CN102419335B - 一种中子无损检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中子无损检测系统，属于射线无损检测领域。本系统包括一中子源、测试样品放置装置、成像装置、图像处理单元；所述中子源与所述成像装置位于所述测试样品放置装置的同一侧或所述测试样品放置装置相对的两侧；其中所述成像装置包括光阑和热中子位置灵敏探测器，所述光阑位于所述测试样品放置装置与所述热中子位置灵敏探测器之间，所述热中子位置灵敏探测器经数据线与所述图像处理单元连接。与现有技术相比，本发明可以实现厚样品高分辨率高反差灵敏度的无损检测，成像系统位置灵活可调，能实现单次照射大范围检测，并且方便实际应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种中子无损检测系统，尤其涉及一种中子源和探测器在同侧对厚材料的检测，属于射线无损检测领域。
背景技术
中子用于无损检测，主要根据入射中子同检测材料作用后其出射中子注量、能量的变化实现对材料内部结构检测。中子由于不带电，主要同原子核作用，其同不同材料的反应截面随原子序数变化很不规则，如氢(H)、锂(Li)、硼(B)等轻元素和少数重元素对中子有很大的反应截面，大部分重元素对中子有较小的反应截面。因此，中子作为无损检测的工具可检测轻元素物质或被重元素物质包裹着的轻元素物质的存在和其中的缺陷，已经广泛应用于航天、军工、核工业、建筑、考古学、医学和生物学等领域。
目前，应用较广的中子无损检测手段主要为中子照相和中子计检测。中子照相是根据准直中子束入射检测材料后其衰减特性的不同获得材料内部特征或缺陷信息的二维图像。由于该方法需要检测准直中子束的衰减特性，中子源和出射中子成像系统必须位于检测样品的两侧，这限制了该方法在特殊要求场合的使用和对厚样品的检测。中子计是根据检测样品对中子的减速特性，衰减特性或散射特性来实现对样品整体参数的确定，如根据样品材料对中子的慢化能力不同，快中子入射检测材料，由从材料内出射的热中子或超热中子的计数来判断检测样品含有强中子慢化能力材料(通常为氢)的含量。中子计常用于测量样品水分、含量、密度、孔隙度、厚度和料位等，不能够对材料内部缺陷的检测和二维成像。中子计检测所使用的中子源产额低，一般为同位素中子源，记录装置为中子计数管。
发明内容
为了实现厚样品浅层缺陷的无损检测，并对一些特殊的环境能够提供中子源和成像系统在样品同侧的检测。本发明的目的在于提出一种中子无损检测系统，其通过中子检测样品内自热化成像方法，不但能够实现上述需求，并且能够利用产额较低中子源成像，便于工业应用。
本发明的技术构思为：中子源发射快中子入射较厚的检测样品，要求样品组成材料具备中子慢化能力，比如材料中富含H原子，快中子在检测样品内慢化为热中子，在样品内形成一个热中子源。以该热中子源发出的热中子作为检测射线，这样既能够利用快中子的穿透本领检测较厚样品，又能够利用热中子与材料的作用截面大和成像分辨率高实现高分辨率高反差灵敏度的检测。因为样品内及缺陷处的热中子接近各向同性分布，因此热中子的成像使用小孔或编码光阑配合成像系统。成像系统记录的图像经处理后可以得到成像面上热中子注量率的分布，对比没有缺陷时的图像便可以确定缺陷的大小和形状从而实现检测。同时由于样品内热中子接近各向同性发射，可以根据检测区域的要求灵活布置成像系统，方便实际应用。在满足现场检测布局的要求下，最佳中子源入射样品和成像系统的布局标准为样品表层成像区域范围内热中子注量率高，并且热中子注量率在该区域各点差别不大。
本发明的技术方案为：
一种中子无损检测系统，其特征在于包括一中子源、测试样品放置装置、成像装置、图像处理单元；所述中子源与所述成像装置位于所述测试样品放置装置的同一侧或所述测试样品放置装置相对的两侧；其中所述成像装置包括光阑、位置灵敏探测器，所述光阑位于所述测试样品放置装置与所述位置灵敏探测器之间，所述位置灵敏探测器经数据线与所述图像处理单元连接。
