工业CT用X射线机射线强度分布研究.PDFVIP

第 38 卷 第 9 期 核 技 术 Vol.38, No.9 2015 年 9 月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2015 工业CT 用X 射线机射线强度分布研究 张 催 李公平 潘小东 魏绪波 商宏杰 饶 松 郑赛春 张益海 （兰州大学核科学与技术学院 兰州 730000 ） 摘要 X 射线机是工业 CT 中使用最广泛的X 射线源，但因阳极效应以及自身结构的限制，其射线强度空间分 布不均匀，系统的研究和测量其射线强度分布对于实际应用十分必要。利用 CsI(Tl)光电二极管探测器测量了 射线强度在不同轴线上随角度的分布，给出了理论分析，并与蒙特卡罗法计算结果做了对比，提出了“展宽效 应”，解释了边界射线强度分布展宽的现象。比较了大、小焦点射线强度分布的情况，给出了其在阴极末端出 现差异的原因。结合其在竖直方向的射线强度分布以及对称性，给出了 X 射线强度的二维分布。结果表明， 在张角 20° (‒10°‒+10°) 的范围内，射线强度分布均匀（最大相对偏差 4.59% ），张角越大均匀性越差，在阴极 端边界射线分布出现外延。 关键词 强度分布，X 射线机，工业 CT，阳极效应 中图分类号 TL99 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2015.hjs.38.090201 X 射线机作为 X 射线源，由于其相对小巧、射 线强度大，且射线能量和强度可以通过调节管电压 1 实验条件与设置 和管电流在较大范围内连续可调，因此得到了广泛 实验条件及分析模型如图 1 所示。图 1(a)为阳 应用[1‒2] 。尤其在工业CT 系统中，由于对射线强度 极效应示意图，(b)为分析模型及几何布置，(c)为探 以及实用性的要求很高，普遍采用X 射线机作为射 测平面几何示意图。其工作原理为：反射式 X 射线 线源。X 射线机主要包括透射式和反射式两种，对 机，由阴极发射电子经过电场加速，以一定的能量、 于通常采用的反射式 X 射线机，存在阳极效应，这 束流强度以及焦点大小打到阳极靶上，常用的靶材 会导致辐射场射线强度分布不均。同时靶材料、靶 是钨和钼。电子与靶物质的原子核和电子相互作用 角、焦点尺寸以及开口的结构也会影响射线强度分 损失能量，通过轫致辐射以及特征辐射发射 X 射 布。辐射场射线强度分布不均将给图像重建带来很 线[5‒6] 。与此同时，靶物质对产生的 X 射线存在自 大影响，需要进行处理[3‒4] 。经过校正能够极大地减 吸收，对于同一位置产生的 X 射线，由于射线出射 小其影响，因此系统的研究和测量射线强度分布是 角的不同，穿过靶到达靶表面的距离也就不一样。 十分必要的。此外，对于不同的被测物体，可以根 如图 1(a)所示，近阴极端 X 射线出射靶表面前所要 据辐射场射线强度分布来布置合适的空间位置，使 经过的距离与近阳极端相比要小，靶对射线吸收相 得被测物体尽量落在射线强度均匀的辐射