[發明專利]針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像系統及方法

在審

• 申請號: 202110356274.4
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113358674A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王盛;敬罕濤;田斌斌
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N23/05
• 分類號: G01N23/05;G01N23/046
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 張海平

本發明公開了一種針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像系統及方法，包括中子源、探測系統以及用于帶動鋼筋混凝土構件轉動的旋轉樣品臺，其中，鋼筋混凝土構件位于旋轉樣品臺上，中子源發出的中子束流照射到鋼筋混凝土構件后進行透射，再經探測系統記錄透射中子數據，該系統及方法能夠實現鋼筋混凝土構件的成像。

技術領域

本發明屬于中子無損檢測技術領域，涉及一種針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像系統及方法。

背景技術

鋼筋銹蝕是當今世界影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素之一，嚴重的銹蝕可導致鋼筋混凝土建筑物的服役退化乃至失效破壞，已成為全世界普遍關注并日益突出的一大危害。深入地追蹤研究混凝土構件中鋼筋銹蝕的發展規律，是當前亟需解決的一個研究難題。針對鋼筋混凝土構件的檢測，國內外學者進行了大量探索工作。如代爾夫特理工大學Branko Savija等人在非專利文獻1(B.Savija,M.Lukovic,S.A.S. Hosseini,J.Pacheco,E.Schlangen,Corrosion induced cover cracking studied by X-ray computedtomography，nanoindentation, and energy dispersive X-ray spectrometry(EDS)，Mater Struct, 48(2015)2043-2062.)中利用了X射線斷層成像技術觀測鋼筋銹蝕過程，但受限于X射線穿透能力較弱的特點，X射線斷層成像技術往往僅適用于小尺度鋼筋混凝土構件的檢測。相比于X射線，中子同樣是一種理想的微觀探針，其具有電中性、穿透性強、有特征共振峰結構、有磁矩以及可分辨同位素、輕元素及近鄰元素等特點。針對大尺度鋼筋混凝土構件的檢測，中子射線無損檢測技術具有巨大的優勢。在非專利文獻 2(P.Zhang,Z.L.Liu,Y.Wang,J.B.Yang,S.B.Han,T.J.Zhao, 3D neutron tomography of steelreinforcement corrosion in cement-based composites,Constr Build Mater,162(2018)561- 565.)中，青島理工大學張鵬等人首次采用三維熱中子斷層成像技術對混凝土內鋼筋銹蝕情況進行檢測，得益于中子的強穿透性和對輕元素(特別是氫元素)敏感等優勢，證實中子斷層成像技術適和大尺度混凝土構件的檢測，并可以獲得較好的分辨率。但其太依賴腐蝕產物中氫的分布，并且無法對腐蝕產物內核素成分進行識別。在非專利文獻3(D.Sudac， K.Nad,J.Obhodas,V.Valkovic,Corrosion monitoring of reinforcedconcrete structures by using the 14MeV tagged neutron beams,AdvancedEnvironmental,Chemical,and Biological Sensing Technologies IX,2012.)中，D.Sudac等人利用氘氚反應產生14MeV中子，并探測出射的α粒子和特征γ，進而獲得銹蝕鋼筋混凝土構件內部的元素成分，但該技術無法進行成像。針對鋼筋混凝土構件銹蝕情況檢測，目前國際上沒有既可以識別銹蝕產物成分，又可以獲得其空間分布的技術。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像系統及方法，該系統及方法能夠實現鋼筋混凝土構件的成像。

為達到上述目的，本發明所述的針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像系統包括中子源、探測系統以及用于帶動鋼筋混凝土構件轉動的旋轉樣品臺，其中，鋼筋混凝土構件位于旋轉樣品臺上，中子源發出的中子束流照射到鋼筋混凝土構件后進行透射，再經探測系統記錄透射中子數據。

中子源的能譜寬度及能量分辨率均滿足鐵元素和氧元素的識別要求。

一種針對鋼筋混凝土構件設計的中子共振CT成像方法包括以下步驟：