分享：X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在核工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用

目前，膠片射線照相檢測在核工業(yè)領(lǐng)域的無損檢測中仍占據(jù)主要地位，但X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)已在相關(guān)研究和產(chǎn)品質(zhì)量控制中表現(xiàn)出極佳的檢出能力，且在工序簡化、成本控制、數(shù)據(jù)存儲等方面具有較大優(yōu)勢?？梢灶A(yù)見X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)將結(jié)合人工智能等技術(shù)得到進(jìn)一步創(chuàng)新和應(yīng)用。為此，文章簡要介紹了X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的分類、原理及特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹了其在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用概況及未來的挑戰(zhàn)和發(fā)展。需指出，文章討論的僅包括利用X射線管或加速器從單一視角獲取圖像的標(biāo)準(zhǔn)射線檢測技術(shù)，從理論及應(yīng)用基礎(chǔ)兩方面評估X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的實(shí)踐情況。 

1.   X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)概述

1.1   技術(shù)原理

X射線穿透被檢物體，因物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)、密度不同，對射線的吸收衰減也不同，使穿透后的射線強(qiáng)度出現(xiàn)差異，經(jīng)成像元件轉(zhuǎn)換形成反映被檢物體內(nèi)部狀況的影像。X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)主要是指將成像板、熒光屏、圖像增強(qiáng)器、間接數(shù)字探測器及直接數(shù)字探測器作為成像元件的無膠片數(shù)字射線檢測（Digital radiographic testing，DRT）技術(shù)和膠片數(shù)字化掃描技術(shù)，其示意如圖1所示[1-2]。 

圖  1  X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)示意

1.2   技術(shù)分類

膠片數(shù)字化掃描是對已曝光的膠片進(jìn)行掃描，將膠片中的光學(xué)密度（Optical density，OD）信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像的方法。膠片數(shù)字化掃描既不會改變膠片射線照相的作業(yè)流程，還可以解決膠片的保存問題，可融合人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)存儲和管理技術(shù)，開發(fā)遠(yuǎn)程輔助評片及數(shù)據(jù)庫管理等功能。因此，鑒于其他技術(shù)路徑在核工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)施難度較大、應(yīng)用對比和驗(yàn)證周期較長，可以將膠片數(shù)字化掃描做為并行發(fā)展的技術(shù)路線[3]。 

計(jì)算機(jī)射線（Computed radiography，CR）照相技術(shù)是將可重復(fù)使用的成像板（Imaging plate，IP）作為成像元件的X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)。在應(yīng)用中，CR最大的優(yōu)勢是作業(yè)流程與膠片射線照相的類似，可以快速適應(yīng)不同現(xiàn)場環(huán)境。其極寬的動態(tài)范圍可以將曝光時間縮短1/2以上，同時還適用于代替多膠片或者厚度補(bǔ)償?shù)膱鼍埃矣捎跍p少了化學(xué)藥劑的使用，CR能夠節(jié)省成本并提高生產(chǎn)力[4]。CR的缺點(diǎn)是圖像質(zhì)量比膠片射線照相的稍差且無法實(shí)時成像。 

數(shù)字射線照相（DR）是以直接或間接探測器作為成像元件的數(shù)字化射線檢測技術(shù)。平板型間接探測器的技術(shù)指標(biāo)對比如表1所示，以最常見的非晶硅探測器為例，其已實(shí)現(xiàn)像素尺寸優(yōu)于100 μm，1×1像素幀率為5~20 fps的指標(biāo)。此外，線陣列探測器像素尺寸可以優(yōu)于50 μm，結(jié)合延時積分技術(shù)可滿足在線檢測系統(tǒng)對高速、高靈敏度、低噪聲和高分辨率的要求。在高能領(lǐng)域，結(jié)合CdWO4等閃爍體以及屏蔽設(shè)計(jì)可以保證極端輻射條件下的檢測可靠性。薄膜晶體管（Thin film transistor，TFT）采用聚亞酰胺等柔性基板作為襯底，可以實(shí)現(xiàn)柔性探測器的設(shè)計(jì)，未來將適用于更多復(fù)雜器件的檢測中。直接探測器中，非晶硒探測器主要應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域中，碲化鎘（CdTe）、碲鋅鎘（CZT）、單晶硅（Si）則是當(dāng)前能譜成像的前沿研究內(nèi)容[5]。 

