GB/T 31363-2015 无损检测 热中子照相检测 总则和基本规则 GB/T31363-2015 标准压缩包解压密码：www.bzxz.net

1CS 19.100
中华人民共和国国家标准
GB/T 31363—2015/ISO 11537:1998无损检测
热中子照相检测
总则和基本规则此内容来自标准下载网
Non-destructive testing-Thermal neutron radiographictesting--General principles and basic rules(ISO 11537:1998,IDT)
2015-02-04 发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2015-10-01实施
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。GB/T 31363—2015/ISO 11537:1998本标准使用翻译法等同采用ISO11537：1998《无损检测热中子照相检测总则和基本规则》。
本标准由全国无损检测标准化技术委员会（SAC/TC56)提出并归口。本标准起草单位：中国原了能科学研究院、上海材料研究所、上海泰司检测科技有限公司、中国工租物理研究院核物理与化学研究所。本标准主要起草人：陈东风、韩松柏、刘蕴韬、毛洪立、武梅梅、魏国海、唐彬、王雨、贺林峰、孙凯、孙勇、郝丽杰、刘晓龙、李玉庆、金宝飞。1
辐射防护和安全替示
GB/r31363—2015/IS011537:1998无损检测热中子照相检测
总则和基本规则
由于人体的任何部位暴露在中子X射线、伽马射线等辐射射线中都能损害健康，当使用中子照相装置或放射源时，宜采取足够的防范措施来保护装置操作人员及附近的其他人员。国家关于中了、X射线或俪马射线辐射的安全限侦和辐射防护相关惯例依然有效。如果国家没有相关的官方规定或推荐使用准则，宜参照国际辐射防护委员会（IntcrnationalCommissiononRadiologicalProtection）颁布的最新推荐使用雅则。1范围
本标推明确了运用“热中子照相披术\进行无损检测的基本准则，主要是利用光敏胶片作为记录介质，范阅包括中子的产小及准直方法，转换序的选择、胶片的使用、成像技术的选用和被测材料的类型。需要指出的是其他非感光胶片记录介质在将来也可得到广泛的垃用。本标准适用于材料制备或加I过程中的无损检测。
2背景树料
随录A为中子照栏栏美约术源。附录B为中子在材料中的衰减系数表，3中子照相方法
中子照相与×射线照相均基于透射成像原理：辐射束通过物体时，出丁物体不同部位的成分、厚度或形状不同，其强度被衰减·从而提供物体内部细微结构的信息。透射束再使胶片直接或间接螺光，生成反映物体特性的图像。由于材料对X射线和中子的吸收特性差别很大，这两种技术通常可以互补。图1给山了中子和×射线的衰减系数与原子序数的关系。1
CB/T31363—2015/1S011537：19981000E
4整体装置
中子 (i-0.146 nm)）
x射线（Ymm=125V）
原子序数
图1热中子与x射线的质孟衰减系数Th
典型的热中子照相装置包括热中子源、中子束准直器、转换屏、胶片和喉光暗盒。一套典型的中了照相装置示意图如图2所示。
iiKacaOaiKAca
说明：
屏蔽体；
中子源；
3--—慢化体；
1..一偏马过滤器：
5—光阐H径(D);
直器：
发散子束；
.物体；
片其；
感光乳剂：
转换屏；
直长度(L)。
5中子源
GB/T31363—2015/ISO11537:19989f011
典型的有发散型准直器的中子照相装置图2
可用于热中子照相的中子源通常能分为三类：放射性同位素源；
密封中子管和粒子加速器；
核反应堆。
