【正文】 1 無損檢測技術(shù) 的發(fā)展 鞠 清 龍 2 無損檢測技術(shù)的發(fā)展 無損檢測是“全領(lǐng)域技術(shù)”，全領(lǐng)域可以從兩方面理解，①它的技術(shù)基礎(chǔ)，②它的服務(wù)對象。所謂的無損檢測是指在一定的時間和空間條件下，采用物理學(xué)或化學(xué)的某些手段以不損及檢測對象、將來使用和使用可靠性的方式，對材料或制件或此兩者進(jìn)行缺陷檢測、幾何特性測量、化學(xué)成份、組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能變化的評定，并進(jìn)而就材料或制件對特定應(yīng)用的適用性進(jìn)行評價的一門學(xué)科。 一．無損檢測技術(shù)進(jìn)展 由于其全領(lǐng)域因而發(fā)展很快，從總的方向是從無 損探傷（ NDI）→無損檢測（ NDT）→無損評價（ NDE）→可靠性? ? 無損檢測技術(shù)進(jìn)展主要包括三個方面：首先，無損檢測技術(shù)正從一般的無損檢測向自動無損檢測和定量無損檢測發(fā)展，引入計算機(jī)和數(shù)字圖像處理技術(shù)進(jìn)行檢測和分析數(shù)據(jù)，以減少人為因素的影響，提高檢測可靠性；其次，是發(fā)展微觀缺陷檢測技術(shù)、在線檢測技術(shù)和在役檢測技術(shù)；第三，是開展無損檢測新原理、新方法、新技術(shù)的探索研究。 一） RT技術(shù) 發(fā) 展 1．射線檢測技術(shù)發(fā)展概述 從 20 世紀(jì) 20 年代射線照相檢驗技術(shù)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用以來，射線檢測技術(shù)的發(fā)展已有近九十年的歷 史。到現(xiàn)在，在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域已形成了比較完整的射線無損檢測技術(shù)系統(tǒng)，它由三大部分技術(shù)組成： (1) 射線照相技術(shù) (Radiography)，包括膠片射線照相技術(shù)和 CR 技術(shù)； (2) 射線實時成像技術(shù) (Radioscopy)，主要技術(shù)系統(tǒng)三種，即由圖像增強(qiáng)器、平板探測器、線陣探測器構(gòu)成的射線實時成像檢測技術(shù)系統(tǒng)，此外還存在研究特殊的掃描源射線實時成像檢測技術(shù)系統(tǒng)和微焦點實時成像檢測技術(shù)系統(tǒng)； (3) 射線層析成像技術(shù) (Tomography)，主要技術(shù)是 CT 技術(shù)、康普頓散射成像技術(shù)。 近些年來持續(xù)關(guān)注的技術(shù)方面是數(shù)字射線 RT 技術(shù) (主要是研究新的射線探測器或改進(jìn)探測器性能 )、中子 RT 技術(shù)、 CR 技術(shù)、 CT 技術(shù)等，出現(xiàn)的主要的新的研究論題是 PCRT 技術(shù) (Phase contrast radiography)、雙能射線檢測技術(shù) (Dual－ energy Radiography)、 T 射線檢測技術(shù)和一些新的方法等。 簡單概括九十多年的研究情況，主要研究內(nèi)容大體可以分為四類：物理原理與技術(shù)理論 —— 基礎(chǔ)性重大問題；檢測系統(tǒng) —— 原理、技術(shù)實現(xiàn)和發(fā)展的關(guān)鍵問題之一；檢測技術(shù) —— 原理實現(xiàn)的重要問題； 應(yīng)用技術(shù) (工藝 )—— 般性應(yīng)用技術(shù)。 在射線檢測技術(shù)的發(fā)展中，一個值得注意的情況是，許多新的射線檢測技術(shù)是從其他領(lǐng)域 (特別是醫(yī)療領(lǐng)域 )開始研究，然后推廣到工業(yè)射線檢測領(lǐng)域。例如， CT 技術(shù)、 CR 技術(shù)是從醫(yī)療領(lǐng)域開始，多能技術(shù)現(xiàn)正在醫(yī)療領(lǐng)域研究， PCRT 技術(shù)現(xiàn)在主要是在生物等領(lǐng)域研究。 回顧我國的射線檢測技術(shù)研究，則只能令人遺憾地看到，所從事的研究工作主要集中在應(yīng)用工藝方面，很少數(shù)涉及過檢測技術(shù)，未發(fā)現(xiàn)完成過物理原理與技術(shù)理論的研究工作，也未見到創(chuàng)造性檢測系統(tǒng)的研究工作。 