無(wú)損檢測(cè)用高能X射線源設(shè)備的現(xiàn)狀及進(jìn)展

無(wú)損檢測(cè)用高能X射線源設(shè)備的現(xiàn)狀及進(jìn)展High-energyX-raysourcedeviceforNDTofstatusandprogressinChina北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所郭彥斌BeijingResearchInstituteofAutomationforMachineryIndustry摘要：2005年,國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)在役直線加速器是國(guó)產(chǎn)的27臺(tái)，國(guó)外產(chǎn)的27臺(tái)。經(jīng)過(guò)5年多的時(shí)間，國(guó)內(nèi)加速器在役情況發(fā)生了大的變化，截至2010年底的不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)的在役加速器約為100臺(tái)，國(guó)外產(chǎn)的在役加速器不足10臺(tái)。我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)以磁控管為微波功率源的2、4、6、9MeV能量級(jí)別的駐波型加速器，20109月，以磁控管為微波功率源的12MeV工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用駐波電子直線加速器研制成功，標(biāo)志著我們已經(jīng)能夠檢測(cè)100mm--420mm厚鋼鐵。Abstract關(guān)鍵詞:高能X射線源；無(wú)損檢測(cè);駐波電子直線加速器;12MeVKeywords:High-energyX-raysource；Non-destructive-test（NDT）；Standingwaveelectronlinear;12MeV一、X射線源概述X-raysourceIntroduction1895年，德國(guó)物理學(xué)家威廉·康拉德·倫琴發(fā)現(xiàn)了X射線，被認(rèn)為是19世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)。在他技術(shù)突破的幾個(gè)月后，這種“新光線”被應(yīng)用于檢查骨折和確定槍傷中子彈的位置。雖然X射線最初是用于醫(yī)學(xué)，但該技術(shù)在20世紀(jì)初期就被應(yīng)用于鍋爐檢測(cè)了[1],這項(xiàng)技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了X射線工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，從此有了對(duì)焊接質(zhì)量進(jìn)行控制的可能性。在接下來(lái)的近一個(gè)世紀(jì)，作為射線源，也由最初的天然放射源，發(fā)展到人工制成的、有多種放射性核素（或同位素）的放射源，主要為γ輻射源。此外一批物理學(xué)家開(kāi)始研究出了產(chǎn)生X射線或中子的加速器裝置[2].。X射線應(yīng)用技術(shù)也得到不斷改進(jìn)，在工業(yè)無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由射線源發(fā)射的X射線穿過(guò)物體，然后通過(guò)膠片或熒光屏接收。從最初的膠片、發(fā)展到比膠片顯像處理速度快甚至實(shí)時(shí)的圖像增強(qiáng)器、以后的CR成像板，現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)數(shù)字平板接收器、線陣探測(cè)器等產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，為X射線工業(yè)無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)了勃勃生機(jī)。工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用X射線源裝置,主要有兩類,一類是低能的X射線機(jī)，又稱X光機(jī)、X射線發(fā)生器等,主要用于檢測(cè)厚度小于70mm的鋼（或等效鋼）。而檢測(cè)鋼的厚度超過(guò)小于100mm后，低能的X射線機(jī)就無(wú)能為力了，這就需要另一類的設(shè)備，也是本文所關(guān)注的高能X射線設(shè)備--加速器。早期的加速器主要是電子回旋加速器和電子感應(yīng)加速器等類型的加速器，目前在使用的加速器主要為電子感應(yīng)加速器和電子直線加速器；電子感應(yīng)加速器主要是便攜式感應(yīng)加速器，能量范圍在4-10MeV；劑量率較低，電子直線加速器能量范圍在2-15MeV，劑量率較高。表1便攜式感應(yīng)加速器主要技術(shù)參數(shù)[3]型號(hào)MB-4MB-5MB-6MB-7.5Krab最大能量(MeV)4567.510最大劑量率(R/min)133516焦點(diǎn)尺寸(mm)0.2x0.20.2x0.20.2x0.20.2x0.20.3x0.3檢測(cè)鋼鐵厚度(mm)150200250300350表2電子直線加速器主要技術(shù)參數(shù)[4]型號(hào)DZ-2/200DZ-4/500DZ-6/1000DZ-9/3000DZ-12/5500最大能量(MeV)246912最大劑量率(cGy/min)≥200≥500≥1000≥3000≥5500焦點(diǎn)尺寸(mm)<2<2<2<2<3檢測(cè)鋼鐵厚度(mm)40—20050—25050—28076—38076—420電子感應(yīng)加速器市場(chǎng)保有量較小，主要是無(wú)損檢測(cè)任務(wù)量不大的單位使用。國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)市場(chǎng)用戶最多的是電子直線加速器。