这些源都会产生较高能量的巾子，通过中了慢化休能慢化为热中子，慢化材料包括铍、石墨、水、油、塑料等。
5.1同位素源
同位素源的优点是体积较小，可移动，但中了注量率较低，需耗费较长的曝光时间获得一定的成像质量。许多同位索源已经被应用在中了照相领域，常用的同位素源如表1所示。22(f源具有较小的物理尺寸，可以产生能量较低、注量率较高的中子束流，是热中子照相中最为普遍采用的同位素源之一。3
GB/T 31363—2015/ISO 11537:1998表 1中子照相可用的放射性同位素源敬射源
zu Am-aaCm-Be
24Am-13e
21a Pu-Be
ia SbBe
5.2加速器源
(a, n)
(n，n)
自发核裂变
半衰期
163天
458年
138天
高中子产额，短半哀期
伽马可以简单地屏蔽，很长半衰期低伽本底，短半衰期
高伽马本底，短半衰期,高中了产额，慢化穿易体积小，中了产额高，长半衰期，谗化容易，是种很具潜力的可移动式中卡游
已用于热巾子照相的加速器中了源包括：基于H(d，Ⅱ)*He反应的密封中了管和低压加速器,基于(X，n)反应的高能X射线装置、Van de（raaff 加速器和使用带电粒子中子反应的回旋加速器，这些加速器的靶被中子慢化剂包裹，将快中子慢化为热中子。在被谁直之前，加速器中子源的热中子注量率能达到 10n/(cm\. s)。
5.3核反应堆
由于具有高的中子产额，核反应堆是热中子照相中了源的首选，高的中了注量率可保证获取高准直的中了束流，并能在相对较短的曝光时间内得到高分辨率的图像。反应堆中子源的缺点是反应堆建设和运行的成术非常高，叫移动性差，反庭堆运行对诈可制度严格、规章复杂。6中子准直器
从中子源产生的中了向所有方向发散，在慢化剂中进一步被无规则敬射。热中了束被准直后，可大人提高中了照相成像的质量。使用高谁直的热中子束，并将被检测物体紧靠成像装置，可以获取具有最住分辨率的图像。
6.1准直器设计原则
中子准直器的材料宜采用具有较高的热中子吸收截面的材料，如翻或镉，能够保证点接到达成像装置的中了数量相对较多，征散射的中子数量相对较少。此外，具有高中子散射截面的材料（如含氢材料）或者在中子俘获时产生二次辑射的材料（如钢、，镉等)可造成胶片成像模糊，这样的材料不宜放置在成像装置附近，中子被研俘获后产生的470keV的伽马射线也可导致胶片成像模糊，为达到最住的谁直效果，同时避免二次辐射的发生，巾子准直器通常采用复合材料。有时需要采用可以吸收中子但二次辐射剂量非常小的材料，如碳酸锂材料。准直器长度（L）、入口光阑直径或光阑的最大尺寸（D）、光闲形状等因素会影响中子照相装置的空间分辨率，L/D值通常用作描述装置的有效准直比，例如，如果装置的L/D值是儿百，这个装置的分辨率高于L/D值为10的装置。尽管L/D值是评价装置性能非常重要的参数，但其他因素例如物体尺寸、物体散射特性也能显著影响最终的成像质量。除了L/ID值之外，L，值本身也非常重要。因为L值是有限的，物体与成像装置间的距离为1，则成像的不锐度(不清晰度)可以表示为放大因子工/(L一t):
iiKacaOaiKAca
6.2准直器类型
GB/T31363—2015/IS011537:1998有多种不同的准直器设计已经用于试验，目前最为广泛采用的是发散型准直器（图2），它可以满足尺寸较大物体的成像要求。发散型准直器是一个由中子吸收材料构成的锥形通道，锥顶（人口光阑）与中子源相连。
另外一类重要的准直器类型是针孔准直器，可能得到高分辨率图像（如图3所示）。针孔出如锅、或硼等具有很高热中子吸收系数的材料制成：说期：
1—-并蔽修；
—中了源；
慢化剂：
4·你马过滤器；
针北经(D)：
一发散中了束；
7--—物体；
片基；
9感光乳剂;
-转换屏；
推直长（L）。
图 3典型的具有针孔准直器的中子照相装置6.3伽马过滤器
