核电行业射线检测数字化的关键问题和技术探讨

射线检测技术是核电厂无损检测的主要方法之一。核电厂射线检测存在的主要问题有：传统胶片成像技术占主导，检测流程复杂，工作效率低；核电检测标准保守，人员技能要求高；底片存储量大，数字化程度低，不易远程共享与查阅；放射源使用安全风险系数高，现场管控难度大；检测设备长周期、大数据管理，数字化系统建设的迫切需要。随着计算机图像处理技术和大数据平台的迅猛发展，核电厂目前广泛使用的传统射线检测技术迫切需要更新换代和技术升级，射线检测需要全面走向数字化、智能化、高效化。现场技术提升射线检测方法数字化转变是核电厂射线检测发展的必然趋势，基于核安全文化的需要和被检部件的特征，胶片技术与数字化成像技术相结合是现阶段核电行业可选择的代替传统胶片成像技术的理想方式。常见的数字射线成像系统如图1所示。图1数字射线成像系统实物传统胶片技术、CR(计算机辅助成像检测)/DDA(数字探测器阵列检测)技术及CT(计算机断层扫描)技术的优缺点对比如下：1数据采集装置研究与开发核电厂射线检测环境复杂、空间狭窄，数字射线成像系统所用数据采集装置需满足核电厂现场检测的要求。DDA成像系统所用平板探测器的开发主要有：①像素尺寸精细化；②适用于γ射线平板探测器的开发；③管道自动射线检测工装的开发。CR成像系统所用IP板的开发主要有：①像素尺寸细化、信噪比提升；②IP板规格尺寸多样化；③柔性类似胶片，分辨率提升。数字射线成像系统采集装置如图2所示。其中，配套Ir192γ射线源的DDA成像系统可适合于核电厂现场管道焊缝和阀门铸件等部件的检测，能满足厚度大于10mm的碳钢检测要求，但不适用于穿透厚度10mm以下的钢制类部件，对于大壁厚部件的检测灵敏度还达不到胶片水平，如壁厚大于60mm的钢制焊缝。图2数字射线成像系统采集装置2冷阴极X射线成像技术“冷阴极”是指电子管中不用加热的方式而发射电子的阴极，常利用高导电率的场发射优良材料(碳纳米)作为冷阴极来制作冷阴极X射线管。冷阴极X射线机的核心部件是利用尖端放电原理所研制的针叶树型碳纳米结构冷阴极管，冷阴极X射线机与常用热阴极X射线机的性能对比如下：图3冷阴极X射线机实物冷阴极X射线数字成像系统的主要特点有：焦点尺寸小(1mm)，可明显提升射线检测灵敏度；适用于小壁厚工件，可弥补Ir192源透照厚度的下限(钢制焊缝厚度小于10mm)；环境剂量小，可显著降低人员误照射的几率，在155kV电压测试的情况下，冷阴极射线发射端正对面6m处测得的剂量率为1.34μSv/h，环境剂量率变化如图4所示，满足核电站对射线探伤中剂量边界小于2.5μSv/h的要求，冷阴极数字射线成像技术使用中的边界范围可大幅度缩小，已可实现白天探伤和交叉作业。图4冷阴极X射线检测中环境剂量的测试示意

