钢铁工业在线X射线测量技术的应用

2013-02-25 08:55:17来源: 21ic
引言

自 1895 年德国科学家伦琴(Rőntgen)首先发现X 射线,通过对X 射线产生机理和与物质相互作用的深入研究,使X 射线技术广泛地应用于国防、工业、医疗、农业。人们还成功地利用X 实验技术成功地解析出DNA 的双螺旋结构。在钢铁工业上,尽管在线X 射线测量技术的应用起步较晚,但随着核技术军转民,半导体工艺、计算机等技术的快速发展,该类产品在上个世纪90 年代开始普遍应用在钢铁生产线上,并因其快速响应、高精度、无损测量等优点得到了越来越广泛的应用。

1 X 射线产生原理

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图1 X射线管结构图

图中:阴极丝在加热的情况下,会发射出热电子,在射线管的阴极和阳极之间施加高压,热电子在电场中被加速并撞击到阳极靶材料上,辐射出电磁波,产生的光谱为连续谱并存在着短波限(λmin),相当于电子所有能量都转换成X 射线,短波限与阳极材料无关。

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连续光谱的强度随热电子加速电压的平方成正比,与电流、阳极元素原子序数Z 成正比,转换成X 射线的效率与ZV 成正比。当管电压超过靶材料激发电势时,连续光谱上会叠加特征光谱,特征光谱的波长与靶材料有关。特征谱线的频率为:

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式中:R 为里德伯常数(R=109 737.3/cm);Z 为原子序数;在Ka 谱系中,σ=1,K=3/4。

由于产生的X 射线是连续谱,X 射线在穿过射线管窗口材料时,低能部分的射线及低能特征射线容易被吸收,能谱的谱线发生变化,如图2 和图3 所示。

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图2 X射线光管内部的能谱图

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图3 X射线光管外部的能谱

2 X 射线与放射性同位素的比较

2.1 X 射线测量技术的优点

2.1.1 测量精度和分辨率高,统计噪声低

无论射线源采用何种方式,射线的产生都是随机的,并服从统计分布,存在统计涨落,根据射线衰减公式newmaker.com,可以得到:

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式中:μ表示被测物质的吸收系数;τ表示探测器的响应时间;Ks 表示探测器特征系数;I 表示初级X 射线的强度;T 表示被测材料的厚度。

从式(4)可以知道,厚度的影响与射线的强度I 有关。对于同位素放射源其强度不能无限制地增加,射线源强度的增加会造成辐射防护难度的增加,电离辐射危险性增大,另一方面放射源本身存在自吸收效应,射线源强度越大,自吸收效应越大。而根据公式(2),增加X 射线管的高压和阴极丝电流就可快速地增加射线的强度,来达到降低噪声的目的,对于相同的噪声等级,X 射线源的响应速度也可以提高。
[1] [2]

关键字:钢铁工业  X射线测量技术  吸收系数

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2013/0225/article_6904.html
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