小装置的测量不确定度，提高测量结果的准确性和工作效率，有效保障检定人员的辐射安全。技术改造后的检定装置满足国家计量检定规程对计量标准的技术要求，达到预期的目标。

0 引言

X、γ射线探伤机是最常用的无损检测仪器，能探测金属内部结构，与其他的探伤设备（如超声、磁粉探伤机）相比具有分辨率高、结果可靠等特点，广泛应用于造船、桥梁、钢结构、压力容器、轮胎橡胶、汽车制造、航天等领域，是相关行业必不可少的质量检验和控制手段。同时X、γ射线探伤机又是射线装置，其量值的准确与否、性能的好坏既影响到探伤能力以及探伤结果的准确判断，又与辐射安全密切相关。

近年来，随着科学技术的迅猛发展和各相关行业对无损检测要求的不断提升，X、γ射线探伤机的类型、品种和技术性能也在快速发展和提高，探伤检测材料的品种增多， X射线探伤的能量范围扩大，控制及信号处理数字化、自动化趋势明显，实时成像技术发展很快。

1 检定装置的组成与工作原理

X、γ射线探伤机检定装置主要由电离室剂量计、辐射角自动扫描仪、钢试块、像质计、辐射防护用X、γ辐射剂量当量（率）仪、黑度计、胶片冲洗设备等组成。

X射线探伤机检定的主要项目有射线输出量、辐射圆锥角、穿透力、分辨率、开机漏射线等。γ射线探伤机检定的主要项目有等效活度、重复性、辐射场均匀性、透照灵敏度等。

电离室剂量计测量X或γ射线的原理：X或γ光子在电离室中与空气分子作用产生离子对，正负离子在高压电场中分别向两极漂移，在电离室的收集极产生的电离电流经放大、转换处理，即可得到空气比释动能（率）。

检定装置用电离室剂量计以辐射量测量的方式检定探伤机的射线输出量、辐射圆锥角、等效活度、辐射场均匀性，用钢试块、像质计以拍片的方式检定探伤机的穿透力、分辨率、透照灵敏度。

2 检定装置的技术改造

2.1 电离室剂量计和辐射圆锥角自动测量系统

JC-ⅢA型X射线探伤机检定装置由电离室剂量计和辐射角自动扫描仪组成，用于测量X、γ射线探伤机射线输出剂量（空气比释动能率）、输出量重复性，以自动扫描方式测量辐射圆锥角、射线束中心处的辐射场剂量分布等。

技术指标：

能量范围(60 kV～1.3 MeV)，空气比释动能率测量范围 (10-4～10)Gy；

电离室定位的偏差＜ 1.0 mm，扫描范围为550 mm。

JC-ⅢA型X射线探伤机检定装置中的电离室剂量计的检定结果如下：

（1）（60 ～ 250）kV 中对 X 射线的校准因子（表1）

表1 电离室剂量计对X射线的校准因子

（2）对60Coγ射线的校准因子为Nk=0.994；

（3）电离室剂量计校准因子的相对扩展不确定度为Urei= 3.4% （k=2）；

（4）X能量响应为4.1%，X、γ能量响应为2.3%；

（5）分辨率＜0.2%，测量重复性＜0.1%，示值非线性＜0.1%。

检定结果满足检定规程JJG 40-2001《X射线探伤机》和JJG933-1998《γ射线探伤机》中对检定设备中剂量计校准因子不确定度不大于5%（k=2）的技术要求。

辐射角自动扫描仪的校准结果表明，全长示值误差为-0.1 mm（U= 0.1 mm，k=2），满足检定规程JJG 40-2001对检定设备定位误差应小于1 mm的技术要求。

2.2 漏射线测量装置

漏射线测量时射线探伤机处于工作状态，检定人员不能接近射线测量仪直接读数，为此配置HMX10C摄像机，可对测量仪器实时录像，测量完成后由录制的画面进行读数。

漏射线测量选用AT6130型X、γ辐射剂量当量率仪，兼具X、γ辐射测量与报警功能，可满足各种类型X射线探伤机的漏射线检测，亦可用作探伤机检定人员的个人剂量监测仪， 技术指标：

