增感屏在9 MeV X射线CR检测中的应用

杨 明，林德峰，王 冬，薛 冰

(中国人民解放军96630部队， 北京 102206)

增感屏在9 MeV X射线CR检测中的应用

杨 明，林德峰，王 冬，薛 冰

(中国人民解放军96630部队， 北京 102206)

介绍了计算机射线照相技术(CR)和增感屏技术的原理。采用9 MeV直线加速器X射线源、iCR3600+系统和CR UR-1型IP板等，试验了透照不同厚度钢板时，增感屏对IP板成像的增感效果。得到了透照不同厚度钢板时灵敏度最高的增感屏厚度，以为工程应用提供参考。

CR系统；IP板；X射线照相；增感屏

1 CR技术

1.1 概述

CR技术是数字射线检测技术中一种较新的非胶片射线照相检测技术，是由IP板(Imaging Panel)取代胶片成为感光介质接收X射线并形成影像，再由IP板图像扫描器将其影像转换为电信号，并进行数字化图像处理的成像技术。

CR系统是由射线源、IP板、相应的扫描器或读取器和软件等构成的一个整体。其工作流程是：工件经X射线透照后，将信息记录在IP板上，经相应的扫描器或读取器读取后，再由计算机生成数字化图像，见图1[1-2]。

图1 CR图像扫描读出基本过程

1.2 IP板

IP板是X射线影像的接受体，准确地说是一个影像信息采集与信息形成的转换部件。IP板由保护层、荧光层、支持层和背衬层组成[3]，结构示意如图2所示，其具有保留潜在图像信息的能力。CR检测时，透过工件的X射线，在IP板表面产生沿二维分布的、与该点接受的X射线剂量成正比的俘获电子和空穴，X射线影像就以电子空穴分布的潜像形式存储起来；再用聚焦的激光光束对IP板表面作x-y行祯扫描，在激光束的激励下，俘获态电子和空穴将被释放出来，产生与该点的电子空穴密度成正比的荧光；荧光被逐点接收后，转变为有时序的电信号，再经放大和模/数变换转变为数字信号进入计算机作数字图像处理，最后在荧光屏上显示出X射线透射图像。

图2 IP板结构示意

1.3 IP板图像扫描器 IP板贮存的图像需要采用特殊的扫描器读出。IP板扫描读出器扫描IP板的基本过程如图1所示。IP板图像的扫描读出是采用一定尺寸的激光束，按照程序设定的方式扫描IP板，完成图像读出的。扫描激光束的尺寸按图像质量要求选择，经常选择100 μm或50 μm。在扫描时，激光激发IP板发射荧光，荧光经光导收集送入光电倍增器，转换成模拟电信号，再经A/D转换形成数字图像文件。数字图像文件贮存在计算机内存中，成为初始图像[3]。

2 增感屏

X射线照相底片的影像是由胶片乳剂层吸收射线产生光化学作用形成的。射线穿透能力极强，即使采用较厚的乳剂层和双面乳剂结构，也仅有1%左右的射线被胶片吸收，而其余99%的射线穿透胶片不能产生光化学反应，曝光效率很低。

2.1 增感效果

X射线照射金属可以发射电子，照射某些荧光物质可以发射荧光，电子和荧光都具有使胶片感光的作用。增感屏就是将金属箔或涂布荧光物质的薄板制成的屏。将增感屏与胶片紧贴在一起进行射线照相，利用增感屏在射线照射时发射的电子或荧光，对胶片产生附加的感光作用，增加影像采集器的感光量，达到缩短曝光时间、提高工作效率的目的。

2.2 抑制散射线 在工程实践中，X射线穿透工件时，由于光电效应、康普顿散射、电子对效应等原因，不可避免地会产生相对低能的散射线。増感屏一般由密度大的金属元素构成，如铅、铜等，其原子序数也较高，易吸收低能的散射线，减少了杂乱影像，提高了影像灵敏度。

随着工件厚度的变化，X射线穿透工件后形成的散射线的能量和强度曲线也在变化，因此増感屏的厚度也应该做相应调整。此次试验旨在找出透照几种特定厚度工件时増感屏与灵敏度之间的关系，以为工程应用提供参考。

3 试验参数和过程

3.1 试验参数 试验中加速器参数为：焦点2 mm，能量9 MeV，距射线束流中心±7.5°剂量分布的不对称性小于±5%，距射线束流中心±7.5°处的剂量率不低于射线束中心轴的55%。

iCR3600+系统扫描软件为TigerView8，扫描参数设置为：对比度为2，感测器像素为485 PPI，最大宽度为404 mm，激光功率为26 W，扫描线对为10 lp·mm-1。

