1、 国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 1 页 共 13 页国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用黑龙江省火电第三工程公司 李长辉 李中允 孙志勇 孙建业摘要：通过大量 X 射线、Se75、Ir-192 的对此试验，看到 Se75 的优越性（尤其是在小径管透照方面），对试验数据整理，得出 Se75 的经验曝光公式，并在实际工作中得到验证。关键词：X 射线、Se75、Ir-192、曝光公式一、 Se75 的出现 射线穿透能力强，探测厚度大，效率高；设备体积小、重量轻，不用电、水、故障率低，价格适中；不受温度、压力、磁场等外界条件影响等诸多优点，在工业射线照相中广泛应
2、用。但 射线源的能量无法人为调整，使得给应用和辐射防护过程中带来不利影响，半衰期的长短不一，使得在应用时间和成本计算上存在很多困难。人们长期不断地在寻找和研制综合性能优异，成本合理，照相质量高，安全可靠的新源种，Se75 在目前阶段正是符合要求的射线源。Se75 射线源九十年代出现，在少数发达国家和地区得到应用，2000 年初，引入我国，在工程中试用，取得了较为满意的效果。二、 Se75 的特性Se75（质量数为 75，质子数为 34，中子数为 41）是一种人工放射性同位素，半衰期 118.5 天，比活度为 1.45*104Ci/g。放射线能量范围在 66kev-401kev 之间，包含 9
3、条放射线能量谱线；主要受两条线支配，能量分别为 132kev 和 265kev，它们占有很高的强度国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 2 页 共 13 页比例，因而 Se75 放射源有较低的能量范围。适合透照 40mm 厚度以下的钢质材料，Se75 同位素在一米处的曝露剂量为2.04Rcm2/hmci，在安全防护上有很大优势。表一：Se75 不同尺寸对应活度射源尺寸（mm ） 活度（ci）1.0*1.0 2.51.5*1.5 102.0*2.0 222.5*2.5 453.0*3.0 80图一：Se75 能量谱线60%0 100 200 300 400三、 Se75 射线源
4、透照曝光量公式从理论上讲，为了使某一底片得到一定的黑度，射源透过工件达到胶片的曝光量是一定的。设某一 射源的强度为 A，衰变常数为 ，射源离胶片的距离为 F，工件实际透照厚度为 TA，射源离工件表面距离为 F-TA时的照射量为 Io，透过工件后的照射量为 IP，为了达到某一黑度所需的时间为 t，工件在该射源下的半值层为 Th，国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 3 页 共 13 页则有：I P*t 为定值（相同胶片，相同显定影条件）而：I O/IP=2TA/Th （1） 又：I O= A*/（F-T A） 2A*/F 2（因 FT A，F-T AF） （2）由合并公式（1）
5、和（2） ，得：A*t=K*F 2*2TA/Th （3） 公式（3）即为该射源的透照曝光量公式，其中 K 为常数。对应某一次透照，A、F、TA、是已知的，而对于某种 射源来说Th 是确定的。因此，只要通过试验得出 K 值，公式（3）就可成为该射源的透照曝光量经验公式。但对于 Se75 射源来说，现有资料中均未提及 Th 值，因此也需要通过试验得出。1、 试验：射源：Se75 射线源试件：标准阶梯试块。将 Se75 射源对准阶梯试块每个台阶的正中央分别对 D4 和 D7 胶片进行透照，焦距固定，相同的方法进行暗室处理（显影时间为 5 分钟） 。经对各底片黑度的测量（取黑度 D=2.0， D=2.
