X射线荧光屏幕检测优化方案

实时射线成像的最重要过程是利用荧光屏将射线与光进行转换，转为光信号可直接观察。也可放大或转换成一种视频信号，显示在显示器上，或录像或用其他记录工具。

使用荧光屏直接观察图像叫荧光屏法，最初X射线荧光屏是氰亚铂酸钡涂层，1914年引用钨酸钙屏，1933年才制作出较理想的以银作激活剂的硫化锌镉屏[ZnCdS（Ag）]，可发出高亮度的黄-绿色荧光。

以前实时成像一直被称作“X射线荧光屏法”，而今工业实时射线成像系统称之实时射线成像或实时射线照相。

1.荧光屏工作原理

荧光屏由荧光物质微粒构成，荧光物质分散在粘合剂中，并被涂在光反射支承基体上，如图2-5所示。

一束X射线或γ射线光子沿Z轴垂直入射到荧光屏上，在Z点激发一粒荧光物质，此粒荧光物质发射出荧光，这些光子的进行路程如图2-5所示。屏中荧光物质产生某一光子，具有离开发射表面可能性是依赖于：

1）散射作用的数量；

2）每次与荧光粒子相互碰撞中被吸收可能性；

3）荧光物质的X射线阻止能力；

4）碰撞之间自由行程空间取向。

2.荧光屏结构和材料

荧光屏选用支承材料取决于它的使用要求。一般荧光屏使用白色塑料或纸板作基体，基体厚度约0.4mm，并对基体材料有一些要求：

1）必须是化学惰性，不与发光材料产生不恰当反应；

2）必须能均匀透射射线；

3）对射线照射场有足够耐久性。

荧光屏的发光层是微粒状荧光物质和适当的粘合剂组合，把它们均匀地涂敷在支承基体上，最终堆积荧光粒子密度为平均密度4.5g/cm³，而层的厚度约为85mg/cm²，这样就构成了荧光屏。最后在屏的表面涂一层保护层，防止划伤和磨损。

图2-5 荧光屏结构示意图

●—激发微粒 ○—光子的吸收

荧光物质发光亮度和它的分辨能力决定于荧光物质颗粒尺寸。由于颗粒尺寸和荧光物质的装载量增加，屏的发光输出也增大，它的分辨能力由于荧光物质里的散射而变坏。

从几种屏的对比试验^[7]指出，当辐射剂量率为常数时，屏的发光亮度随电离辐射能量提高而增大。在有效能量达50keV范围内，亮度L与辐射剂量率P_B有最大比值，对一般屏，此能量下为

3.荧光屏特性

荧光屏特性包括：效率、发射光谱、持久性、不清晰度和灰度系数。(www.xing528.com)

1）效率：把X射线转变成光线的总效率，由以下部分组成：

①入射X射线吸收效率n₁；

②内部被吸收射线转变成光线效率n₂；

③光线透射效率n₃，由荧光屏涂层内光程长度决定。

总效率可表示为

n=n₁n₂n₃ （2-2）

吸收效率n₁是入射通量被荧光屏吸收的百分数，X射线能量较低时，其吸收大于散射，吸收效率均等于射线束的衰减。

效率n₂约等于荧光物质在阴极射线激发状态下的效率，此数据可单独测量。

效率n₃，在荧光屏的散射参数、吸收参数以及表面条件已知情况下，可计算出来。

2）发射光谱：对几种荧光屏发射光谱，在140kV的X射线能量下适当响应（对人眼）有关光输出测量得出，随射线强度增加适光响应输出有所增加，最大值是绿色。

3）持久性：是指自激发后的发光持续时间，持久性是荧光物质的一种特性，有些荧光物质具有指数衰减形状，而另一些则具有长长的衰减尾巴形状。对于衰减得较快的荧光物质，其持久性会由于纯度和制造过程不同而有显著变化。

4）不清晰度：不清晰度主要是荧光物质的粒子尺寸和屏厚度函数，随两参数增大而增大。荧光屏光透射特性对不清晰度也有影响。

因为，不清晰度扩散了锐利缺陷边缘形状，从而影响缺陷正确测定。若以U代表荧光屏不清晰度，C表示亮度变化百分比的对比度，d为屏显示缺陷宽度，则对一个固有U值而言，对比度C值变化就会使不清晰边缘坡度产生变化。从图2-6可看出，当d＜2U时，除非C₁大于最小识别对比度，否则这缺陷就看不出来，这关系式可写为

一般工业上通用荧光屏，其不清晰度值变化范围为0.5～1mm。

5）荧光屏灰度系数：荧光灰度系数γ是输出屏图像亮度B和输入X射线强度I之间的对比度的测量值即

它和胶片射线照相一样，输出的图像在其邻接区域存在一个最小亮度比值，当大于这个比值时，观察者或图像放大器才能识别出来。在工业射线成像的射线能量下，荧光屏的灰度系数非常接近1.0，就整个成像系统的γ值而言，荧光屏本身是很难来限制这个因子的。

4.屏的发光亮度

从铁、铝、镁基体合金的部件厚度5～50mm，X射线管电压U=30～120kV的荧光屏检查法指出^[7]，屏的亮度变化范围为10^-4～10cd/m²。在这种亮度范围内视觉敏感性比在底片观察灯上审查X光底片还要差。当亮度从10^-4增到10cd/m²时，视觉敏感性可以显著得到改善。当减低亮度和图像对比度时，屏的分辨力急剧降低。

利用荧光屏X射线透视法是因图像对比度（亮度对比）而受到限制，如同视觉敏感性一样，依赖于图像的平均亮度。从荧光检查屏主要参数分析指出，为扩大X射线检查法的使用范围，必须使用较大的有效果的转换器，如闪烁单晶体屏、电子-光学转换屏等。

图2-6 不清晰对缺陷检测的影响