Se75γ射线源的曝光时间计算和透照工艺分析

冯华平
(广州市特种承压设备检测研究院,  广州 510663)

 

摘要：  通过对Se75γ射线源的特性分析，参考曝光时间计算的表格法和公式法，研发出Se75源曝光时间的快速计算仪器；通过拍片工艺试验，提出获取优化的透照工艺参数的途径。
关键词：  Se75射线源     曝光时间计算    优化透照工艺

     EXPOSURE TIME CALCULATION AND TECHNICAL ANALYSIS 　　　 　OF γ SOURCE  Se75
Feng Huaping

　　(Guangzhou Institute of Boiler and Pressure Vessel Supervision and Inspection,Guangzhou 510050)

Keywords:  γsource Se75 ,  Exposure time calculation ,  Excellent exposure technical

     近年来研制成功的第二代Se75γ射线源,从原来的单质硒改进成为热稳定性高、强度高的金属硒化物；射源形状从原来的圆柱形改进成为准球形，焦点尺寸比原来小23.5%，从而在几何不清晰度相同的情况下能使射源更接近被照工件，提高照射量率50%；它的半衰期是118天，是Ir192的1.6倍；它的发射平均能量为206Kev，接近X射线的能量水平，适宜透照5─40mm厚度的钢铁工件，得到灵敏度和宽容度较高的透照影像。因为有这些优点，新一代Se75源推向市场以后就受到探伤工作者的重视和欢迎。[1]，[2]，[3]，[4]
     由于Se75源在我国使用时间还不长，探伤人员对它还有一个认识过程。特别是目前未见到关于它的曝光时间的快速计算工具；另外，由于它的射线能量和辐射水平都较低，因此曝光时间比Ir192源要长（经试验，相同条件下，Se75曝光时间约为Ir192的1.8－3.0倍），有时还比X射线曝光时间要长。如何根据它的性能特点选择优化的透照工艺参数，以求得透照质量和工作效率的统一，是值得探讨的问题。
     本文就这方面的内容作分析探讨。
一．Se75源对钢铁工件的曝光时间计算
     根据文献［3］介绍，Se75源的透照厚度与曝光量的关系见表一所示。
                         Se75透照厚度与曝光量的对应关系　　　                    表一

透照厚度	Se75曝光系数Ci·Sec/M2
	黑度D=2.0		黑度D=2.5
mm	胶片D4	胶片D7	胶片D4	胶片D7
8	44320.28	18463.01	70242.91	29261.90
9	47500.97	19783.47	75283.97	31354.69
10	50909.93	21198.37	80686.80	33597.16
11	54563.54	22714.46	86477.38	36000.00
12	58479.35	24338.99	92683.52	38574.70
13	62676.18	26079.70	99335.05	41333.53
14	67174.20	27944.90	106463.93	44289.68
15	71995.03	29943.50	114104.43	47457.24
16	77161.83	32085.03	122293.25	50851.35
17	82699.43	34379.73	131069.76	54488.21
18	88634.44	36838.55	140476.12	58385.16
19	94995.38	39473.22	150557.54	62560.83
20	101812.83	42296.31	161362.46	67035.14
21	109119.53	45321.32	172942.81	71829.44
22	116950.61	48562.66	185354.23	76966.64
23	125343.70	52035.83	198656.37	82471.24
24	134339.12	55757.40	212913.16	88369.52
25	143980.11	59745.13	228193.10	94689.65
26	154313.00	64018.06	244569.62	101461.79
27	165387.43	68596.59	262121.41	108718.26
28	177256.64	73502.57	280932.83	116493.72
29	189977.65	78759.42	301094.28	124825.27
30	203611.59	84392.24	322702.63	133752.68
31	218223.99	90427.91	345861.72	143318.58
32	233885.07	96895.25	370682.86	153568.63
33	250670.08	103825.13	397285.30	164551.75
34	268659.69	111250.64	425796.91	176320.38
35	287940.33	119207.20	456354.67	188930.69
36	308604.68	127732.82	489105.45	202442.88
37	330752.02	136868.18	524206.62	216921.45
38	354488.79	146656.90	561826.86	232435.52
39	379929.05	157145.70	602146.96	249059.15