1.3   影響因素

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的物理基礎(chǔ)與膠片射線照相檢測的一致，但由于所用成像元件不同，在檢測圖像質(zhì)量表征、細(xì)節(jié)識別和檢測技術(shù)控制等方面都存在明顯差異。數(shù)字X射線檢測檢出能力的主要影響因素如圖2所示[1]。 

圖  2  X射線數(shù)字成像檢出能力的主要影響因素

膠片、膠片數(shù)字化轉(zhuǎn)化、CR和DR的技術(shù)指標(biāo)對比如表2所示[1，6]（表中所列信息為部分樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)下的結(jié)論，且多基于通用儀器設(shè)備及工藝，可能不適用于核工業(yè)的檢查場景，但可以幫助認(rèn)識不同技術(shù)路徑的總體對比趨勢）。 

2.   X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在核工業(yè)無損檢測中的應(yīng)用

核工業(yè)體系龐大，囊括了核燃料循環(huán)、核電建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)行、核反應(yīng)堆裝置研發(fā)及應(yīng)用、核技術(shù)應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)體系。射線檢測技術(shù)是核技術(shù)應(yīng)用的示范案例之一，在核燃料循環(huán)等產(chǎn)業(yè)體系中發(fā)揮了重要作用。隨著X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的發(fā)展，其在核工業(yè)的一些應(yīng)用也取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。 

2.1   核燃料元件制造階段檢查

燃料元件（包括棒、板、球等形式）作為核反應(yīng)堆的動力來源，是核反應(yīng)堆最為核心和關(guān)鍵的部件[7]。其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求對制造階段的燃料元件開展完整性檢查、形狀和尺寸檢查以及元素分布檢查。 