中子源产生的伽马辐射能导致胶片图像模糊，降低成像对比度，在实际应用中应尽量降低伽马射线的剂量。由铅或铋制成的过滤器可置于准直器的人口，降低中子束中的伽马辐射。当使用铋过滤器时：建议将过滤器放置在-…-个密封的铝制暗盒中，能防止由于29Bi俘获中子产生210Po时，α粒子污染的扩散。
6.4中子散射
将中了束尺寸限制到实际应用的最小爆光面积，同时慎重地使用中子吸收材料和伽马射线屏蔽材料，能降低序蔽墙或装置产生的背散射辐射。在中子曝光过程巾，在胶片暗盒后面放置·-个由中子吸收材料（如钇）制成的标牌和-个由伽玛射线屏蔽材料（如铅）制成的标牌，能用来检测背散射辐射。如果5
GB/T 313632015/1S0 11537:1998背敬射辐射存在，一个或两个标牌的图像会山现在胶片上，此时，宜减少曦光区域内散射或发射辐射的材料（见7.1)。将或其他适当的中子吸收材料放置在探测器之后，能有效地降低中子背散射对成像的影响。
7成像方法和转换屏
中子不带电荷，不能电离，无法在胶片！直接成像，为获取中了照相图像，需要使用转换屏，其俘中子后产生电离辐射或光，能使胶片曝光，如图2所示。为了得到质量较高的图像，需要保证转换屏与胶片紧密接触：转换屏价格品贵，宜存放在个可以有效避免物理损坏或腐蚀的环境中。当不使用时镝转换屏需要存放在真空环境中，以减小空气腐蚀，尽量延长使用寿命。7.1直接曝光法
在直接曝光法中，胶片和转换屏一起置于不澜光的密封盒内，在巾子束巾曝光，转换屏俘获中子后发射电了使胶片曝光。与中子作用产生70kcV的电子，屏应用广泛，叫做成独立的薄片、蓝宝石的涂层，或者通过蒸气沉积将盖在铝制基底上。第二炎转换屏是荧光屏，如GdO.S：Gd或者LiF/ZnS，屏的发射光谱建议与胶片的响应光谱匹配以获得最佳效果。
使用钇金属屏的直接胶片方法可以获取高的分辨率和好的对比度.是其他中了照相技术进行能比较的基准，但如果中子束包含大量伽马辐射或者材料其有较高的放射性，则不能采用这种方法，此外，也存在些其他的直接光法,们是它们超出了本标准的范围。7.2间接曝光法
几乎所有放射性物体的成像检测均使启间接曝光法，本方法中，胶片不与转换导同时在辐射束中光，受马辐射的影响较小。转换屏在中子束中曝光产生缓发放射性，之后，将转换屏与胶片-起放置在暗盒或其他光密封器件中，活化的转换尿衰变放出日粒子能使胶片感光。间接曝光转换屏的构成材料包括、铟、和金。镝和铟是许多应用的最佳选择，因为镝转换屏具有较快的成像速度。许多材料(如金)在中子照相中不是经常被使用，因为它具有相对较长的半衰期(2.7大），需要过长的曝光时间和衰减时间。
间接转换屏曝光的时间不宜超过材料半衰期的三倍。凶为活化率和衰变率在此时基本相当，更长时间的照射并无益处。尽管有时候鉴于方便整晚曝光，但三倍或四倍半衰期对于将图像信息从转换屏传递到胶片已经足够了。为了提高转化过程的速度，X射线成像使用的增感屏也可用于中子照相。四个半衰期后，间接转换屏能安全地重复使用而不用扭心二次爆光。7.3其他成像方法
其他成像装置在某些应用1是十分有用的，但是本标准关注的是胶片成像，所以没有详细介绍。表2一些代表性的热中子探测材料元素
核反应
n+α)'Li
e Dy(,)ld y
55 Gd(n, )15s Gd
147Gd(n)Gd
活化产物半衰期
139min
iiKicaQaaiKAca-
截面（barn）
254 000
成像方法
8胶片
核反应
1 Au(n, Y) s Au
in(,)lisIn
l.itn, α)'H
a Rh(n) *Rh
表2（续）
活化产物华衰期
54 tnin
CB/T31363—2015/ISO 11537:1998截面（bar）
成像方法
