GBT 31362-2015 无损检测 热中子照相检测 中子束L／D比的测定

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局发布Ⅱ制定本标准的目的是为获取质量可靠的中子照相成像数据提供指导，并无损检测热中子照相检测中子束L/D比的测定本标准规定了测定热中子照相中子束准直比(L/D值在20～1000之间)的试验技术。本技术基于零全影区器件分析中子照相的成像质量，无需测量和计算准直器系统的物理尺寸。本标准中所采用的器件均已通过置于真空暗盒内的Gd箔转换屏和高分辨单面胶片进行了测试。2术语和定义下列术语和定义适用于本文件。有效准直比effectiveL/Dratio决定中子照相装置成像分辨率的因素之一，其大小为入口光阑与成像平面的有效距离(L)与入口光阑有效直径(D)的比值。全影区umbra在成像阴影中，全部初始束被物体阻断的区域(类似于日全食),见图1。图1零全影区配置示意图半影区penumbra在成像阴影中，部分初始束被物体阻断的区域(决定了阴影的不锐度),见图1。初始束primarybeam起源于中子源，直到与物体/探测系统发生作用之前，一直保持准直状态的中子束。2测定中子束有效准直比的原理为“零全影区”技术，首先利用中子束对“零全影区器件”进行成像，然后对所获图像进行分析。共有三种分析方法，每种方法都需确定全影区阴影宽度为零时的那一点。4重要性和应用价值L/D值，取决于被测物体的厚度及其所含特定元素的物理特性。本方法可指导中子照相用户测定或定期检查设备的有效准直比，判断设备的性能是否满足某项探测任务的要求。5.1“零全影区器件”(如图2和图3),将中子吸收棒放置在距离成像平面远近不同的位置上5——基准线注4:为了减小累积误差，所有的尺寸都以基准线为标准。注5:图中所示为单系统器件上棒的摆放方式。为构造双系统器件，需通过附加设备将77.8mm长的11个间隔扩展为134.3mm长的19个间隔，并且除去间隔较密部分(56.5mm长的20个间隔)。注6:棒由一层透明胶带紧紧地固定在位置上。“沿整个平面打磨。11个相等的间隔(参见注4和注5)。20个相等的间隔(参见注4和注5)。图2带有刻度的“零全影区器件”凹槽阵列3图3“零全影区器件”实物图“零全影区器件”的整体为一个布满精确加工的V形凹槽的铝制斜面，斜面与侧向支撑面在竖直方向成45°±0.25°夹角，镉棒分别放置在各个V形凹槽之内。临近成像平面一端，凹槽中心间距为2.8mm,共21个凹槽；临近中子源一端的凹槽间距较宽，为7.1mm。直径为0.64mm的镉棒通过对中子透明的胶带固定在凹槽内。布满凹槽的斜面要保证与成像平面成45°±0.25°夹角。如果要测定的L/D值大于150,可按图4(B部件)的结构扩展刻度范围。如果无法加工出直径0.64mm的镉棒，也可使用其他相近尺寸的镉棒，但需进行精密测量，并把准确的数值代入第7章的公式中。所有计算宜采用实际装配的尺寸。图4“零全影区器件”示意图46测定步骤6.2调整暗盒平面，使其垂直于中子束流方向。6.4依照制造商的建议处理曝光胶片。6.5依照第7章中描述的三种方法中的任一方法分析成像结果，也可使用多种方法进行比较分析。7数据分析7.1目测分析应直接对中子照相所获图像进行目测，计算有效准直比。当观察单独某个棒的成像时，阴影线能被认为是沿着棒成像中心的“白”线。随着棒与胶片的距离变大，阴影线的宽度减小。在某个位置，阴影线将会消失，超过这个位置，会出现一个强度较弱的阴影线，并且随着距离加大其后的阴影线逐渐变宽。可以辅助使用5倍～10倍的放大镜确定这个位置。基于这种目测分析，应得到没有阴影线的第一个棒与暗盒间的距离b。L/D值如下：L/D=(b/d)………(1)b(图5)和棒的直径d采用相同的单位。当L/D值在100以内，这种方法是有效的。当L/D值超过这个范围时，应采用显微光密度分析法。1——胶片平面；2——零全影区；3——棒1;图5数学模型图解第二种数据分析方法的过程为，从距离胶片最近的位置为“0”的镉棒开始，对中子照相图像进行显5锅棒与胶片的距离/cm锅棒与胶片的距离/cm微光密度扫描，典型的扫描图像如图6所示。使用此种方法时，建议采用尺寸为20pm×300pm的显以得出的L/D值最高可达300,但是由于更大的b值不能获得稳定的波型，通过这种方法不能确定更高的L/D值。图6显微光密度计扫描1:1这种方法也使用显微光密度计确定L/D值，可适用于较高和较低准直比的分析计算。使用这种失点。应注意不要超过成像阴影消失的那个点。扫描时，显微光密度计6图7镉棒的胶片密度扫描50:1为了确定b值需要测量两个棒的阴影图像的宽度。测量方法为：沿着某个棒的阴影图像的波形顶端小峰的平均值划一条水平直线(平行于基线),沿此波形两侧划两条延长线与水平直线相交形成的两按下式可计算b值(图5): (2)U₁—靠近成像平面镉棒的阴影宽度；L/D=b/d (3)如果镉棒的直径是0.64mm,可以直接按式(4)计算L/D (4)对于较小的L/D值(小于100),可使用下列公式： (5)U₀——临近暗盒的镉棒的成像阴影宽度；X₂——暗盒与棒2间的距离。 (6)8A.1.1中子照相使用的中子束的准直比被确定为源到成像平面的距离(L)与源的直径(D)的比值。因为通常源的直径(D)较大(>2cm),并且使用了中子吸收系数很高的材料，所以这种确定有效L/D值的独特方法是有效的。如果一个直径远远小于源直径的不透明棒放置在成像平面附近，全影区阴5A.1.2如果给定了源的直径(D)和棒的直径(d),假设存在一个棒，当其与成像平面间的距离为b时，其全影区宽度为0。根据这个特定的距离，用一个L/D=b/d…………(A.1)L——源到胶片的距离；9