在燃料元件完整性檢查、形狀及尺寸檢查方面，射線檢測有著較為明顯的優(yōu)勢。針對燃料棒，荷蘭JRC聯(lián)合研究中心CASALTA等[8]對燃料棒、燃料球開展了膠片射線照相及中子照相，利用微密度計(jì)和激光掃描儀實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化檢測，盡管降低了射線檢測的空間分辨率，但依然實(shí)現(xiàn)了對被檢試件狀態(tài)、位置及完整性的檢查，最佳尺寸測量精度為20 μm，同時數(shù)字化后的圖像可以經(jīng)適當(dāng)校準(zhǔn)后用于區(qū)分材料的密度。該機(jī)構(gòu)還將X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)和中子成像技術(shù)用于對放射性核素的嬗變、輻照后SiC涂層燃料球等的檢測中。伊朗核科學(xué)與技術(shù)研究所NAZEMI等[9]基于MCNP方法模擬得到了對直徑為10.95~11.90 mm的UO2燃料芯塊、包殼材料為鋯合金的燃料棒的最佳射線檢測條件，并采用300 kV的X射線機(jī)對燃料棒進(jìn)行了CR檢測，曝光量為40 mA·min，并通過銅濾波器來減少散射的影響，燃料芯塊、彈簧、鋯合金包殼以及芯塊的間隙都清晰可見。中核建中核燃料元件有限公司李平等[10]針對300 MW燃料棒開展了平板DR成像檢測，靈敏度評價結(jié)果與膠片的一致：圖像分辨率對應(yīng)絲號達(dá)到D11級別，歸一化信噪比為122，缺陷影像與金相檢測結(jié)果也得到了交叉驗(yàn)證，滿足現(xiàn)有燃料棒的檢測要求。于文昕等對燃料棒焊縫DR成像檢測工藝參數(shù)對圖像質(zhì)量的影響規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示，焦距、管電壓、曝光量對靈敏度影響較大，而對分辨率影響相對較小。針對燃料板，中國核動力研究設(shè)計(jì)院從20世紀(jì)90年代開始在不同時期分別采用膠片射線照相法、176Tm軟射線實(shí)時成像法完成了對燃料板的芯體形狀和尺寸的測量。許貴平等設(shè)計(jì)了一套燃料板芯體定位檢測裝置，通過X射線機(jī)、線陣列探測器和平板探測器針對燃料板開展了DR成像，取得了良好的圖像效果，能夠準(zhǔn)確完成燃料元件芯體定位與檢測。中核北方核燃料元件有限公司張小剛等[11]針對鋁包殼燃料板建立了芯體自動定位檢測方法，結(jié)合圖像處理及自動識別技術(shù)，可以直接識別芯體邊界，并獲得芯體長度、寬度、對稱度、飛濺的燃料顆粒等信息。針對燃料球，北京航空航天大學(xué)YANG等[12-13]采用微焦點(diǎn)X射線源針對高溫氣冷堆的TRISO燃料球開展了相襯DR成像，采用NL P-M模型對獲得的圖像進(jìn)行去噪，得到了更為清晰的低密度包覆層邊界，提升了測量精度；同年分析了測試盲區(qū)，對稀疏視圖采樣使用了動態(tài)標(biāo)定等方法，實(shí)現(xiàn)了對漏失包覆燃料顆粒的自動識別。清華大學(xué)DU等[14]針對高溫氣冷堆球形燃料元件建立了一種自動X射線DR檢測方法，在管電壓140 kV的條件下每隔1°采集球形燃料元件的DR圖像，對球形燃料元件的半徑、幾何中心、質(zhì)量中心等多個參數(shù)進(jìn)行了檢測。印度尼西亞核燃料技術(shù)中心的ISMARWANTI等[15]針對直徑為60 mm，包覆層厚度為0.92 mm的模擬球形燃料元件開展了DR檢測，可以清楚識別到包覆層邊界和燃料顆粒。針對燃料管，中核北方核燃料元件有限公司湯慧等[16]針對環(huán)型燃料元件端塞柱面環(huán)焊縫和端面環(huán)焊縫開展了平板DR檢測，在推薦工藝條件下，端塞柱面環(huán)焊縫DR圖像最小可見絲徑為0.2 mm，對比金相結(jié)果，端塞端面環(huán)焊縫DR圖像可檢出直徑為0.1 mm以上的氣孔、夾雜等體積型缺陷。2024年該公司鄭賽春等[17]針對環(huán)型燃料元件建立了一套數(shù)字X射線芯體定位檢測系統(tǒng)，利用X射線機(jī)、平板探測器及運(yùn)動機(jī)構(gòu)對管型燃料元件進(jìn)行DR掃描成像，實(shí)現(xiàn)燃料芯體輪動的自動識別與定位，定位精度達(dá)到0.2 mm。 

燃料元件元素分布檢查方面，由于結(jié)構(gòu)特征的差異，單一視角的X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)主要用于燃料板的檢測中，以表征鈾分布均勻性或檢查其他毒物的團(tuán)簇現(xiàn)象。為了解決傳統(tǒng)X射線膠片法耗時且昂貴的問題，丹麥瑞索國家實(shí)驗(yàn)室的DOMANUS等[18]對比膠片法和CR法在MTR燃料元件質(zhì)量控制中的應(yīng)用，在一定范圍內(nèi)對鈾/鋁鑄錠缺陷的檢測靈敏度達(dá)到了2%，并可通過圖像灰度對燃料板的均勻性進(jìn)行評價分析，但為了達(dá)到準(zhǔn)確度要求，對同一件燃料板要進(jìn)行12次掃描。麻省理工學(xué)院ABIR等[19]利用Genesis NEO s60型膠片數(shù)字化儀將膠片轉(zhuǎn)化為數(shù)字化圖像，考慮了X射線錐束分布和光束硬化的特點(diǎn)，采用前瞻性算法對光場強(qiáng)度進(jìn)行修正，采用階梯試塊的多項(xiàng)式校正函數(shù)對光束硬化進(jìn)行修正，從而以3 mm×3 mm和0.5 mm×0.5 mm的柵格點(diǎn)評價了燃料板的鈾均勻性。印度巴巴原子研究中心金屬燃料部SINHA等[20]利用非晶硅平板探測器針對不同鈾面密度的燃料元件開展了DR檢測，繪制了絕對灰度值與估計(jì)鈾面密度的曲線，發(fā)現(xiàn)鈾面密度與灰度值呈線性關(guān)系，從而對燃料元件中的鈾進(jìn)行均勻性分析，然而觀察發(fā)現(xiàn)，在圖像拼縫位置也觀測到了差異較大的灰度分布，懷疑是X射線錐束分布和探測器不均勻響應(yīng)導(dǎo)致的。太平洋西北國家實(shí)驗(yàn)室的GILBERT等[21]嘗試?yán)肏EXITEC型CdTe能譜X射線探測器精確測量粉末中鈾的質(zhì)量，通過仿真和試驗(yàn)X射線源入射光譜模型提供逆運(yùn)算，通過類似于平板校正的方式實(shí)現(xiàn)探測器的校正，實(shí)現(xiàn)了對比色皿中鈾和氧質(zhì)量的估算，偏差為－0.01±0.62%，是目前可查的最高精度。然而，考慮到CdTe等能譜探測器的效率和尺寸問題，該方法的使用還有待考證。 