以下是對(duì)國(guó)產(chǎn)直線加速器市場(chǎng)情況（集裝箱檢查除外Exceptforcargoinspection）的現(xiàn)狀簡(jiǎn)單分析及對(duì)未來(lái)的展望。二、國(guó)內(nèi)直線加速器市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀2005年有資料表明，國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)在役直線加速器是國(guó)產(chǎn)的27臺(tái)，國(guó)外產(chǎn)的27臺(tái)[5]。經(jīng)過(guò)5年多的時(shí)間，國(guó)內(nèi)加速器在役情況發(fā)生了大的變化，截至2010年底的不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)產(chǎn)的在役加速器約為100臺(tái)，國(guó)外產(chǎn)的在役加速器不足10臺(tái)。國(guó)外產(chǎn)的在役加速器大都是上世紀(jì)九十年代進(jìn)口的，已經(jīng)逐步進(jìn)入高故障期，由于國(guó)際貿(mào)易的限制造成維修和更換部件困難，不能滿足工業(yè)應(yīng)用，將逐漸被國(guó)產(chǎn)加速器替代。圖1國(guó)內(nèi)、外產(chǎn)的在役加速器數(shù)量對(duì)比圖2在役加速器能量分布圖圖3在役加速器用戶行業(yè)分布圖三、發(fā)展中的高能X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備裝備制造業(yè)是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供技術(shù)裝備的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是產(chǎn)業(yè)升級(jí)、技術(shù)進(jìn)步的重要保障和國(guó)家綜合實(shí)力的集中體現(xiàn)。高能X射線無(wú)損檢測(cè)裝備，是核電設(shè)備、水電和火電設(shè)備、加氫反應(yīng)器、煤化工容器、船用發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等設(shè)備中的大型鑄鍛件、基礎(chǔ)部件、焊件成形過(guò)程和加工過(guò)程制造工藝分析和質(zhì)量控制所必需的裝備。使用高能射線對(duì)這些特殊厚度工件進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，仍然是目前首選的關(guān)鍵裝備之一。此前，我們已經(jīng)能夠生產(chǎn)2、4、6、9MeV能量級(jí)別的駐波型加速器，以磁控管為微波功率源，20109月，以磁控管為微波功率源的12MeV工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用駐波電子直線加速器研制成功,標(biāo)志著我們已經(jīng)能夠檢測(cè)100mm--420mm厚的鋼鐵工件。從表3可看出，能量為9MeV的劑量率為3000cGy/mm.m；12MeV劑量率為5500cGy/mm.m，單比較劑量率，12MeV比9MeV提高了約83.3%，它可以大大節(jié)省射線照相的時(shí)間，提高工作效率。表3DZ-9/3000與DZ-12/5500技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表參數(shù)名稱加速器型號(hào)DZ-9/3000DZ-12/5500電子束能量（MeV）912X射線劑量率（cGy/min.m）≥3000≥5500焦點(diǎn)直徑（mm）<2<2X射線均勻度（%）>55@±7.5°>45@±6°X射線束不對(duì)稱性（%）<±5@±7.5°<±5@±6°檢測(cè)鋼鐵厚度（mm）76—38076—420靈敏度線性像質(zhì)計(jì)優(yōu)于1%優(yōu)于1%孔型像質(zhì)計(jì)ASTME-1421-2TASTME-1421-2T去年，我們已有3臺(tái)12MeV電子直線加速器交付用戶使用。四、X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備未來(lái)發(fā)展我國(guó)的高能X射線無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，高能X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備也在發(fā)展。短短十幾年的時(shí)間，國(guó)內(nèi)X射線無(wú)損檢測(cè)設(shè)備能量由2、4、6、9MeV，發(fā)展至12和15MeV，用戶行業(yè)分布也日趨平衡。行業(yè)需求促進(jìn)了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)發(fā)展也支持了行業(yè)需求。隨著工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對(duì)環(huán)境保護(hù)的新要求不斷地提高，一些以前無(wú)法生產(chǎn)制造的高效率、低排放、超臨界的大型設(shè)備，也逐漸問(wèn)世，同時(shí)也對(duì)無(wú)損檢測(cè)提出更高的要求。從市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，電子直線加速器向著高能高劑量發(fā)展有需求的支持；另外，向著低能便攜式發(fā)展也有一定的市場(chǎng)。參考文獻(xiàn)References[1]DirkDusharme,X-RayTechnologiesontheMove，《QualityDigestMagazine》.[2]VarianAssociatesInc.,‘High-EnergyX-rayApplicationforNondestructiveTesting’,California,1982．[3].[4]BeijingResearchI