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X射線檢測技術

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2016/3/22     瀏覽次數:    


  核心提示: 一、基本原理在X-Ray檢測的過程中, X-Ray穿過待檢樣品,然后在圖像探測器(現在大多使用X-Ray圖像增強器)上形成一個放大的X光圖。該圖像的質量主要由

      一、基本原理 在X-Ray檢測的過程中, X-Ray穿過待檢樣品,然后在圖像探測器(現在大多使用X-Ray圖像增強器)上形成一個放大的X光圖。該圖像的質量主要由分辨率及對比度決定。 成像系統的分辨率(清晰度) 決定于X射線源焦斑的大小、X光路的幾何放大率和探測器像素大小。微焦點X光管的焦斑可小到幾個微米。X光路的幾何放大率可達到10~2500倍,探測器像素可小到幾十微米。 成像系統的對比度決定于圖像探測器的探測效率、電子學系統的信噪比和合適的X射線能量。目前一般的X射線成像技術可以獲得好于1%的對比度。

      二、方法 X射線檢測的方法很多,以下簡要介紹三種:

      1. 當X射線照射到試樣上時,如果試樣內部存在納米尺寸的密度不均勻區,則會在入射束周圍的小角度區域內出現散射X射線,這種現象稱為X射線小角散射或小角X射線散射。根據電磁波散射的反比定律,相對于波長來說,散射體的有效尺寸越大則散射角越小。因此,廣角X射線衍射關系著原子尺度范圍內的物質結構,而小角X射線散射則相應于尺寸在零點幾納米至近百納米區域內電子密度的起伏。納米尺度的微粒子和孔洞均可產生小角散射現象。這樣,由散射圖形的分析,可以解析散射體粒子體系或多孔體系的結構。這種方式對樣品的適用范圍寬,不論是干態還是濕態都適用,無論是開孔還是閉孔都能檢測到。但須注意小角散射在趨向大角一側的強度分布往往都很弱,并且起伏很大。 小角散射也可用來測量多孔系統的孔隙尺寸分布。將平行的單能量X射線束或中子束打到樣品上并在小角度下散射,繪出散射強度I作為散射波矢量q的函數圖線。散射函數I(q)取決于樣品的內部結構,每種具有等尺寸球形孔隙作任意分布的多孔體都會產生一個特性函數。假定這樣一種簡單的模型,就可以得出孔隙半徑或孔隙尺寸的分布狀態。其中X射線可探測納米尺寸的孔隙,而中子束可檢測粗大得多的孔隙,直徑達到幾十個微米都行。但在各種情況下,這些方法也僅能用于微孔金屬體系。

      2. X射線層析攝像法 近些年來,X射線層析攝像技術已成為獲取多孔材料內部結構無損圖像的有力工具。該技術可很好的表征多孔體的顯微構造,被成功地應用于多孔結構及其變形模式的研究,這與X射線在該類材料中的低吸收有關。由于這種低吸收,X射線層析攝像法可用于對大塊的多孔材料進行研究,而致密材料則須切成小塊。這種方法的第二個優點就是可對多孔體的大變形實現無損成像,因而能夠觀測出多孔體在變形過程中所出現的重要屈曲、彎曲、或斷裂等現象。 射線照相法的缺點是大量信息投射在單一的平面上,而且當沿樣品厚度的微結構特征的數量很多時,所得圖像難以解釋這些信息。層析照相法則通過將大量的這種射線照片的信息結合在一起,從而彌補了這種不足。其中各輻射線照片取自位于探測器前面的樣品的不同方位。如果各射線照片之間的腳步足夠小,則可根據成套的射線照片來重新計算出樣品中各點的衰減系數值。這種重構可通過合適的軟件來實現。

  特點:X射線層析攝像技術可對微結構(可細至納米尺度)進行定量的無損檢測,空間分辨尺度可達10納米左右。

      3. X射線折射分析法 定量的二維X射線折射層析攝像技術可用來改進材料的無損檢測,如用于生物醫學陶瓷、工業陶瓷、高性能陶瓷、復合材料和其他異質材料。該方法基于來自微結構界面的X射線折射率差異而產生的X射線折射超小角散射探測技術,可直接檢測得出尺寸范圍在微米級至納米級范圍的內部表面數量和位置。折射強度正比于內表面密度,即式樣的表面積與單位體積之比率。它通過已知晶粒尺寸和堆積密度的均勻粉末來進行校準標核而確定。在對樣品做掃描時,每個分離的散射體即代表對應的局部積分界面性質。通過同時測定X射線的折射值和吸收值,可以分析出局部內表面和局部孔率兩者之間的波動關系。

      特點:本法對樣品中局部性小體積范圍內的X射線吸收和折射實現了一次性的同時檢測,所以能夠測出樣品內不同部位的孔率和內表面的密度,從而獲得孔率河內表面密度的空間分布圖像。此外,如果預先假定了孔隙的形狀(如球形),那么還可以計算出孔隙尺寸的空間分布狀態。X射線折射分析法既可檢測開孔,又可檢測閉孔,并且可以在不對孔隙形狀作任何假設的前提下直接測定多孔試樣的內表面密度。

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