與其他無損檢測 技術(shù)比較， 射線 檢測 技術(shù) 具有的突出特點是： (1) 檢測結(jié)果顯示直觀，為評定檢測結(jié)果可提供客觀依據(jù)； (2) 檢測過程的質(zhì)量 (工作質(zhì)量、技術(shù)狀況、設(shè)備器材質(zhì)量 )可自我監(jiān)測，為檢測結(jié)果的可靠性評定提供客觀依據(jù)。 正是由于這些特殊的優(yōu)點，作為最早應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的無損檢測技術(shù)，至今仍是最重要 、 最廣泛應(yīng)用的無損檢測技術(shù)，特別是對于一些關(guān)系重大的工業(yè)部門和產(chǎn)品。其中某些技術(shù)可能是某些特殊結(jié)構(gòu) (例如，復(fù)雜多層結(jié)構(gòu) )目前唯一可以應(yīng)用的技術(shù)。 3 2．?dāng)?shù)字射線檢測技術(shù) 數(shù)字射線檢測技術(shù)概念 “數(shù)字射線檢測技術(shù)”是現(xiàn)在我國射線檢測技術(shù)中廣泛使用的一個術(shù)語，但對其含義不同人有不同理解，其中可能存在著模糊或不恰當(dāng)?shù)睦斫狻? 在國外文獻(xiàn)中，對我們所說的“數(shù)字射線檢測技術(shù)”使用的是“ digital imaging in radiology”、“ digital imaging”、 “ digital radiography”，現(xiàn)在，較多使用的則是“ digital radiography”。其表述的內(nèi)容是，由于計算機(jī)和探測器的發(fā)展，與傳統(tǒng)的膠片成像技術(shù)不同，可以建立獲得數(shù)字化圖像的射線檢測技術(shù)。在 最初，或許比較強(qiáng)調(diào)直接獲得數(shù)字化圖像，但現(xiàn)在，已演變成可獲得數(shù)字化圖像的技術(shù)。即，它不是特定的某種射線檢測技術(shù)，而是一類射線檢測技術(shù) —— 可獲得數(shù)字化圖像的射線檢測技術(shù)，這應(yīng)是“數(shù)字射線檢測技術(shù)”的含義。如果使用縮寫“ DR”，則常是指直接數(shù)字化技術(shù)(direct radiography)。 數(shù)字射線檢測技術(shù)體系 從數(shù)字射線檢測技術(shù)概念，可將目前的射線檢測技術(shù)分成三個部分：直接數(shù)字化射線檢測技術(shù)、間接數(shù)字化射線檢測技術(shù)、后數(shù)字化射線檢測技術(shù)。 直接數(shù)字化射線檢測技術(shù)是采用分立輻射探測器 實現(xiàn)射線圖像記錄的技術(shù)。它包括， CT 技術(shù)、康普頓散射成像技術(shù)、平板探測器實時成像技術(shù)、線陣探測器實時成像技術(shù)等。間接數(shù)字化射線檢測技術(shù)是需要經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換獲得射線檢測圖像的射線檢測技術(shù)。它包括，圖像增強(qiáng)器實時成像技術(shù)、CR 技術(shù)等。后數(shù)字化射線檢測技術(shù)是對于膠片射線照相技術(shù)，需要時它可以采用掃描裝置將膠片記錄的圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。后數(shù)字化射線檢測技術(shù)，在進(jìn)行圖像數(shù)字化時，存在損失膠片上記錄的某些微小細(xì)節(jié)信息的可能。 運用這些數(shù)字射線檢測技術(shù)，可以建立射線檢測技術(shù)工作站。在檢驗工作現(xiàn)場，完成圖像采集，并 將圖像傳輸?shù)焦ぷ髡局行摹Ｔ诠ぷ髡局行耐瓿蓹z測后期工作，并可與其他工作站或有關(guān)部門聯(lián)系，實現(xiàn)信息交換等。圖 1 是這類工作站的一個示意圖，其顯示了三種不同的數(shù)字化方法，即平板探測器、 IP 板讀出器、底片掃描器。 圖 1 射線檢測工作站示意圖 數(shù)字射線檢測技術(shù)基本狀況 1990 年英國前無損檢測學(xué)會主席 博士等在英國無損檢測雜志上發(fā)表文章，文章的題目是：“數(shù)字射線檢測方法評述”，評述了射線技術(shù)的各個方法，在結(jié)論部分提出了射線檢測技術(shù)進(jìn)入數(shù)字射線檢測技術(shù)時代的看法。 