[發明專利]基于光核反應檢測材料缺陷的方法及系統

無效

• 申請號: 200910244359.2
• 申請日: 2009-12-29
• 公開（公告）號: CN102109476A
• 公開（公告）日: 2011-06-29
• 發明（設計）人: 李元景;康克軍;楊祎罡;李鐵柱;張勤儉;楊鵬
• 申請（專利權）人: 同方威視技術股份有限公司;清華大學
• 主分類號: G01N23/22
• 分類號: G01N23/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范曉斌;楊松齡

技術領域

本發明總的涉及利用加速器產生的X射線對材料進行缺陷檢測的技術，更具體地，涉及基于光核反應檢測材料缺陷的方法及系統。

背景技術

在無損檢測領域，利用X射線透射成像、CT、衍射、中子照相、超聲波檢查、電子顯微鏡等手段對材料進行缺陷檢查，能夠發現的最小缺陷尺度為1μm。對于更小尺度的缺陷，這些類型的技術將無能為力。而在某些特殊的應用場合，例如飛機的發動機葉片，需要對更小層次的缺陷進行檢測。并且希望能夠通過檢測來對材料的工作壽命進行早期的判斷。前述的這些技術往往都是在缺陷已經明顯地發生之后才能發現，因此不能滿足實際的要求。

利用正電子湮沒技術對材料的缺陷特性分析是一種已經發展了幾十年的技術。利用該技術，通過對正電子湮沒時產生的2個511keV?γ光子能譜的測量，可以分析材料中的負電子動量分布。由于材料的缺陷情況與負電子動量的分布情況直接相關——缺陷越多的材料，低動量電子所占的份額也就越多，因此根據負電子的動量分布就可以對材料的缺陷狀況作出判斷。正電子湮沒分析技術能夠對亞微米尺度的缺陷進行檢測，這是比前述的其它方法更為靈敏之處。但是，正電子湮沒分析也有一個明顯的缺點，即它所用到的探測射線是正電子射線，而正電子射線的能量一般在1個兆電子伏左右，這樣大能量的正電子在介質中的射程很短，僅為mm的量級——這意味著利用外置的正電子源對材料進行正電子湮沒分析只適用于對表層的分析，如果要對材料的內部進行分析，普通的正電子分析技術是無能為力的。

因此，需要改進的正電子分析技術來對被檢測物體的內部進行缺陷檢測。

發明內容

本發明的目的之一是提供一種基于光核反應檢測材料缺陷的方法。該方法包括步驟：用高能X射線掃描被檢測材料，高能X射線能與被檢測材料中的目標核素發生光核反應以在該被檢測材料內部產生正電子；使用探測器測量由于所述正電子發生湮沒而產生的γ光子能量以獲得γ光子能譜展寬；以及分析所述γ光子能譜展寬以判斷被檢測材料的缺陷情況。該方法利用高能X射線與被檢測材料內部的核素發生光核反應，在被檢測材料的內部產生正電子源，從而解決了外部正電子源無法對材料內部進行檢測的問題。

本發明的目的之二是提供一種基于光核反應檢測材料缺陷的系統。該系統包括射線源，用于提供高能X射線，所述高能X射線能與被檢測材料中的目標核素發生光核反應以在該被檢測材料內部產生正電子；探測器，用于測量所述正電子發生湮沒而產生的γ光子能量以獲得γ光子能譜展寬；以及信號分析裝置，用于分析所述γ光子能譜展寬以判斷被檢測材料的缺陷情況。該系統利用高能X射線與被檢測材料內部的核素發生光核反應，在被檢測材料的內部產生正電子源，從而解決了外部正電子源無法對材料內部進行檢測的問題。

通過閱讀下列的詳細描述及參考附圖，本發明的其他目的和優點將變得很明顯。

附圖說明

圖1為根據本發明基于光核反應檢測材料缺陷的系統的示意圖；

圖2顯示了正負電子湮沒的示意圖；

圖3顯示了正負電子湮沒的多普勒展寬；

圖4顯示了材料缺陷處的正負電子的湮沒；

圖5顯示了511keV?γ能譜在有缺陷時和無缺陷時的不同多普勒展寬；

圖6顯示了不同缺陷情況與511keV?γ光子能譜展寬分析結果之間的關系；

圖7顯示了多普勒展寬譜的線形參數定義示意圖；和

圖8顯了了利用FWHM法分析511keV?γ能譜的示意圖。

具體實施方式

圖1為本發明基于光核反應檢測材料缺陷的系統的示意圖。如圖所示，15MeV的電子加速器產生的高能X射線對被檢測樣品進行掃描。由于X射線在物質中具有很強的穿透能力，因此能夠深入到樣品的內部，而不是普通正電子的只能分析表層，X射線在深入到材料的內部之后，可以和樣品內部的某些原子核發生光中子反應，使得原子核損失一個中子，損失中子之后的原子核由于成為了缺中子核，因此具有β+放射性，可以發射正電子，這樣正電子就在樣品的內部產生了。