射线检测数字化成像技术在核电施工中应用的可行性研究

射线检测数字化成像技术在核电施工中应用的可行性研究

邱银

重庆工业设备安装集团有限公司无损检测分公司，重庆 400051

摘要：射线探测是核动力工程中最重要的非破坏性检测手段，一次工程建设中约需拍摄二十万张底片，但由于传统的胶计摄影检测技术存在诸多不足，迫切地需要探求一种全新高质量检测射线的方法。CR技术有望取代传统的胶片作为射线探测的新技术，选择CR技术作为核电建设中应用可行性分析的主体。采用研制生产的验证试验高精度试验块，对CR成像质量的影响因子及CR技术的特点进行了探究试验。开发和应用大型缺陷样品库，制订和完善用于核电设备焊接接头的技术参数。通过对核电站各个设备的CR技术和传统胶片技术的比较，从CR技术的特点、技术可行性、应用经济性、操作适应性和使用方便等方面进行了可行性分析

关键词：射线检验；计算机射线成像(CR)技术；核电施工；可行性研究

一、研究方法

核电厂压力管线焊接质量的好坏，将直接关系到核电站的安全和使用寿命。在核电厂设备安装、服役前和服役期间，对管线进行射线探测是核电无损检测的重要手段，而在核电无损检测中，常规的胶片摄影技术已成为核电无损检测技术的主流。在工业化、竞争日趋激烈的情况下，传统的胶片摄影技术存在着许多缺点，如：测试时间长、制作费用高、耗资巨大、不易保存、不易查阅、不易分享、暗室加工的药物对环保等。

计算机射线摄影(CR)技术是近年来发展起来的一种新型的非胶片摄影技术，利用储存荧光片取代胶片进行射线摄影，可以有效地解决当前在无损检测中普遍使用中难以解决的问题，如：花费长时间处理、重拍次数高、产品难以保存困难、对环境有污染等。与传统的胶卷摄影技术相比，CR技术是利用快速成像板取代胶卷，使射线探测的影像数字化，有望取代胶卷技术。

随着国内核电建设的推广、发展和核电结构老化检测的迫切需求,射线检测还将是核电结构检测的重要手段。据初步估算，每个单位的生产周期，大约要拍二十万张底片。基于如此庞大的使用需求，目前的摄影技术还存在着许多缺陷，因此急需一种新型的、高品质的射线成像技术，因此，本文就如何将其用于核电非破坏性检测中并以确保其质量进行试验研究。

（1）对国内外射线检测数字化成像技术使用现状进行充分调研，掌握CR、CD、CT等数字成像技术的成像原理和技术特点，通过测试对比选择最适合的数字成像技术。

（2）设计加工验证性测试试块，建立完善的缺陷样本库，采用实践和理论相结合的方法,使用CR技术和胶片技术对带有典型缺陷的试块库和验证性测试块进行对比透照,对CR影像品质的影响因素及工艺特性的分析，确定CR与薄膜技术的透射比较指标。

（3）利用CR技术和薄膜技术，对核级管道10~70mm的管道进行了详细的对比分析，对比了CR技术与薄膜技术的优劣特别是对比两种技术的影像质量，总结CR技术运用特点。

二、数字成像方法选择

常见的数字成像技术主要有CT、DR技术和CR技术 。

CT，也就是电脑断层扫描，它是通过高精度的光束和高灵敏度的检测器，对物体进行逐段扫描，其扫描速度快，成像质量好。主要用于医学检查和安保检测等环境，并不适用于核电施工中已安装的管道。

DR系统，它包括一个电暗盒，一个扫描控制器，一个系统控制器，一个视频监视器，它是用一个电子盒子把光线光子直接转化成一个数字的，按照探测器类型主要分为非晶硅平板DR（主流）、非晶硒平板DR。

CR成像的基本原理是：光束通过物体的衰减，以不同的强度照射到数码图像上，使其内部的晶体中的电子受到激发，并被捕获到一个高能区（半稳态或者更高），从而形成一种潜在的图像。将此IP板置于CR读取器中，利用激光光束对其进行扫描，使被激发的荧光中心的电子恢复到最初的能级，并以可见光的形式向外辐射。当可见光进入CR扫描装置的抛物面镜或反射层时，会产生完全的反射，而被反射的可见光会经过光电倍增管的接收，再将其转化成数字信号，然后送至电脑进行处理，就会产生数字化的X光摄影灰度影像，并将其存储于电脑中。