此外，X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)還可以用于對燃料組件中其他構(gòu)件的檢測，如中核北方核燃料元件有限公司張小剛等[22]在450 kV，0.6 mA的條件下對帶預(yù)置氣孔缺陷的壓水堆燃料組件管座開展了DR檢測，結(jié)合透照角度變化可以獲得全尺寸的上下管座圖像，清晰識別?0.3 mm和?0.5 mm的孔型缺陷。 

2.2   核燃料元件輻照后檢查

輻照后燃料元件的檢測目標(biāo)與制造階段的類似，獲取輻照腫脹、芯塊破裂、彈簧缺失等信息以評價燃料元件的服役性能或確定破損失效的原因。但輻照后的燃料元件帶有強(qiáng)放射性，不僅會造成信噪比降低，還對遠(yuǎn)程、自動檢測提出了更高要求。 

印度英迪拉甘地原子能研究中心SARAVANAN等[23]在360 kV條件下對輻照后燃耗深度達(dá)到112 GWd/t的鈾钚混合氧化物（Uranium plutonium mixed oxide，MOX）燃料棒進(jìn)行膠片射線照相檢驗(yàn)，并使用激光掃描儀完成了膠片的數(shù)字化，評價了芯塊的完整性，結(jié)合Laplace算子等圖像處理算法，測量了燃料芯塊總長、燃料棒直徑、芯塊與芯塊之間的間隙、彈簧長度等尺寸參數(shù)，結(jié)果顯示燃料芯塊總長最小增加量為0.6 mm，燃料棒在燃料柱中部的最大直徑膨脹為50 μm。英國尼克夏公司GRAS等[24]采用微焦點(diǎn)X射線在50 kV和90 kV條件下對模擬輻照后先進(jìn)氣冷反應(yīng)堆（Advanced gas-cooled reactor，AGR）燃料棒開展了DR檢測，模擬AGR燃料棒由不銹鋼包殼和鉛棒組成，包殼表面還噴涂了石墨材料以模擬輻照后燃料棒表面的碳沉積，結(jié)果顯示，在50 kV下射線成像不僅能夠提供碳沉積的厚度信息，還能夠揭示沉積層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如孔隙率、分層結(jié)構(gòu)等），在90 kV下能夠清晰顯示包殼與鉛棒之間的界面，從而進(jìn)行燃料棒的幾何尺寸測量（如包殼外徑、燃料芯塊外徑等），其成像分辨率約為10~20 μm。韓國原子能研究所SHIN等[25]針對已燃耗的燃料棒開展了線陣列DR成像，結(jié)果顯示，450 kV的能量足以用于觀察輻照燃料棒內(nèi)的二氧化鈾，該研究中還利用CT技術(shù)對燃料芯塊的中心孔隙和燃料組件的定位格架進(jìn)行了尺寸測量。中國原子能科學(xué)研究院湯琪等[26]分別在200 kV和400 kV條件下對帶預(yù)置缺陷的模擬燃料棒進(jìn)行了線陣列DR成像，在低能量下觀察了包殼管、包殼管與芯塊之間的間隙、芯塊之間的間隙以及彈簧的壓緊狀態(tài)，在高能量下觀察燃料芯塊開裂情況，可發(fā)現(xiàn)0.1 mm芯塊間隙、0.2 mm芯包間隙、0.2 mm芯塊裂紋寬度和0.4 mm芯塊孔直徑。 