几乎任何恶嫩片都可用于中子照相，但为了在直接法或闻接法中得到最好的成像效果，在大多数成用中望设使用工业照相胶片，单面胶片的分辨率最好。在应用中，胶片懂用双面感光乳胶可以提高速度，但牺牲了-些分辩率。手动或自动处理X射线成像胶片的方法和应用原则也同样能适用于中子照相殷像胶片的处理过程。
9暗盒
9.1概述
接曝光法或间接曝光法均需使用暗盒。在所有使月胶片的应用中，推荐使用真空暗盒，以确保胶片和转换屏紧密接触，防围由于接触不底导致破损。9.2结构材料
制造培盒的材料宜避免引起中了的散射或二次辐射，定选用对中子透明的铝或镁。如果使用商业瞻盒,宜不含有塑料,其表面平板的材料宜为较薄的铝材.荐核级 A199,0 Cu(1 100)或 AlMg1SiCuTF（60616）铅暗盒的材料宜完全避免或慎重使用形或含氢的垫材料。对于屏-胶间接曝光法，暗盒材料不是至关重要的因素，因为暗盒不会暴露在中子束中，因此不需要考虑中了散射和二次辑射。市场上的普通真空暗盒他能成用于间接曝光法。10热中子照相的应用
虽然X射线照相和中子照相有许多相似之处，征是两种方法之间的差异使得它们在各自的领域内均有着重要的作用。中于照相在一些特殊的领域中起着非常重要的作用。10.1高密度材料中低密度材料的检测热中子照相特别利于检测包含在致密性材料（如金属)中的轻元素。一个典型的例子是利用中子对隐藏在儿英寸厚铅板中用蜡涂写的字符进行成像。虽然X射线难于穿透铅，但对中子束面言却较容易。类似的应用还包括检查弹药和其他爆炸装置，定位和测量金属中的氢，检测金属容器中的水分或液休，测定蜂窝状结构中粘连，确认密封结构中的形圈和挚片的位置，检测飞机结构部件的腐蚀情况，研究流体系统的流动，以及检测核燃料元件的裂变产物等。GB/T31363-—2015/1SO11537：199810.2相近密度材料的检测
当物体纽成材料的密度相近时，热中子照相能有效地进行检测,而X射线照相则无能为力，X射线与元素相互作用的散射因子随密度增加而线性增加，而中子散射长度随原了序数无规则变化，如图1所示，因此，虽然有些材料密度相近，但它们的中子散射长度却差别很大，通过中子照相能有效地进行区分，实际的例子包括：中子照相检测和银铜焊材料，固态电子部件巾材料的移动，电池中电解质的迁移，重水和轻水之间的扩散，以及混凝七对潮气的吸收等。例如，钒可作为造影剂先预充人熔模铸件的内核材料中，残留在内部结构的微粒通过中子照相即可被检测到。这种技术经常被用来协助检查气冷涡轮叶片。
10.3同种元素同位素的区分
中子的衰减特性与材料的其他性质如密度或任何其他物现或化学性质不同，它是由中子与材料的核反应截面决定的，甚至同位素之间也存在差别，例如，由于135U和38U对中子的吸收能力存在很大的差异，利用中子照相能很容易地区分裂变同位素2U富集度不同的燃料芯块。另个例了是镉，它唯-的伺位素11C其有非常高的热中子衰减系数。此外,同位素氛、氛也能被区分。10.4高放射性材料的检测
间接中了照相对源于中子束或放射性样品的伽马射线不感，因此，这种技术在核工业现役装暨的检测中具有极其望要的应用，
11改善对比度
某些具有高亨子衰碱的核料能用于标记其他材料，以增加其在子照相中的对比度，如氧化木，把它抹到机裁的衣画，能使其在热中子照相的离像守非常的明显。其他对比剂包括、酮，甚垂水或油。
12像质计
GB/T 31362一2015明确了用于表征整个热中了照相装置性能的装置和方法。这些法能作为保证检测的重复性以及质显标准的基础。13中子活化
在中子照柑过程中，有些材料在直接中子束的照射下可产生放射性，根据中子吸收截面和半效期的不同，被中子照射之后，辐射仍可持续数小时或数大。这种次级辐射能对中子照相底片产生不利的影响，造成图像模糊，降低对比度，但更要注意的是辐射安全。应仔细分析用于中子照相装置的材料以及被照射物体的中了特性，此外，在爆光结束后还应对照相后的物体进行辐射检测。在正常操作之前需要等待段较短的衰减时间。
