專利名稱：一種中子無損檢測系統(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系統(tǒng)，尤其涉及一種中子源和探測器在同側(cè)對厚材料的檢測，屬于射線無損檢測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
中子用于無損檢測，主要根據(jù)入射中子同檢測材料作用后其出射中子注量、能量的變化實現(xiàn)對材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)檢測。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)重元素對中子有很大的反應(yīng)截面，大部分重元素對中子有較小的反應(yīng)截面。因此，中子作為無損檢測的工具可檢測輕元素物質(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手段主要為中子照相和中子計檢測。中子照相是根據(jù)準(zhǔn)直中子束入射檢測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)必須位于檢測樣品的兩側(cè)，這限制了該方法在特殊要求場合的使用和對厚樣品的檢測。中子計是根據(jù)檢測樣品對中子的減速特性，衰減特性或散射特性來實現(xiàn)對樣品整體參數(shù)的確定，如根據(jù)樣品材料對中子的慢化能力不同，快中子入射檢測材料，由從材料內(nèi)出射的熱中子或超熱中子的計數(shù)來判斷檢測樣品含有強中子慢化能力材料(通常為氫)的含量。中子計常用于測量樣品水分、含量、密度、孔隙度、厚度和料位等，不能夠?qū)Σ牧蟽?nèi)部缺陷的檢測和二維成像。中子計檢測所使用的中子源產(chǎn)額低，一般為同位素中子源，記錄裝置為中子計數(shù)管。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)厚樣品淺層缺陷的無損檢測，并對一些特殊的環(huán)境能夠提供中子源和成像系統(tǒng)在樣品同側(cè)的檢測。本發(fā)明的目的在于提出一種中子無損檢測系統(tǒng)，其通過中子檢測樣品內(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，快中子在檢測樣品內(nèi)慢化為熱中子，在樣品內(nèi)形成一個熱中子源。以該熱中子源發(fā)出的熱中子作為檢測射線，這樣既能夠利用快中子的穿透本領(lǐng)檢測較厚樣品，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現(xiàn)高分辨率高反差靈敏度的檢測。因為樣品內(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，對比沒有缺陷時的圖像便可以確定缺陷的大小和形狀從而實現(xiàn)檢測。同時由于樣品內(nèi)熱中子接近各向同性發(fā)射，可以根據(jù)檢測區(qū)域的要求靈活布置成像系統(tǒng)，方便實際應(yīng)用。在滿足現(xiàn)場檢測布局的要求下，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)域各點差別不大。本發(fā)明的技術(shù)方案為—種中子無損檢測系統(tǒng)，其特征在于包括一中子源、測試樣品放置裝置、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試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測試樣品放置裝置相對的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌、位置靈敏探測器，所述光闌位于所述測試樣品放置裝置與所述位置靈敏探測器之間，所述位置靈敏探測器經(jīng)數(shù)據(jù)線與所述圖像處理單元連接。進一步的，所述光闌為小孔光闌或編碼光闌。進一步的，所述光闌的材料為具有對低能中子強吸收的材料。進一步的，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。進一步的，所述成像系統(tǒng)為慢中子位置靈敏探測器。進一步的，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)可以實現(xiàn)厚樣品高分辨率高反差靈敏度的無損檢測，成像系統(tǒng)位置靈活可調(diào)，能實現(xiàn)單次照射大范圍檢測，并且方便實際應(yīng)用。


圖1自熱化成像采用小孔成像方式的檢測布局圖；圖2自熱化成像采用編碼成像方式的檢測布局圖；1-中子源裝置；2-中子屏蔽罩；3-測量樣品放置裝置；4-檢測樣品；5-小孔光闌； 6-熱中子位置靈敏探測器；7-計算機處理系統(tǒng)；8-編碼光闌。
具體實施例方式中子自熱化成像同現(xiàn)有中子檢測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對具體實施方式
說明。圖1為采用小孔成像方式的自熱化成像布局圖。首先將測試樣品放置到測試樣品放置裝置上，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樣品內(nèi)，在樣品內(nèi)慢化擴散，最終在樣品內(nèi)形成一個穩(wěn)定的熱中子分布。對存在缺陷的地方，由于缺陷處材料對中子的作用截面不同，因此致使該點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缺陷。針對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，中子源裝置便于實現(xiàn)檢測環(huán)境的要求。小孔裝置的材料選擇對低能中子強吸收材料，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成像系統(tǒng)。針對脈沖中子源可以采用能量選擇法成像，根據(jù)干擾中子和信號中子到達成像系統(tǒng)的時間不同，使成像系統(tǒng)不記錄特定時間內(nèi)達到的干擾中子，從而達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布局圖，首先將測試樣品放置到測試樣品放置裝置上，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，從而實現(xiàn)缺陷檢測。
權(quán)利要求
1.一種中子無損檢測系統(tǒng)，其特征在于包括一中子源、測試樣品放置裝置、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試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測試樣品放置裝置相對的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌、位置靈敏探測器，所述光闌位于所述測試樣品放置裝置與所述位置靈敏探測器之間，所述位置靈敏探測器經(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低能中子強吸收的材料。
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系統(tǒng)，屬于射線無損檢測領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括一中子源、測試樣品放置裝置、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試樣品放置裝置的同一側(cè)或所述測試樣品放置裝置相對的兩側(cè)；其中所述成像裝置包括光闌和熱中子位置靈敏探測器，所述光闌位于所述測試樣品放置裝置與所述熱中子位置靈敏探測器之間，所述熱中子位置靈敏探測器經(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)明可以實現(xiàn)厚樣品高分辨率高反差靈敏度的無損檢測，成像系統(tǒng)位置靈活可調(diào)，能實現(xiàn)單次照射大范圍檢測，并且方便實際應(yīng)用。
文檔編號G01N23/05GK102419335SQ201010294769
公開日2012年4月18日 申請日期2010年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月28日
發(fā)明者唐國有, 李航, 溫偉偉, 鄒宇斌 申請人:北京大學(xué)