專利名稱：一種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種中子源和探測(cè)器在同側(cè)對(duì)厚材料的檢測(cè)，屬于射線無損檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中子用于無損檢測(cè)，主要根據(jù)入射中子同檢測(cè)材料作用后其出射中子注量、能量的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測(cè)。中子由于不帶電，主要同原子核作用，其同不同材料的反應(yīng)截面隨原子序數(shù)變化很不規(guī)則，如氫(H)、鋰(Li)、硼(B)等輕元素和少數(shù)重元素對(duì)中子有很大的反應(yīng)截面，大部分重元素對(duì)中子有較小的反應(yīng)截面。因此，中子作為無損檢測(cè)的工具可檢測(cè)輕元素物質(zhì)或被重元素物質(zhì)包裹著的輕元素物質(zhì)的存在和其中的缺陷，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天、軍工、核工業(yè)、建筑、考古學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等領(lǐng)域。目前，應(yīng)用較廣的中子無損檢測(cè)手段主要為中子照相和中子計(jì)檢測(cè)。中子照相是根據(jù)準(zhǔn)直中子束入射檢測(cè)材料后其衰減特性的不同獲得材料內(nèi)部特征或缺陷信息的二維圖像。由于該方法需要檢測(cè)準(zhǔn)直中子束的衰減特性，中子源和出射中子成像系統(tǒng)必須位于檢測(cè)樣品的兩側(cè)，這限制了該方法在特殊要求場(chǎng)合的使用和對(duì)厚樣品的檢測(cè)。中子計(jì)是根據(jù)檢測(cè)樣品對(duì)中子的減速特性，衰減特性或散射特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品整體參數(shù)的確定，如根據(jù)樣品材料對(duì)中子的慢化能力不同，快中子入射檢測(cè)材料，由從材料內(nèi)出射的熱中子或超熱中子的計(jì)數(shù)來判斷檢測(cè)樣品含有強(qiáng)中子慢化能力材料(通常為氫)的含量。中子計(jì)常用于測(cè)量樣品水分、含量、密度、孔隙度、厚度和料位等，不能夠?qū)Σ牧蟽?nèi)部缺陷的檢測(cè)和二維成像。中子計(jì)檢測(cè)所使用的中子源產(chǎn)額低，一般為同位素中子源，記錄裝置為中子計(jì)數(shù)管。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)厚樣品淺層缺陷的無損檢測(cè)，并對(duì)一些特殊的環(huán)境能夠提供中子源和成像系統(tǒng)在樣品同側(cè)的檢測(cè)。本發(fā)明的目的在于提出一種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)，其通過中子檢測(cè)樣品內(nèi)自熱化成像方法，不但能夠?qū)崿F(xiàn)上述需求，并且能夠利用產(chǎn)額較低中子源成像，便于工業(yè)應(yīng)用。本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為中子源發(fā)射快中子入射較厚的檢測(cè)樣品，要求樣品組成材料具備中子慢化能力，比如材料中富含H原子，快中子在檢測(cè)樣品內(nèi)慢化為熱中子，在樣品內(nèi)形成一個(gè)熱中子源。以該熱中子源發(fā)出的熱中子作為檢測(cè)射線，這樣既能夠利用快中子的穿透本領(lǐng)檢測(cè)較厚樣品，又能夠利用熱中子與材料的作用截面大和成像分辨率高實(shí)現(xiàn)高分辨率高反差靈敏度的檢測(cè)。因?yàn)闃悠穬?nèi)及缺陷處的熱中子接近各向同性分布，因此熱中子的成像使用小孔或編碼光闌配合成像系統(tǒng)。成像系統(tǒng)記錄的圖像經(jīng)處理后可以得到成像面上熱中子注量率的分布，對(duì)比沒有缺陷時(shí)的圖像便可以確定缺陷的大小和形狀從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。同時(shí)由于樣品內(nèi)熱中子接近各向同性發(fā)射，可以根據(jù)檢測(cè)區(qū)域的要求靈活布置成像系統(tǒng)，方便實(shí)際應(yīng)用。在滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)布局的要求下，最佳中子源入射樣品和成像系統(tǒng)的布局標(biāo)準(zhǔn)為樣品表層成像區(qū)域范圍內(nèi)熱中子注量率高，并且熱中子注量率在該區(qū)域各點(diǎn)差別不大。本發(fā)明的技術(shù)方案為—種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括一中子源、測(cè)試樣品放置裝置、成像裝置、圖像處理單元；所述中子源與所述成像裝置位于所述測(cè)試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測(cè)試樣品放置裝置相對(duì)的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌、位置靈敏探測(cè)器，所述光闌位于所述測(cè)試樣品放置裝置與所述位置靈敏探測(cè)器之間，所述位置靈敏探測(cè)器經(jīng)數(shù)據(jù)線與所述圖像處理單元連接。進(jìn)一步的，所述光闌為小孔光闌或編碼光闌。進(jìn)一步的，所述光闌的材料為具有對(duì)低能中子強(qiáng)吸收的材料。進(jìn)一步的，所述中子源為加速器中子源、或中子管中子源、或同位素中子源。進(jìn)一步的，所述成像系統(tǒng)為慢中子位置靈敏探測(cè)器。進(jìn)一步的，所述中子源的發(fā)射端外圍設(shè)置一開口的中子屏蔽罩。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)厚樣品高分辨率高反差靈敏度的無損檢測(cè)，成像系統(tǒng)位置靈活可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)單次照射大范圍檢測(cè)，并且方便實(shí)際應(yīng)用。