胶片暗盒可能被活化，特别是短时间内反复便用。放射性水平监测应制定一个蜡盒管理计划，这样能保证暗盒对操作人员的辐照达到最小。要注意将被活化的暗盒远离未曝光的胶片。用于直接中子照相的转换屏如钒、硼或锂通常具有较低的活化性能，很少出现问题。用于间接中了照相的转换屏采用了高活化性材料，它们在曝光时成为放射源，应小心处埋，特别是在巾子曝光之后转移到胶片暗盒内之前的这段时间。通常胶片暗盒会有效地屏蔽掉从这些屏中辐射出的大多数射线，8
-iiKacaQiaiKAca
附录A
(资料性附录）
中子照相术语表
GB/T 3t3632015/IS0 11537: 1998活化：物质受到中子或其他粒子轰击而具有人工放射性的过程。衰减系数：射线束穿透物质时，其强度的相对变化率（见线性和质量吸收系数）。较减截面：中子被原子核完全吸收的几率.用靶恩（barn)来表示。靶恩：核截面的单位，1barn=10-24 cm。镉比：中子探测器的响应与在同样条件下包覆了特定厚度辐层的响应之比。使用两个相同类型的巾了探测器（常用的活化类型是铟或金），其中一个直接暴露在中子束里，另个被辐片覆盖后再放在中子束里，对于相同的中子源，在相同的时闻内两个探测器响应的比值即为比（片保护下的探测器记录的主要是能量大于0.5eV的中子，镐比反应了中子谱中热中子的成分）。暗盒：一种不透光器件，在曦光过程中用来放置胶片或紧密接触在一起的转换屏与胶片。对比剂：一种可选择性吸收人射辐射的材料，把它添加到组分，可以提高分辨能力。转换屏：一种将带有成像信息的巾子束转变为射线或光的器件，射线或光再使射线胶片曝光。截面：根据与粒子碰撞反应发牛的几率计算核的表观横截面积，它不一定与几何横截面积元相等。截面用而积单位靶恩(barn)表示。直接曝光成像：在这种方法中，转换屏和胶片同时在中子束中曝光。电子伏特：电子经过1V电位差后所获得的动能。伽马(伽玛)射线：产生于原子核的电磁辐射。半衰期：一定数量的放射性原子衰变…-半所需的时间。半值层(半价层)：使入射射线束强度降低到原来强度一半所需要的吸收材料厚度。间接曝光成像：在这种方法中，只把对射线不敏感的转换屏暴露在中子束巾活化，之后，再把转换屏直接接触胶片，使其曝光戒像。同位素：原子核内具有相同的质子数(Z)和不同的中子数（N)，但在元素周期表巾处于同一位置的一些核素。
L/D值(L/D比）:从人射孔到成像平面之间的距离（L)与入射孔直径（D)之比,为中子照相装置分辨能力的一个量度。
线性衰减系数：射线束在材料中穿行单位距离时，其强度相对诚弱的量度（cm1）。质量衰减系数：射线束强度在单位表面密度中相对减弱的量度（ct2·g-1）。慢化剂：用于慢化快中子的材料，当中子与原子量小的轻元索如氢、允、铍和碳等原子碰撞时，中了速度会减慢。
中子：一种质量接近1 的中性基本粒了，处于核外游离状态的中子是不稳定的，其半衰期约为10min
中子照相：利用物体的组成成分对中子的选择性吸收而实现成像，了解其内部细微结构。热中子：由快中子慢化直至与周围环境达到热平衡时得到的中子。总截面：吸收截面和散射截面的总和。真空暗盒：一种具有柔性人射窗口的不透光器件，在真空状态下运用时，本器件可以使胶片和转换屏在曦光过程中紧密接触。
GB/T31363—2015/1S0 11537:1998附录B
【资料性附录
通过乎均散射截面和热中子吸收截面得到的自然界中元素的热中子线性衰减系数表B.1通过平均散射截面和热中子吸收截面得到的自然界中元素的热中子线性衰减系数元素
原子序数
元案符号
iiKaicaoiaikAca-
线性衰减系数
（气体）
（气体）
（体）
（气体）
（气体）
(气）
（气体）
(气体）
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