CR系统以IP板为探测器，利用现有的Ｘ射线设备进行Ｘ射线信息采集，实现图像的获取.。主要构成：射线发生器，成像板，成像板扫描仪，图像处理工作站，信息记录系统及监视器。

三、可行性测试

CR技术的应用可行性试验是通过对CR技术性能和工艺参数的一系列试验研究，确定了CR技术在核电站中的应用。

3.1对缺陷试样库的对比透照测试

使用CR技术和胶片技术对缺陷试样库进行对比透照，射线源包括Y射线和X射线。测试结果显示，CR图像的灵敏度和空间分辨率都高于RCCM中的MC3000标准，当其透射厚度超过20mm时，CR图像的灵敏度和空间分辨率都高于MC3000的要求。CR图像与底片图像所呈现的缺陷大致相同，少数底片图像所呈现的缺陷要比CR图像更加清楚。

3.2对核电管道焊缝的对比透照测试

根据对缺陷试样库所做的对比测试,结合核电现场透照的具体性和特殊性，参照标准RCCM-MC3000和GB/T26642-

2011,分别编制了CR技术和胶片技术的9Ir源对比透照工艺参数。为使对比测试的范围有较高的涵盖性,在宁德核电站2、3井机组选取了多个具有代表性规格的核电现场管道进行测试,包括RCP、ASG、VVP、ARE、GCT、RRA和PRZ系统,透照厚度范围在17.2~76mm之内。

测试结果显示,在透照焦距相同的情况下，两种方法均能达到理想的测试结果，线型像质计灵敏度W=13/0.20mm,孔型像质计灵敏度H=7/0.5mm，均超过标准1个等级,缺陷显示也和底片一致。和缺陷试样库的测试类似,CR图片的灵敏度均能达到或超过MC3000标准的要求,普遍等同或低于底片一个等级,CR图片和底片上的缺陷显示也基本一致。

四、可行性分析

本文从有针对性地选取数码影像技术、选取 CR技术的工艺特点、在核电厂现场的实际应用试验等方面，全面地分析了数字化成像技术在核电工程中的应用可行性。具体如下：

（1）CR成像技术具有显著的优点.检测结果可以在电脑上进行数字化，没有暗室的处理，全程由噪声、扫描、读取、IP板擦除、图像存储等步骤组成，快速、高效，不会受到温度的影响，节省了暗室的药水，对环境的保护。

（2）CR技术的IP成像板具有较大的动态范围成像板随人射曝光量变化呈线性、大宽容度响应的特征透照过程和原理基本与胶片技术一致,IP板的退化特性在允许的时间范围内影响不明显即灵敏度和缺陷显示的能力满足规定要求的程度。

（3）核电现场管道测试结果显示.CR技术缺陷显示的能力基本达到胶片水平,核电建设施工作业中常见的裂纹、未熔、未焊透、气孔、夹渣等缺陷均能显示。

（4）对于应用经济性而言，硬件成本方面，CR技术的一次性投资要比胶片大但运行成本比胶片低，一张IP板大约可重复使用500次。如透照规格为430mmX118mm图像，CR成本仅需要2元，胶片成本需要40元以上。人力及时间成本方面.能减少暗室处理人员以及大量降低存档管理人员的工作量。CR技术中扫描时间般为1~3min.整个扫描、读取、IP板擦除和图片存储、评定过程约为15min,曝光度允许更大的动态范围，可以有效地减少重复拍摄，明显碱少人力及时间成本。

（5）核电厂的现场作业适应性和方便。CR技术与电影技术基本上是一样的，都有准备过程，透镜方式的选择，暗袋的布置。CR特殊的扫描过程，如散射保护和曝光过程，对洁净的环境有一定的要求。

五、总结

在对各种类型的影像技术进行调查和测试分析后，选择CR技术作为核电工程可行性分析的主要内容，然后采用完整的CR技术，对CR技术和胶卷技术进行了深入的试验和研究，并建立了一套CR技术与胶卷技术的对比试验，对CR和薄膜技术进行了比较，在大量的先决条件都具备的情况下，通过对核电工程中各系统管道焊缝进行的CR技术和薄膜技术的对比透照，进而从CR技术特点、技术可行性、应用经济性、操作适应性和便利性等角度对CR工艺应用可行性进行可行性分析。结果表明，CR技术在核电建设中的初步应用是切实可行的，为今后在核电领域的应用打下了坚实的基础。