感光介质为CR UR-1型IP板，尺寸为430 mm×350 mm，感光颗粒大小约为50 μm。

增感屏为铅制，厚度为0.5～2.0 mm，间隔0.1 mm，焦距为1.83 m。

3.2 试验过程

使用9 MeV加速器透照厚度为85,150,250,300 mm的钢板时，更换増感屏，每相邻的四种厚度的増感屏放置在一个暗盒中成为一组，共透照16组。由于暗盒内空间有限，部分试验中后增感屏厚度约为前增感屏厚度的0.5倍。

4 试验结果

4.1 透照85 mm厚的钢板的增感效果

如表1所示，透照85 mm厚的钢板，铅增感屏厚度前屏为2.0 mm、后屏为0.9 mm时，灵敏度达到最高，即8号丝可见,且9号丝可见5 cm。

表1 透照85 mm厚的钢板的增感效果

4.2 透照150 mm厚的钢板的增感效果 如表2所示，透照150 mm厚的钢板，铅增感屏前后屏均为1.7 mm时，灵敏度达到最高，即7号丝可见。

表2 透照150 mm厚的钢板的增感效果

4.3 透照250 mm厚的钢板的增感效果 如表3所示，透照250 mm厚的钢板，铅增感屏前后屏厚度为0.9 mm时，灵敏度达到最高，即7号丝可见。

表3 透照250 mm厚的钢板的增感效果

4.4 透照300 mm厚的钢板的增感效果 如表4所示，透照300 mm厚的钢板，铅增感屏厚度前屏为1.5 mm、后屏为0.8 mm和前后屏均为1.8 mm时，灵敏度达到最高，即6号丝可见。

表4 透照300 mm厚的钢板的增感效果

4.5 结果分析

由表1～表4可看出：

(1) 经过试验，找到了CR系统检测不同厚度钢板的增感效果，均达到了GJB 1187A-2001《射线检验》的B级要求。

(2) 随着透照工件厚度的增加，线型像质计灵敏度达到最高时，増感屏的厚度也在随之变化，总体呈现先增加、再减小和最后再增大的过程，如图3所示。

图3 工件厚度与増感屏厚度的关系曲线

5 结论

(1) 透照85 mm厚的钢板，铅增感屏厚度前屏为1.5 mm、后屏为0.9 mm时，灵敏度达到最高；透照150 mm厚的钢板时，铅增感屏前后屏均为1.7 mm时，灵敏度达到最高。透照这两种厚度工件时，所需増感屏厚度相差不大，可能的原因是9 MeV X射线在透照低厚度工件时相差不大；透照这两种厚度工件，灵敏度达到最高时所需増感屏的厚度较大，原因可能是9 MeV X射线透照低厚度工件时，形成的散射线较多，故需要相对较厚的増感屏来屏蔽散射线，从而得到较好的图像效果和较高的灵敏度。

(2) 透照250 mm厚的钢板，铅增感屏前后屏厚度为0.9 mm时，灵敏度达到最高。形成此现象的原因可能是9 MeV X射线透照此厚度工件时形成的散射线较少，因此不需要较厚的増感屏来屏蔽散射线，同时穿透工件后的一次射线较多，也不需要增强增感效果来提高灵敏度。

(3) 透照300 mm钢板，铅增感屏厚度前屏为1.5 mm、后屏为0.8 mm和前后屏均为1.8 mm时，灵敏度达到最高。形成此现象的原因可能是9 MeV X射线透照此厚度工件后，强度降低较多，而需要较厚的増感屏来增加一次穿透射线的增感效果，以使灵敏度得到提高。

[1] 郑世才. CR技术介绍[J]. 无损探伤, 2008, 32(5): 1-10.

[2] 马海全，李蓓，何有都，等.CR技术与胶片射线照相技术检测能力的对比[J].无损检测，2015，37(12):38-45.

[3] 杨明，王东，苏志军，等.计算机射线照相系统与工业胶片在9 MeV X射线照相中的性能对比[J].无损检测，2015，37(9)：42-45.

Application of Intensifying Screen in 9 MeV X-ray CR Detection

YANG Ming, LIN Defeng, WANG Dong, XUE Bing

(No.96630 Army of PLA, Beijing 102206, China)

This paper introduces the principle of the computer radiography technology and intensifying screen. Using 9 MeV X-ray accelerator system, iCR3600+ and CR UR-1 IP board, etc., the transillumination of steel plate with different thicknesses shows the imaging sensitization effect of the intensifying screen to IP board. Corresponding thicknesses of intensifying screen resulting in the highest sensitivity for steel plate of various thicknesses were obtained, which might provide useful reference for engineering applications.

CR system; image plate; X-ray radiography; intensifying screen

2016-09-21

杨 明(1980-)，男，本科，工程师，主要从事射线检测工作

杨 明，ym751170@163.com

10.11973/wsjc201706007

TG115.28

A

1000-6656(2017)06-0033-03