圖1自熱化成像采用小孔成像方式的檢測(cè)布局圖；圖2自熱化成像采用編碼成像方式的檢測(cè)布局圖；1-中子源裝置；2-中子屏蔽罩；3-測(cè)量樣品放置裝置；4-檢測(cè)樣品；5-小孔光闌； 6-熱中子位置靈敏探測(cè)器；7-計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)；8-編碼光闌。
具體實(shí)施例方式中子自熱化成像同現(xiàn)有中子檢測(cè)方法的最大不同在于能夠靈活布局中子源和成像系統(tǒng)的位置，下面結(jié)合圖1和圖2對(duì)具體實(shí)施方式
說明。圖1為采用小孔成像方式的自熱化成像布局圖。首先將測(cè)試樣品放置到測(cè)試樣品放置裝置上，中子源裝置與成像裝置分別置于樣品的兩側(cè)。中子源產(chǎn)生的快中子直接入射到檢測(cè)樣品內(nèi)，在樣品內(nèi)慢化擴(kuò)散，最終在樣品內(nèi)形成一個(gè)穩(wěn)定的熱中子分布。對(duì)存在缺陷的地方，由于缺陷處材料對(duì)中子的作用截面不同，因此致使該點(diǎn)的熱中子分布明顯不同于周圍熱中子分布。利用小孔成像方式配合成像系統(tǒng)獲得樣品表面的熱中子分布，從而根據(jù)分布是否存在較大變化來檢測(cè)缺陷。針對(duì)自熱化成像布局中的各部分裝置做以下說明。中子源根據(jù)檢測(cè)要求的不同可以選擇加速器中子源、中子管中子源和同位素中子源。中子源的選取標(biāo)準(zhǔn)為中子產(chǎn)額高，中子源裝置便于實(shí)現(xiàn)檢測(cè)環(huán)境的要求。小孔裝置的材料選擇對(duì)低能中子強(qiáng)吸收材料，如鎘、 釓。成像裝置可以使用各種類型的熱中子位置靈敏探測(cè)器。由于從中子源發(fā)出的快中子和從樣品慢化散射出來的快中子和超熱中子到達(dá)成像裝置造成干擾，必須采取屏蔽措施去除這部分中子產(chǎn)生的影響。具體方案可采取在中子源的發(fā)射端外圍設(shè)置一開口的中子屏蔽罩，中子屏蔽罩為含硼聚乙烯等中子屏蔽材料，屏蔽材料的放置應(yīng)在不影響樣品檢測(cè)區(qū)域發(fā)出的成像熱中子前提下，盡可能的屏蔽掉中子源發(fā)出中子和樣品上非成像區(qū)域發(fā)出中子通過小孔或編碼板到達(dá)成像系統(tǒng)。針對(duì)脈沖中子源可以采用能量選擇法成像，根據(jù)干擾中子和信號(hào)中子到達(dá)成像系統(tǒng)的時(shí)間不同，使成像系統(tǒng)不記錄特定時(shí)間內(nèi)達(dá)到的干擾中子，從而達(dá)到提高信噪比的目的。 圖2為自熱化成像采用編碼成像方式的檢測(cè)布局圖，首先將測(cè)試樣品放置到測(cè)試樣品放置裝置上，中子源裝置與成像裝置置于樣品的同一側(cè)，利用編碼光闌成像能夠提高成像面的中子注量率，但是其成像區(qū)域小，可以同小孔成像方式互補(bǔ)使用。編碼板的制作根據(jù)工藝和物理要求選用釓材料，可采用MURA等編碼方式，同樣需要屏蔽本底雜散中子，屏蔽措施和小孔成像時(shí)相同。編碼圖像經(jīng)過程序反解后就能夠獲得熱中子注量的分布，從而實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括一中子源、測(cè)試樣品放置裝置、成像裝置、 圖像處理單元；所述中子源與所述成像裝置位于所述測(cè)試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測(cè)試樣品放置裝置相對(duì)的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌、位置靈敏探測(cè)器，所述光闌位于所述測(cè)試樣品放置裝置與所述位置靈敏探測(cè)器之間，所述位置靈敏探測(cè)器經(jīng)數(shù)據(jù)線與所述圖像處理單元連接。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光闌為小孔光闌或編碼光闌。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述光闌的材料為具有對(duì)低能中子強(qiáng)吸收的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述中子源為加速器中子源。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述中子源為中子管中子源。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述中子源為同位素中子源。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述中子源的發(fā)射端外圍設(shè)置一開口的中子屏蔽罩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中子無損檢測(cè)系統(tǒng)，屬于射線無損檢測(cè)領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括一中子源、測(cè)試樣品放置裝置、成像裝置、圖像處理單元；所述中子源與所述成像裝置位于所述測(cè)試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測(cè)試樣品放置裝置相對(duì)的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌和熱中子位置靈敏探測(cè)器，所述光闌位于所述測(cè)試樣品放置裝置與所述熱中子位置靈敏探測(cè)器之間，所述熱中子位置靈敏探測(cè)器經(jīng)數(shù)據(jù)線與所述圖像處理單元連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)厚樣品高分辨率高反差靈敏度的無損檢測(cè)，成像系統(tǒng)位置靈活可調(diào)，能實(shí)現(xiàn)單次照射大范圍檢測(cè)，并且方便實(shí)際應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N23/05GK102419335SQ201010294769
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者唐國(guó)有, 李航, 溫偉偉, 鄒宇斌 申請(qǐng)人:北京大學(xué)