2.3   核電建設(shè)及生產(chǎn)運(yùn)行中的應(yīng)用

核電建設(shè)階段，射線檢驗(yàn)的對象主要為各類焊縫，包括對接焊縫、角接焊縫、插套焊縫等。由于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管系布置緊湊，因此特別關(guān)注射線檢測設(shè)備的小型化，以實(shí)現(xiàn)更高的可達(dá)性。在核電設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行階段，部分部件帶有很強(qiáng)的放射性，故需要關(guān)注檢測實(shí)施的便捷性、自動化，盡可能減少人員所受的輻照劑量。 

加拿大原子能有限公司STOEV等[27]利用最大能量6 MeV的HX6型便攜式直線加速器對CANDU堆設(shè)施厚混凝土進(jìn)行了膠片射線檢驗(yàn)，并開展了膠片數(shù)字化轉(zhuǎn)化，為CANDU堆的壽命管理提供了數(shù)據(jù)支撐，試驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法可以識別厚度為1.2 m的混凝土中直徑為4~6 mm的鋼制品以及20 mm大小的空隙，可以識別厚度為0.7 m的混凝土中金屬物體上1~2 mm的平面細(xì)節(jié)及10 mm大小的空隙，且激光膠片掃描儀的效果要優(yōu)于CCD膠片掃描儀的。國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司對某核電廠常規(guī)島近百條管道焊縫開展了CR檢測，圖像質(zhì)量接近膠片射線照相，具有較高靈敏度，還可以支持遠(yuǎn)程評片。中核武漢江蘇分公司劉順等[28]對某核電廠常規(guī)島薄壁管開展了數(shù)字X射線檢測，采用的檢測系統(tǒng)以便攜式小車為載體，兼具膠片、CR、DR檢測能力，調(diào)試方便、影響范圍小。美國電力研究所WALKER等[29]針對電站部件中的裂紋，特別是交換器管壁上的腐蝕疲勞裂紋開發(fā)了一種直接數(shù)字射線照相系統(tǒng)，系統(tǒng)包括了一臺300 kV的X射線機(jī)，一個像素尺寸為80 μm、長度為457 mm的CMOS陣列探測器，通過機(jī)器人及反饋機(jī)制保證射線源和探測器的對準(zhǔn)。結(jié)果顯示，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)疲勞裂紋的檢出，同時有望通過密度分布來估計(jì)熱疲勞裂紋等直裂紋的缺陷深度。中廣核工程有限公司王東等[30]針對核電小徑管對接焊縫開展了平板DR檢測，對比膠片數(shù)字化轉(zhuǎn)化的圖像，結(jié)果顯示，DR像質(zhì)計(jì)靈敏度多見1~2個絲，空間分辨率基本一致，可見D8對絲，兩者均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且DR檢測所需劑量更低，處理速度更快，可以短時間多視角成像提高裂紋缺陷的檢出能力。南昌航空大學(xué)朱秀森等[31]對核電用不銹鋼小徑管環(huán)焊縫開展了DR檢測，結(jié)合暗通道圖像增強(qiáng)方法，優(yōu)化了低曝光量下的DR圖像，圖像對比度噪聲比提高了31.5%，信噪比提高了約1.5倍，缺陷輪廓更清晰。中核核電運(yùn)行管理有限公司李邱達(dá)等[32]對核級管道的DR檢測幾何參數(shù)開展了研究，結(jié)果顯示，由于平板探測器無法緊貼焊縫，DR對焦距和透照次數(shù)的要求更嚴(yán)格。結(jié)合冷陰極X射線源的突破進(jìn)展，中廣核檢測技術(shù)有限公司對某核電站常規(guī)島焊縫實(shí)施了DR檢測，該方法輻射劑量低、隔離邊界小，可以支持在白天與其他工序交叉作業(yè)，進(jìn)而縮短工期。國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司對某核電站常規(guī)島焊縫實(shí)施了DR檢測、異物和液位檢查，單次曝光時間為1~2 s，無需洗片，將檢測作業(yè)工期由15 d縮短至3 d。此外，冷陰極X射線DR檢測在多處核電站中均有應(yīng)用案例。 