     由表一的数据,经数学整理,得到计算曝光时间的经验公式(1)、（2）、（3）、（4）
               D=2.0：   　　D7胶片：  A·t=0.018·F2·2TA/10            (1)
                                    D4胶片：  A·t=0.042·F2·2TA/10            (2)
               D=2.5：　　　D7胶片：  A·t=0.028·F2·2TA/10            (3)
                                    D4胶片：  A·t=0.067·F2·2TA/10            (4)
               公式中,   　A：  射源强度              （ Ci  ）   
                               t：  曝光时间　　　　　　　（ min ）
                               F：  射源至胶片距离     　 （ cm  ）   
                               TA： 工件实际透照厚度   　　（ mm  ）   
     通过公式(1)—(4)，解决了Se75源的曝光时间计算问题。但是，要求探伤人员在生产现场用上述的公式法或表格法计算，也是不现实的。很有必要研发出一种快速准确的计算工具，解决现场生产的曝光时间计算问题。
     笔者利用可编程计算器（型号 CASIO fx-4500pA ），在对计算公式整理编程以后，把它内存于计算器之中。仪器使用时，首先调出要求计算的数学程序，然后通过人机对话，根据仪器的提问，向仪器输入有关探伤数据，如：胶片达到一定黑度所需的射线剂量伦琴数E；透照焦距F；工件穿透厚度D；射源已出厂时间T（天）；射源出厂时的活度居里数A等，仪器就能根据公式准确迅速地计算出曝光时间（用时、分、秒显示）。由于计算器有体积小、重量轻、携带容易、计算速度快、计算结果数字显示等优点，故特别适合生产现场的应用，成为探伤人员手中一件方便实用的计算工具。
二．Se75源对工件透照的工艺试验和结果分析：
     通过对Se75源的曝光时间计算，发现其曝光时间普遍比Ir192和X射线的曝光时间长，当射源的活度居里数越低，或工件透照厚度越大，曝光时间的增加就更明显。例如，用40居里的Se75源透照10mm厚的工件，透照焦距600mm，使用的是天津Ⅲ型胶片和0.1mm铅箔增感屏，要求底片黑度为2.5，经计算曝光时间约为5分钟。这与Ir192曝光时间2分40秒相比，曝光时间约增加83%；与X射线曝光时间3分钟相比，约增加67%。这样，虽然Se75拍片质量比Ir192要好，也接近X射线的拍片效果，但是，由于曝光时间的明显增加，就使拍片效率显著降低，这样对工作是不利的，也大大影响了探伤人员使用Se75源的积极性，这是很值得关注和解决的问题。
     为了尽可能缩短Se75的曝光时间，笔者从影响曝光时间的一些因素进行了拍片工艺试验和结果分析，以求得这些因素的影响效果。
1.   不同透照焦距对曝光时间的影响（表二）                                   表二

底片编号	工件规格	透照方式	前屏厚度(mm)	透照焦距(mm)	底片黑度	曝光时间
1	Φ76×10	双壁单影	0.1	570	2.6～2.7	10＇
2	Φ76×10			760	2.6～2.8	21＇
3	Φ325×18			335	2.4～2.7	7＇10”
4	Φ426×18			436	2.3～2.6	13＇

     从表二看出，随着透照焦距的增加，曝光时间也明显增加，这也验证了曝光量与距离的平方成反比的理论。因此，要减小Se75的曝光时间，尽可能缩短透照焦距是一条重要的途径。
     在制定透照工艺时，我们应优先选用单壁单影外照法或内照（偏心内照）法，以使射源能尽量靠近被照工件；此外，还应根据有关探伤参数，首先确定透照的L1min数值，透照时尽可能选择L1等于L1min或稍大于L1min，这样既满足标准中对几何不清晰度的要求，又确保选择的L1最小，从而大大缩短曝光时间。