进一步的，所述光阑为小孔光阑或编码光阑。
进一步的，所述光阑的材料为具有对低能中子强吸收的材料。
进一步的，所述中子源为加速器中子源、或中子管中子源、或同位素中子源。
进一步的，所述成像系统为慢中子位置灵敏探测器。
进一步的，所述中子源的发射端外围设置一开口的中子屏蔽罩。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本系统可以实现厚样品高分辨率高反差灵敏度的无损检测，成像系统位置灵活可调，能实现单次照射大范围检测，并且方便实际应用。
附图说明
图1自热化成像采用小孔成像方式的检测布局图；
图2自热化成像采用编码成像方式的检测布局图；
1-中子源装置；2-中子屏蔽罩；3-测量样品放置装置；4-检测样品；5-小孔光阑；6-热中子位置灵敏探测器；7-计算机处理系统；8-编码光阑。
具体实施方式
中子自热化成像同现有中子检测方法的最大不同在于能够灵活布局中子源和成像系统的位置，下面结合图1和图2对具体实施方式说明。
图1为采用小孔成像方式的自热化成像布局图。首先将测试样品放置到测试样品放置装置上，中子源装置与成像装置分别置于样品的两侧。中子源产生的快中子直接入射到检测样品内，在样品内慢化扩散，最终在样品内形成一个稳定的热中子分布。对存在缺陷的地方，由于缺陷处材料对中子的作用截面不同，因此致使该点的热中子分布明显不同于周围热中子分布。利用小孔成像方式配合成像系统获得样品表面的热中子分布，从而根据分布是否存在较大变化来检测缺陷。
针对自热化成像布局中的各部分装置做以下说明。中子源根据检测要求的不同可以选择加速器中子源、中子管中子源和同位素中子源。中子源的选取标准为中子产额高，中子源装置便于实现检测环境的要求。小孔装置的材料选择对低能中子强吸收材料，如镉、钆。成像装置可以使用各种类型的热中子位置灵敏探测器。由于从中子源发出的快中子和从样品慢化散射出来的快中子和超热中子到达成像装置造成干扰，必须采取屏蔽措施去除这部分中子产生的影响。
具体方案可采取在中子源的发射端外围设置一开口的中子屏蔽罩，中子屏蔽罩为含硼聚乙烯等中子屏蔽材料，屏蔽材料的放置应在不影响样品检测区域发出的成像热中子前提下，尽可能的屏蔽掉中子源发出中子和样品上非成像区域发出中子通过小孔或编码板到达成像系统。针对脉冲中子源可以采用能量选择法成像，根据干扰中子和信号中子到达成像系统的时间不同，使成像系统不记录特定时间内达到的干扰中子，从而达到提高信噪比的目的。
图2为自热化成像采用编码成像方式的检测布局图，首先将测试样品放置到测试样品放置装置上，中子源装置与成像装置置于样品的同一侧，利用编码光阑成像能够提高成像面的中子注量率，但是其成像区域小，可以同小孔成像方式互补使用。编码板的制作根据工艺和物理要求选用钆材料，可采用MURA等编码方式，同样需要屏蔽本底杂散中子，屏蔽措施和小孔成像时相同。编码图像经过程序反解后就能够获得热中子注量的分布，从而实现缺陷检测。
Claims (1)
1.一种中子无损检测系统，其特征在于包括一中子源、测试样品放置装置、成像装置、图像处理单元；所述中子源与所述成像装置位于所述测试样品放置装置的同一侧或所述测试样品放置装置相对的两侧；其中所述成像装置包括光阑、位置灵敏探测器，所述光阑位于所述测试样品放置装置与所述位置灵敏探测器之间，所述位置灵敏探测器经数据线与所述图像处理单元连接；所述光阑为小孔光阑或编码光阑，所述测试样品具备中子慢化能力，所述图像处理单元对成像装置记录的图像处理后得到成像面上热中子注量率的分布；其中，所述中子源的发射端外围设置一开口的中子屏蔽罩；所述中子源为加速器中子源、中子管中子源或同位素中子源。
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