4 數(shù)字 射線檢測技術(shù)與常規(guī)膠片射線照相技術(shù)比較，基本特點是動態(tài)范圍大。數(shù)字技術(shù)系統(tǒng)目前的空間分辨力基本狀況是： 直接數(shù)字化采用的探測器：可達(dá)到 6Lp/mm； CR 成像板：可達(dá)到 10Lp/mm； 圖像增強(qiáng)器：可達(dá)到 5Lp/mm； 膠片掃描器：可達(dá)到 10Lp/mm。 從一些文獻(xiàn)給出的結(jié)果，關(guān)于 EPS 靈敏度，直接數(shù)字化系統(tǒng)中的非晶硒探測器，可在遠(yuǎn)低于膠片曝光量的情況下獲得可與中顆粒膠片相比的靈敏度，而 IP 板等熒光物質(zhì)只能達(dá)到近似粗顆粒膠片的水平；對于直接數(shù)字化系統(tǒng)中的非晶硒探測器， 在空間 頻率 不大于 4Lp/mm 時，可獲得可與膠片相比的對比度；而 CR 系統(tǒng)，只能在很低的空間 頻率 時才能獲得可與膠片相比的對比度。盡管數(shù)字射線技術(shù)在不斷發(fā)展，但到目前達(dá)到的基本狀況是，作為系統(tǒng)性能，無論是對比度或者是空間分辨力，都達(dá)不到膠片射線照相技術(shù)系統(tǒng)的水平；對于細(xì)小裂紋的檢驗?zāi)芰Γ话阏f，與膠片照相技術(shù)還存在差距。國外這方面的主要研究是集中在新的探測器。 等價性問題的看法 所謂“等價性問題”，是指數(shù)字射線檢測技術(shù)與膠片射線照相技術(shù)的等價性問題。 從目前的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，這個問題的內(nèi)涵 應(yīng)包括三個方面： (1) 某種數(shù)字射線檢測技術(shù)級別 (如數(shù)字實時的 SA、 SB 級別 )與膠片射線照相技術(shù)級別的對等性問題。 (2) 數(shù)字射線檢測技術(shù)與膠片射線照相技術(shù)對缺陷具有同等檢驗?zāi)芰栴}，明確地界定出對于某些材料 (工藝 )中的某些類型缺陷、在某種厚度范圍兩者具有同等檢驗?zāi)芰Α? (3) 從理論和試驗上給出明確的、方便的、實用的判定數(shù)字射線檢測技術(shù)與膠片射線照相技術(shù)等價的指標(biāo)。 研究等價性問題的出發(fā)點或基礎(chǔ)，是射線檢測的有關(guān)理論和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 顯然，在研究等價性問題時， 必然涉及射線檢測圖像的對比度、清晰度 (空間分辨力 )、顆粒度(噪聲 )。僅依據(jù)線型像質(zhì)計判定兩者的等價性，不可能給出正確的結(jié)論。就目前數(shù)字技術(shù)發(fā)展的情況，簡單地討論數(shù)字射線檢測技術(shù)代替膠片射線照相技術(shù)，反映的是，對兩種射線檢測技術(shù)的認(rèn)識都存在不足。 3 CR 技術(shù)介紹 概述 CR 技術(shù) (Computed Radiography。 Computed Radiology)，是數(shù)字射線檢測技術(shù)中一種新的非膠片射線照相檢驗技術(shù)。目前，它采用貯存熒光成像板 (Storage Phosphor Imaging Plate)完成射線照相檢驗。 在過去的 30 多年里，研究了多種非膠片射線照相檢驗技術(shù)，大多數(shù)使用在醫(yī)療方面。 最早的是靜電干 板 射線照相檢驗技術(shù) (Xeroradiography)。它是在支持物上涂覆非晶硅層，在大約 1000V 的電壓下，硅層中可形成均勻的靜電圖像。在對射線曝光時，由于照射量不同產(chǎn)生的放電不同，從而形成射線照相圖像。施加帶有相反電荷的粉末，顯示所形成的射線照相圖像。以后，對靜電干 板 射線照相檢驗技術(shù)的改進(jìn)是，采用較厚的非晶硅層 (300～ 600μm)， 在對射線曝光后，采用測微電計、 用 130μm 寬的孔徑、以掃描的方式讀出所形成射線照相圖像。一些研究者還提出了，采用絕緣塑料箔代替非晶硅層作為靜電干 板 。 約在 20 世紀(jì)七十年代中期，發(fā)明了可貯存射線圖像的熒光成像板。貯存熒光成像板，是在支持物上涂覆光激發(fā)射熒光物質(zhì) (Photostimulable Luminescence)， 構(gòu)成的光激發(fā)射熒光成像板，簡稱為 IP 成像板 (IP 板 )。