3管道数字化自动检测技术集成管道自动爬行装置和γ射线源的DR检测系统，可满足不同规格管道射线数字成像检验的任务，获得的数字图像可实现无漏检自动拼接，设备体积小、整体重量轻、操作灵活。管道半CT扫描成像技术可实现三维重构，基于断层扫描可精确检测缺陷形貌；分辨率和对比度高，对被检部件内部结构尺寸可完成精密无损测量；通过立体测量缺陷尺寸，能准确判定缺陷的类型。管道数字化自动检测技术是核电厂射线检测向数字化、智能化、高效化转变的必要途径。管道数字化自动检测技术装置实物如图5所示。图5数字射线成像系统采集装置实物图数据处理与分析1射线底片数字化处理核电厂底片数字化处理技术建设的需要主要体现在以下方面：群厂底片数据信息整合；数字化存储与管理；远程查阅与云平台资源共享；核安全文化建设需求等。底片数字化基本处理技术主要包括底片叠加与搓片、底片拼接、缺陷与字码自动识别等，主要实现的功能有：底片的自动叠加和搓片微调，使缺陷轮廓明显，便于评定；数字化底片的无缝拼接，满足底片整体评定低漏检率的要求；自动标记缺陷位置，辅助评定；字码的获取与识别，以及底片的智能归类存储，便于后续底片的检索与对比。图6底片数字化基本处理技术底片数字化建模查重技术是基于底片数字化基本处理技术，对底片数字化后图像进行数据提取和建模，进而实现底片查重的功能，如图7所示。依据黑度涨落实现2D-3D的转换，将缺陷处的信号进行归纳建模，选取基准黑度，分析噪声并进行去噪处理。根据三维模型，进行黑度数据涨落和缺陷输出信号转变的对比，从而实现三维模型的查重功能。

图7底片数字化建模查重技术实现路径2数字成像与分析软件开发数字成像软件系统包含数据采集与图像分析两大部分。采集到的数据传输到图像分析软件中，可通过软件处理来调整窗宽-窗位，增强局部像质。信噪比和空间分辨率是表征数字图像质量的重要指标，信噪比测量决定了成像系统对缺陷的检出能力；空间分辨率决定了细小缺陷的区分能力，其可用双丝像质计来测量。图像分析软件必须具备信噪比和空间分辨率的分析测量能力，同时尺寸测量是辅助评定的重要功能。软件具有的缺陷识别功能可实现缺陷的自动标记、放大、筛查、甄别及辅助评定；降噪处理技术可增强缺陷的识别能力；水印功能可对数字图像进行标识区分、智能归类与存储。数字成像软件系统功能如图8所示。图8数字成像软件系统功能3射线检查过程数据监控与处理传统射线检测中，对放射源的过程管控时有失效事件发生。而射线检测数字化要求对放射源实现在线监控，基于监管平台的区域监控系统（见图9），集现场区域剂量、视频监测于一体，通过数据管理平台实现了数据的存储和交换，能对放射源进行定位追踪和异常状态报警。即对现场放射源的使用、检测区域剂量状态、工作过程及异常等进行信息化管理和实时监控，实现监测信息化、自动化和网络化，提高监测和决策的科学性。图9射线数字化区域监控与处理设备长周期管理核电厂射线检测设备管理主要依靠台账和纸质文件，设备状态依靠人为记录和跟踪，长周期管理流程繁琐，需要投入大量的人力和物力，同时设备状态不易查询跟踪和监督，易导致设备的维护与保养缺乏针对性。因此，检测设备信息管理平台的开发与建设是解决这些问题的有效措施，某信息管理平台的界面示例如图10所示。

图10检测设备信息管理平台界面示例

放射源信息管理能实现对放射源从采购、使用到报废的全过程监控，主要包括放射源新增管理、基本台账、运行管理、统计分析、许可证管理、维护等多方面的数字化管控，即实现放射源从入场入库、使用、运输交接、报废、盘点等长周期的数字化管理。生产设备信息管理能实现对生产设备的全流程管控，包括从立项、方案设计、制造、装配调试、验收、移交、服役到退役的全过程和长周期管控，以保证生产设备的质量。

设备全寿期管理能实现对使用中的设备从采购入库、领用、维保与报废的全过程管理，对设备状态进行多方位、全寿期的管控，管控中通过操作日志信息、年度维保计划、设备维保记录、设备维修记录、设备改造计划、设备改造记录等，保证设备长周期处于受控状态，其全寿期管理模块如图11所示。

图11检测设备全寿期管理模块结语融合射线检测现场技术提升、数字成像及分析软件开发以及设备长周期管理于一体的综合性射线数字化技术，对核电行业进行综合改进和升级，可使射线检测全面走向智能化、数字化、高效化，推动核电行业射线数字化