2.4   特殊核材料監(jiān)控及管理中的應(yīng)用

特殊核材料（Special nuclear materials，SNMs）的監(jiān)控與管理是保證核安全與核不擴(kuò)散的重要任務(wù)，X射線照相技術(shù)通常用來確認(rèn)特殊核材料包裝是否符合驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，例如檢查是否存在氣溶膠、自由液體或空隙空間等異常。 

美國薩凡納河國家實(shí)驗(yàn)室HOWARD等[33-34]為了匹配特殊核材料包裝的尺寸，設(shè)計(jì)了一套帶光學(xué)偏轉(zhuǎn)的DR系統(tǒng)，與常規(guī)DR系統(tǒng)不同的是，該系統(tǒng)閃爍體上的可見光是用鏡子及CCD光學(xué)相機(jī)進(jìn)行記錄的，評估了X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在正常運(yùn)輸條件和假設(shè)事故條件下要求的特殊核材料容器測試效果，結(jié)果顯示，該方法能夠通過一次曝光實(shí)現(xiàn)特殊核材料包裝的全尺寸檢測，可以減少拆分的數(shù)量，也節(jié)省了大量的人力和成本。中國核動力院潘喆等針對乏燃料溶解強(qiáng)度角焊縫開展了CR成像，對不銹鋼、鋯合金、鈦合金制備的角焊縫模擬件，CR表現(xiàn)出了優(yōu)于膠片射線照相的檢出能力，且所需的曝光量更小。為了解決特殊核材料自發(fā)輻射的干擾問題，法國原子能和替代能源委員會PEROT等[35]開發(fā)了用于乏燃料包裝的高能X射線成像裝置，可以提供內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材料的信息。 

3.   挑戰(zhàn)與發(fā)展

由于核工業(yè)的特殊性，核工業(yè)無損檢測不僅對缺陷檢出率、檢測靈敏度、可靠性、重復(fù)性等的要求高，還對檢測缺陷的可視化、定性定量評價有一定的需求；不僅關(guān)注新方法、新技術(shù)、新設(shè)備的技術(shù)成熟度，還對檢測能力驗(yàn)證、檢測程序控制等有詳細(xì)規(guī)定[36]。目前X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用集中在非核島結(jié)構(gòu)件、新的檢測對象，或者一些膠片射線照相法無法實(shí)現(xiàn)檢測目的的場景。要發(fā)揮X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)的潛力，滿足核工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的檢測需求，還應(yīng)該在以下方面開展攻關(guān)。 

（1）關(guān)鍵設(shè)備儀器 

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)對關(guān)鍵儀器設(shè)備的需求尤為旺盛。目前國內(nèi)在高能X射線加速器方面達(dá)到了國際先進(jìn)水平，而在高電壓X射線機(jī)、微焦點(diǎn)X射線機(jī)、棒陽極X射線機(jī)、液態(tài)金屬靶X射線機(jī)等方面均與國外存在一定差距。在探測器方面，IP板主要依賴日本富士、德國Agfa、美國柯達(dá)和日本科尼卡等公司，奕瑞、善思微等公司的非晶硅、CMOS探測器則達(dá)到了較為先進(jìn)的水平。國內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)關(guān)鍵設(shè)備儀器的研發(fā)投入與技術(shù)攻關(guān)。 

（2）圖像處理與分析 

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)通過數(shù)字圖像的處理、增強(qiáng)，可達(dá)到和膠片射線照相相當(dāng)?shù)撵`敏度，同時結(jié)合人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字孿生等技術(shù)可實(shí)現(xiàn)自動定性定量檢測、合格性判定甚至云數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)映射等功能。目前國內(nèi)有較多基于圖像處理與分析單項(xiàng)目標(biāo)而開展的基礎(chǔ)研究，但是行業(yè)認(rèn)可度不高，在數(shù)字化、信息化、智能化制造運(yùn)維方面也缺乏重大工程或小型示范工程的牽引。 

（3）檢測能力驗(yàn)證 

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)要經(jīng)過能力驗(yàn)證才具備實(shí)施的價值。美國電力研究所已開展了一項(xiàng)“無膠片射線照相評估”計(jì)劃，對比展示了X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)與膠片射線成像的檢測能力。而國內(nèi)研究還不夠系統(tǒng)，考慮CR、DR等在實(shí)際應(yīng)用中各具優(yōu)勢，故要盡可能多地開展驗(yàn)證工作。 