测量范围（X 和 γ）0.1μSv/h ～10 mSv/h；能量范围20 keV～3 MeV。检定结果：

相对固有误差± 20 %；

校准因子的相对扩展不确定度Urei= 6.5 （k=2）。

检定结果满足检定规程JJG 40-2001中检定设备X射线防护水平剂量率计的技术要求。

2.3 恒温洗片水箱装置

显影液的温度直接影响底片的黑度值，如在相同的照射条件下，30 ℃以上水温中，显影3 min所显示的底片黑度值，与在10 ℃水温中显影15 min的底片黑度值相近。为保证穿透力测量结果的准确性，配置2010型恒温洗片机，具有显影液制冷及加热控制、定影液加热控制、清洗水箱自动进水及排水和定时提醒等功能，用于胶片冲洗处理，利于消除洗片过程中温度对胶片黑度的影响。

3 重复性与稳定性的考核

3.1 电离室剂量计

连续60 d，每7 d 1次用90Sr检验源对新的电离室剂量计进行重复性与稳定性考核。电离室剂量计对90Sr检验源读测，10次读数的相对实验标准偏差即为测量重复性，每次测量的读数平均值与初次测量读数平均值的相对偏差的最大值为该电离室剂量计的稳定性，结果见表2。

表2 电离室剂量计重复性、稳定性测量

测量结果显示，电离室剂量计的重复性不大于 0.22%，长期稳定性为 0.70%。

3.2 X、γ辐射剂量当量率仪

连续60 d，每15 d 1次用60Co辐射源对AT6130型X、γ 辐射剂量当量率仪进行重复性与稳定性考核，方法同3.1，结果见表3。

表3 X、γ 辐射剂量当量率仪重复性、稳定性测量

结果显示，该X、γ辐射剂量当量率仪的重复性不大于1.1 %，长期稳定性为0.74 %。

4 技术改造后检定装置的不确定度

X、γ射线探伤机检定装置不确定度的主要来源为电离室剂量计校准因子测量结果的不确定度、电离室剂量计的重复性和稳定性、辐射角自动扫描仪示值误差测量结果的不确定度等。其中，标准器电离室剂量计校准因子测量结果的不确定度由上级计量标准出具的检定证书获得，重复性和稳定性通过实验方法得到，辐射角自动扫描仪示值误差的不确定度由其校准证书获得。各分量的标准不确定度汇总见表4。

表4 标准不确定度汇总

各分量相互独立不相关，以均方根合成，取包含因子k=2，得到X、γ射线探伤机检定装置的扩展不确定度为3.6%。

5 技术改造前后检定装置技术性能的比较

改造前后检定装置的技术性能如表5所示。

表5 技术改造前后装置技术性能

可见，经过技术改造，X、γ射线探伤机检定装置的测量方式和技术性能得到优化，测量范围得到扩展，测量结果的准确性和可靠性得到保证，工作效率得以显著提高。

6 结论

电离室剂量仪与辐射角自动扫描仪组合，用于射线探伤机输出量（空气比释动能）和辐射圆锥角的测量，可大大提高测量结果的准确性和工作效率；X、γ辐射防护监测仪具有X、γ辐射防护仪和个人监测仪的功能，与添置的摄像机配合使用，可保障检定人员的辐射安全； 经技术改造后，标准器及配套设备的测量重复性、稳定性良好，X、γ射线探伤机检定装置的测量范围和不确定度等技术指标显著提高，整套装置的技术改造达到预期的目标。

[1] 周迎春, 杨学泉, 李名兆.便携式工业X射线探伤机多功能检测装置[J].核标准计量与质量，2008（02）.

[2] 全国法制计量技术委员会.JJF1059-1999 [S].北京：中国计量出版社，1999.

[3] 全国电离辐射计量技术委员会.JJG40-2001 [S].北京：中国计量出版社， 2002.

[4] 全国电离辐射计量技术委员会.JJG933-1998 [S].北京：中国计量出版社，1998.