一種 IP 成像板是在支持板上涂一層銪激活的氟鹵化鋇，它可以在準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下貯存吸收的Ｘ射線能量，也即潛在的射線照相圖像。該圖像采用激光激發(fā)時，可產(chǎn)生與吸收的Ｘ射線 5 劑量 成比例的熒光發(fā)射。使用后可用光去除圖像，這樣一來成像板可重新使用。采用 IP 成像板完成射線照相檢驗的技術(shù)，即是“ CR 技術(shù)”，這是一種新的非膠片射線照相檢驗技術(shù)。 關(guān)于 CR 技術(shù)，目前已制定的主要標(biāo)準(zhǔn)有 6 項 [5]～ [10]。本文依據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容、相關(guān)文獻(xiàn)的內(nèi)容和近年我們關(guān)于 CR 技術(shù)進(jìn)行的一些試驗結(jié)果，對 CR 技術(shù)作系統(tǒng)性的介紹。 CR 技術(shù)原理 采用貯存熒光成像板的 CR 技術(shù)，是基于某些熒光發(fā)射物質(zhì)，具有保留潛在圖像信息的能力。這些熒光物質(zhì)受到射線照射時，在較高能帶俘獲的電子形成光激發(fā)射熒光 中心 (PLC)。采用激光激發(fā)時， 光激發(fā)射熒光中心的電子將返回它們初始能級，并以發(fā)射可見光的形式輸出能量。這種光發(fā)射與原來接收的射線劑量成比例。這樣，當(dāng)激光束掃描貯存熒光成像板時，就可將射線照相圖像轉(zhuǎn)化為可見的圖像。 CR 系統(tǒng) CR 系統(tǒng)的組成與分類 CR 系統(tǒng)由 IP 板、 IP 板圖像讀出器 (掃描器 )、圖像讀出軟件組成。 按照 CR 系統(tǒng)的主要性能，即信噪比 SNR 和基本空間分辨力 SR，可將 CR 系統(tǒng)分類。 信噪比 SNR：定義為線性化信號強(qiáng)度與該信號強(qiáng)度下的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差之比。其 與 CR 系統(tǒng)的性能相關(guān)，也與照射劑量相關(guān)。它主要反映的是 CR 系統(tǒng)圖像的對比度靈敏度。其相關(guān)于 CR 系統(tǒng)的性能，也與射線劑量相關(guān)。 基本空間分辨力 SR：它可定義為 CR圖像不清晰度值的 1/2(見 ASTM E2446 第 ； EN 14784－ 1 第 條 )不清晰度值規(guī)定采用雙絲像質(zhì)計 (或楔型線對卡 )測量。也可定義為 CR 系統(tǒng)調(diào)制傳遞函數(shù) (MTF)調(diào)制度為 20%時的空間 頻率 值倒數(shù)的 1/2，即 (EN 14784－ 1 第 條 ) 2021MTFSR? 基本空間分辨力 值可作為 CR 系統(tǒng)的有效 像 素尺寸 (見 EN 14784－ 1， 條 )。 不同標(biāo)準(zhǔn)對 CR 系統(tǒng)的分類不同，表 1 列出的是歐洲標(biāo)準(zhǔn)和美國材料試驗學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)的類別。 表 1 IP 板的分類 EN 14784－ 1： 2020 ASTM E2446－ 05 最低信噪比值 SNR IP1/Y IP－特級 /Y 130 IP2/Y 117 IP3/Y 78 IP4/Y IP－Ⅰ /Y 65 IP5/Y IP－Ⅱ /Y 52 IP6/Y IP－Ⅲ /Y 43 IP 板類型的表示方式是： IPX/Y。 其中， X 為類別代號：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、?? (或 ?? )； Y 為系統(tǒng)最大的基本空間分辨力，以微米 (μ m)為單位表示。 例如， IPⅡ /100，表示的是： 為Ⅱ類系統(tǒng)，系統(tǒng)最低的規(guī)格化信噪比不小于 52，系統(tǒng)最大的基本空間分辨力為 100μ m。 需要注意的是，系統(tǒng)分類不是對具體 IP 板的分類。 CR 系統(tǒng)的性能，相關(guān)于 IP 板的性能，也相關(guān)于采用的曝光條件、掃描器的類型和掃描參數(shù)。因此，采用同一 IP 板可以構(gòu)成不同類別的 CR 系統(tǒng)。 IP 板