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鋼鐵工業(yè)在線X射線測量技術的應用

作者: 時間:2013-02-25 來源:網絡 收藏
引言

自 1895 年德國科學家倫琴(R?ntgen)首先發(fā)現(xiàn)X 射線,通過對X 射線產生機理和與物質相互作用的深入研究,使X 射線技術廣泛地應用于國防、工業(yè)、醫(yī)療、農業(yè)。人們還成功地利用X 實驗技術成功地解析出DNA 的雙螺旋結構。在上,盡管在線X 射線測量技術的應用起步較晚,但隨著核技術軍轉民,半導體工藝、計算機等技術的快速發(fā)展,該類產品在上個世紀90 年代開始普遍應用在鋼鐵生產線上,并因其快速響應、高精度、無損測量等優(yōu)點得到了越來越廣泛的應用。

1 X 射線產生原理

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圖1 X射線管結構圖

圖中:陰極絲在加熱的情況下,會發(fā)射出熱電子,在射線管的陰極和陽極之間施加高壓,熱電子在電場中被加速并撞擊到陽極靶材料上,輻射出電磁波,產生的光譜為連續(xù)譜并存在著短波限(λmin),相當于電子所有能量都轉換成X 射線,短波限與陽極材料無關。

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連續(xù)光譜的強度隨熱電子加速電壓的平方成正比,與電流、陽極元素原子序數(shù)Z 成正比,轉換成X 射線的效率與ZV 成正比。當管電壓超過靶材料激發(fā)電勢時,連續(xù)光譜上會疊加特征光譜,特征光譜的波長與靶材料有關。特征譜線的頻率為:

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式中:R 為里德伯常數(shù)(R=109 737.3/cm);Z 為原子序數(shù);在Ka 譜系中,σ=1,K=3/4。

由于產生的X 射線是連續(xù)譜,X 射線在穿過射線管窗口材料時,低能部分的射線及低能特征射線容易被吸收,能譜的譜線發(fā)生變化,如圖2 和圖3 所示。

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圖2 X射線光管內部的能譜圖

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圖3 X射線光管外部的能譜

2 X 射線與放射性同位素的比較

2.1 X 射線測量技術的優(yōu)點

2.1.1 測量精度和分辨率高,統(tǒng)計噪聲低

無論射線源采用何種方式,射線的產生都是隨機的,并服從統(tǒng)計分布,存在統(tǒng)計漲落,根據(jù)射線衰減公式newmaker.com,可以得到:

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式中:μ表示被測物質的;τ表示探測器的響應時間;Ks 表示探測器特征系數(shù);I 表示初級X 射線的強度;T 表示被測材料的厚度。

從式(4)可以知道,厚度的影響與射線的強度I 有關。對于同位素放射源其強度不能無限制地增加,射線源強度的增加會造成輻射防護難度的增加,電離輻射危險性增大,另一方面放射源本身存在自吸收效應,射線源強度越大,自吸收效應越大。而根據(jù)公式(2),增加X 射線管的高壓和陰極絲電流就可快速地增加射線的強度,來達到降低噪聲的目的,對于相同的噪聲等級,X 射線源的響應速度也可以提高。

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