1. 不同底片黑度对曝光时间的影响（表三）                                     表三

底片编号	工件规格	透照方式	前屏厚度(mm)	透照焦距(mm)	底片黑度	曝光时间
5	Φ114×6	双壁单影	0.1	124	2.5～2.6	17＇
6	Φ114×6			124	3.4～3.6	26＇
7	Φ76×10			570	2.6～2.7	10＇
8	Φ76×10			570	3.0～3.1	14＇

     从表三看出，底片黑度的增大，对曝光时间的增加也是相当明显的。因此，除非验收标准有特别的规定，我们在根据底片黑度确定透照曝光量时，都应该尽量取标准规定的黑度下限值。如国标规定γ射线拍片底片黑度值为1.8～3.5，那么，我们制定工艺时就尽量在黑度1.8～2.0的范围内确定底片曝光量。还有标准规定，用双片重迭观察评定时，单一底片的黑度可降到1.3,我们也可以采用这一方法，用较低的底片黑度值来确定曝光量，从而减小曝光时间。

1. 不同厚度增感屏(前屏)对底片黑度的影响(表四)　　　　　　　　　　　　　　　表四

底片编号	工件规格	透照方式	前屏厚度(mm)	透照焦距(mm)	曝光时间	底片黑度
9	Φ51×5	双壁双影	0.03	450	7＇33”	2.7～3.0
10	Φ51×5	双壁双影	0.1	450	7＇33”	2.3～2.5

     从表四看出，在相同的曝光时间条件下，用0.03mm增感屏所拍的底片，比用0.1mm增感屏所拍的底片其黑度是增加了。换言之，要拍黑度相同的底片，用0.03mm的增感屏比用0.1mm的增感屏其曝光时间就可以缩短，因此，采用较薄的铅薄增感屏也是减小曝光时间的途径之一。
     过去，有些单位习惯地认为，只要是γ射线拍片，就应使用0.1mm厚度的铅薄增感屏（前屏），其实这是认识的误区。由于Se75的能量已接近X射线的能量水平，按照标准要求，X射线能量在120～250kv时，前屏厚度是0.025～0.125mm，因此Se75源的拍片采用0.03mm铅薄前屏也是完全符合标准要求的。
     此外，为了减小曝光时间，我们还可从使用的胶片类型来考虑。从公式(1)―（4）的理论计算，我们看到，当黑度=2.0时，D4胶片曝光时间是D7胶片的2.33倍；当黑度=2.5时，D4胶片曝光时间是D7胶片的2.39倍。由此可见，使用感光速度快、粒度较粗的胶片，在相同透照条件下，其曝光时间较短。因此，如果没有特别的规定，我们可考虑使用这一类胶片（如标准中的3型胶片），以缩短曝光时间。
三．结论

     1.Se75源射线能量较低，适宜透照较薄的工件，所拍底片质量较好，半衰期较长，贮存和防护容易，是值得推广应用的新一代γ射线源。

     2.由于Se75源线质较软，辐射水平较低，因此造成曝光时间较长。当射源居里数越低或透照工件厚度越大时，曝光时间的增加就越明显。因此应该尽可能选择活度居里数较高的射源和较薄的工件透照；在选择透照方式时，应尽量采用单壁单影外照法或内照法，尽量减小工件的穿透厚度和焦距，以减小曝光时间。

     3.在满足标准要求的情况下，尽量采用减小焦距，减低所要求的底片黑度，采用较薄的增感屏和感光速度较快的胶片等方法来减小透照曝光时间。

     4.笔者研发的Se75曝光时间计算仪器，实践证明，具有快速、准确、方便、实用的使用效果。

 

参考文献：
     ［1］ 李 衍 .  第二代Se75γ射源的特性及其在管道检测中的应用,无损探伤，2003，第27卷第4期1－4.
     ［2］ 刘晴岩  罗晓明  吴刚  夏风芳.  Se75射线源性能及其照相特性介绍，2003，第八届全国无损检测大会论文集.
     ［3］ 刘维福  孙志勇 . 国内第一颗Se75射线源在后石电厂的试验和应用，2003，第八届全国无损检测大会论文集.
     ［4］ 广东火电工程总公司金属室. 2003，Se75射线探伤工艺试验总结.