無損檢測用高能X射線源設備的現狀及進展High-energyX-raysourcedeviceforNDTofstatusandprogressinChina北京機械工業自動化研究所郭彥斌BeijingResearchInstituteofAutomationforMachineryIndustry摘要：2005年,國內無損檢測在役直線加速器是國產的27臺，國外產的27臺。經過5年多的時間，國內加速器在役情況發生了大的變化，截至2010年底的不完全統計，國產的在役加速器約為100臺，國外產的在役加速器不足10臺。我們已經能夠生產以磁控管為微波功率源的2、4、6、9MeV能量級別的駐波型加速器，20109月，以磁控管為微波功率源的12MeV工業無損檢測用駐波電子直線加速器研制成功，標志著我們已經能夠檢測100mm--420mm厚鋼鐵。Abstract關鍵詞:高能X射線源；無損檢測;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，德國物理學家威廉·康拉德·倫琴發現了X射線，被認為是19世紀的重大發現。在他技術突破的幾個月后，這種“新光線”被應用于檢查骨折和確定槍傷中子彈的位置。雖然X射線最初是用于醫學，但該技術在20世紀初期就被應用于鍋爐檢測了[1],這項技術開創了X射線工業無損檢測領域，從此有了對焊接質量進行控制的可能性。在接下來的近一個世紀，作為射線源，也由最初的天然放射源，發展到人工制成的、有多種放射性核素（或同位素）的放射源，主要為γ輻射源。此外一批物理學家開始研究出了產生X射線或中子的加速器裝置[2].。X射線應用技術也得到不斷改進，在工業無損檢測領域得到了廣泛的應用，由射線源發射的X射線穿過物體，然后通過膠片或熒光屏接收。從最初的膠片、發展到比膠片顯像處理速度快甚至實時的圖像增強器、以后的CR成像板，現在的計算機數字平板接收器、線陣探測器等產品不斷涌現，為X射線工業無損檢測帶來了勃勃生機。工業無損檢測用X射線源裝置,主要有兩類,一類是低能的X射線機，又稱X光機、X射線發生器等,主要用于檢測厚度小于70mm的鋼（或等效鋼）。而檢測鋼的厚度超過小于100mm后，低能的X射線機就無能為力了，這就需要另一類的設備，也是本文所關注的高能X射線設備--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加速器和電子直線加速器；電子感應加速器主要是便攜式感應加速器，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便攜式感應加速器主要技術參數[3]型號MB-4MB-5MB-6MB-7.5Krab最大能量(MeV)4567.510最大劑量率(R/min)133516焦點尺寸(mm)0.2x0.20.2x0.20.2x0.20.2x0.20.3x0.3檢測鋼鐵厚度(mm)150200250300350表2電子直線加速器主要技術參數[4]型號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焦點尺寸(mm)<2<2<2<2<3檢測鋼鐵厚度(mm)40—20050—25050—28076—38076—420電子感應加速器市場保有量較小，主要是無損檢測任務量不大的單位使用。國內無損檢測市場用戶最多的是電子直線加速器。以下是對國產直線加速器市場情況（集裝箱檢查除外Exceptforcargoinspection）的現狀簡單分析及對未來的展望。二、國內直線加速器市場應用現狀2005年有資料表明，國內無損檢測在役直線加速器是國產的27臺，國外產的27臺[5]。經過5年多的時間，國內加速器在役情況發生了大的變化，截至2010年底的不完全統計，國產的在役加速器約為100臺，國外產的在役加速器不足10臺。國外產的在役加速器大都是上世紀九十年代進口的，已經逐步進入高故障期，由于國際貿易的限制造成維修和更換部件困難，不能滿足工業應用，將逐漸被國產加速器替代。圖1國內、外產的在役加速器數量對比圖2在役加速器能量分布圖圖3在役加速器用戶行業分布圖三、發展中的高能X射線無損檢測設備裝備制造業是為國民經濟各行業提供技術裝備的戰略性產業，是產業升級、技術進步的重要保障和國家綜合實力的集中體現。高能X射線無損檢測裝備，是核電設備、水電和火電設備、加氫反應器、煤化工容器、船用發動機曲軸等設備中的大型鑄鍛件、基礎部件、焊件成形過程和加工過程制造工藝分析和質量控制所必需的裝備。使用高能射線對這些特殊厚度工件進行無損檢測，仍然是目前首選的關鍵裝備之一。此前，我們已經能夠生產2、4、6、9MeV能量級別的駐波型加速器，以磁控管為微波功率源，20109月，以磁控管為微波功率源的12MeV工業無損檢測用駐波電子直線加速器研制成功,標志著我們已經能夠檢測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%，它可以大大節省射線照相的時間，提高工作效率。表3DZ-9/3000與DZ-12/5500技術指標對比表參數名稱加速器型號DZ-9/3000DZ-12/5500電子束能量（MeV）912X射線劑量率（cGy/min.m）≥3000≥5500焦點直徑（mm）<2<2X射線均勻度（%）>55@±7.5°>45@±6°X射線束不對稱性（%）<±5@±7.5°<±5@±6°檢測鋼鐵厚度（mm）76—38076—420靈敏度線性像質計優于1%優于1%孔型像質計ASTME-1421-2TASTME-1421-2T去年，我們已有3臺12MeV電子直線加速器交付用戶使用。四、X射線無損檢測設備未來發展我國的高能X射線無損檢測技術不斷發展，高能X射線無損檢測設備也在發展。短短十幾年的時間，國內X射線無損檢測設備能量由2、4、6、9MeV，發展至12和15MeV，用戶行業分布也日趨平衡。行業需求促進了無損檢測技術的發展，技術發展也支持了行業需求。隨著工業生產技術的不斷發展，人類對環境保護的新要求不斷地提高，一些以前無法生產制造的高效率、低排放、超臨界的大型設備，也逐漸問世，同時也對無損檢測提出更高的要求。從市場發展的趨勢來看，電子直線加速器向著高能高劑量發展有需求的支持；另外，向著低能便攜式發展也有一定的市場。參考文獻References[1]DirkDusharme,X-RayTechnologiesontheMove，《QualityDigestMagazine》.[2]VarianAssociatesInc.,‘High-EnergyX-rayApplicationforNondestructiveTesting’,California,1982．[3].[4]BeijingResearchI