（4）建模與仿真 

數(shù)字X射線檢測系統(tǒng)價格相對高昂，引入掃描儀或探測器后影響因素更為復(fù)雜，系統(tǒng)研制或選型時很難直接參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，也難以用試錯法得到結(jié)果，故有必要發(fā)展建模及仿真技術(shù)。美國MCNP、瑞士GEANT4、中國SupoerMC等軟件可基于蒙特卡洛方法實(shí)現(xiàn)仿真；法國CIVA、德國aRTist等軟件則進(jìn)一步結(jié)合了X射線指數(shù)衰減規(guī)律，仿真更為簡單適用。因此，應(yīng)充分利用仿真軟件開展應(yīng)用及優(yōu)化，并發(fā)展國產(chǎn)仿真軟件，形成核工業(yè)領(lǐng)域的射線檢測數(shù)據(jù)庫，為特殊領(lǐng)域的檢測需求奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

（5）標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 

檢測應(yīng)用必然要走向標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范。美國材料與試驗(yàn)學(xué)會于1999年制定了CR檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ASTM E2033-99 Standard Practice for Computed Radiology （Photostimulable Luminescence Method），美國機(jī)械工程師協(xié)會在ASME第V卷第2章補(bǔ)充了數(shù)字成像檢測技術(shù)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織將部分CR歐標(biāo)轉(zhuǎn)為ISO標(biāo)準(zhǔn)，制定了焊接接頭檢驗(yàn)的數(shù)字探測器X射線和γ射線檢驗(yàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，美國聯(lián)邦工業(yè)數(shù)字射線照相組（FWGIDR）發(fā)布的白皮書中介紹了當(dāng)前可用的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)屬于國外標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化，但核工業(yè)領(lǐng)域的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還不健全，需要進(jìn)一步發(fā)展提升。 

（6）人員培訓(xùn) 

開展檢測人員的培訓(xùn)是膠片向數(shù)字化圖像過渡的重要問題。美國聯(lián)邦工業(yè)數(shù)字射線照相組（FWGIDR）制定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級數(shù)字射線照相人員的推薦培訓(xùn)課程，中國特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會、中國機(jī)械工程學(xué)會無損檢測分會等具備數(shù)字射線照相人員培訓(xùn)及取證資質(zhì)，但核工業(yè)領(lǐng)域的培訓(xùn)考核體系還不健全，需要加快建立健全培訓(xùn)考核體系。 

（7）多視角檢測及多模態(tài)融合 

多視角檢測是指從不同投影角度獲取檢測對象數(shù)字圖像進(jìn)行綜合分析，最為理想的多視角檢測即CT技術(shù)，應(yīng)用前景極為廣闊[37-38]。多模態(tài)融合則是指將X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)與其他技術(shù)（中子成像、γ成像、μ子成像、相控陣超聲等）相結(jié)合，如在乏燃料檢測中，X射線用于檢測密度和結(jié)構(gòu)，中子用于檢測氫含量或裂變產(chǎn)物分布，γ射線用于檢測核素類型[39]，以促進(jìn)檢測能力的整體提升。 

4.   結(jié)論

X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)可以解決膠片射線照相法工序復(fù)雜、不易存儲、數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)性差、受人為影響大等問題，提高獲取結(jié)構(gòu)、尺寸、密度等信息的能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、專家診斷、長期保存和深度挖掘，已經(jīng)表現(xiàn)出與膠片射線照相法接近或相當(dāng)?shù)臋z測能力。在核工業(yè)領(lǐng)域，X射線數(shù)字成像檢測技術(shù)在核燃料元件、核電設(shè)施非核島結(jié)構(gòu)件、特殊核材料的檢測中已發(fā)揮重要作用，為加快其在核工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，未來還需要從關(guān)鍵設(shè)備儀器、圖像處理與分析、檢測能力驗(yàn)證、建模與仿真、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、人員培訓(xùn)等方面開展攻關(guān)，從而滿足核工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的檢測需求，推動無損檢測技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

文章來源——材料與測試網(wǎng)