6、5 为基准值） ，所得数据见表二。2、 结果：将表中各数据进行数学推理，得出曝光公式如下：D=2.0： D7：A*t=0.018*F 2*2TA/10 (4)D4：A*t=0.042*F 2*2TA/10 (5)国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 4 页 共 13 页D=2.5： D7：A*t=0.028*F 2*2TA/10 (6)D4：A*t=0.067*F 2*2TA/10 (7)公式中的单位：A：Ci，t：min，F：cm，T A：mm公式（4） （5） （6） （7）在其它焊缝试件中应用，符合性很好，可作为 Se75 透照曝光量经验公式。表二：在 D=2.0、 D
7、=2.5 下透照厚度与曝光量的对应关系Se-75 曝光系数 Ci*Sec/M2照相厚度黑度=2 黑度=2.5mm D4 D7 D4 D78 44320.28 18463.01 70242.91 29261.909 47500.97 19783.47 75283.97 31354.6910 50909.93 21198.37 80686.80 33597.1611 54563.54 22714.46 86477.38 36000.0012 58479.35 24338.99 92683.52 38574.7013 62676.18 26079.70 99335.05 41333.5314 671
8、74.20 27944.90 106463.93 44289.6815 71995.03 29943.50 114104.43 47457.2416 77161.83 32085.03 122293.25 50851.3517 82699.43 34379.73 131069.76 54488.2118 88634.44 36838.55 140476.12 58385.1619 94995.38 39473.22 150557.54 62560.8320 101812.83 42296.31 161362.46 67035.1421 109119.53 45321.32 172942.81
9、71829.4422 116950.61 48562.66 185354.23 76966.6423 125343.70 52035.83 198656.37 82471.2424 134339.12 55757.40 212913.16 88369.5225 143980.11 59745.13 228193.10 94689.6526 154313.00 64018.06 244569.62 101461.7927 165387.43 68596.59 262121.41 108718.2628 177256.64 73502.57 280932.83 116493.7229 189977
10、.65 78759.42 301094.28 124825.2730 203611.59 84392.24 322702.63 133752.6831 218223.99 90427.91 345861.72 143318.5832 233885.07 96895.25 370682.86 153568.6333 250670.08 103825.13 397285.30 164551.75国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 5 页 共 13 页34 268659.69 111250.64 425796.91 176320.3835 287940.33 119207.20
11、456354.67 188930.6936 308604.68 127732.82 489105.45 202442.8837 330752.02 136868.18 524206.62 216921.4538 354488.79 146656.90 561826.86 232435.5239 379929.05 157145.70 602146.96 249059.1540 407195.06 168384.65 645360.68 266871.69四、 Se75 射线源的透照厚度范围Se75 平均能量为 0.206MeV,相当于 200Kv 的 X 射线,衰减系数 较大,射线照相对比度
12、D 较大,射线照相的固有不清晰度 小(Ir192 为 0.17,Co60 为 0.350,而 200Kv 的 X 射线仅为 0.09),清晰度较高.因此,Se75 应比 Ir192 和 Co60 有较小的透照厚度下限值.同时 Se75 所辐射的是线状谱,线质较硬,比起相同能量的 X 射线,它的穿透力更大,因此有较大的透照厚度上限值.有关 Se75 的透照厚度范围，国际标准 ISO5579 是这样规定的：A 级为 10mm40mm，B 级为 14mm40mm，而有的地区则规定为4mm30mm。目前我国尚无这方面的报道。因各个国家透照方法、透照条件技术要求有差异，因此需要通过大量试验来确定一个适合
13、中国国情的透照厚度范围。1、 试验：射源：Se75 射线源试件：=6mm 、7mm、12 mm、25 mm、30 mm 和 40 mm 的平板焊缝及阶梯试块。按焦距（F=300 500 mm）和胶片（D4、D7）不同组合，用Se75 射源对上述平板焊缝按公式（6）和（7）计算的曝光量进行透国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 6 页 共 13 页照，工艺相同，暗室处理相同（显影时间为 5 分钟） 。通过测量各底片的黑度和灵敏度，有效数据见表三（表中透照厚度栏内带括号的为平板焊缝试件，均考虑 2 mm 的余高。2、 结果：由表三可以看出，在满足合格底片要求的前提下，Se75 射
14、源的透照厚度下限值为 9 mm。对于上限值，可以透过母材厚度为 40 mm 的平板焊缝，且底片各项指标符合要求。如果透照厚度大，则曝光时间太长。因此，Se75 射源较合适的透照范围应该是 9 mm40 mm。表三：Se75 在不同透照厚度下底片的象质情况试验结果透照厚度（mm）焦距（mm）胶片类型灵敏度要求 黑度 灵敏度象质500 D4 15 2.73 15 清晰6500 D7 15 3.20 14 清晰500 D4 14 2.80 14 清晰8 500 D7 14 3.21 13 较清晰300 D4 13 1.942.96 13 清晰300 D7 13 2.293.38 13 清晰500 D
15、4 13 2.393.12 14 清晰7（9）500 D7 13 2.433.07 13 较清晰300 D4 12 1.822.75 13 清晰300 D7 12 2.023.01 12 较清晰500 D4 12 1.942.62 13 清晰12（14）500 D7 12 2.102.72 12 较清晰300 D7 9 1.913.05 10 清晰500 D4 9 2.323.17 10 清晰25（27）500 D7 99 2.302.97 10 清晰350 D4 9 2.153.01 10 清晰30（32）350 D7 9 2.233.15 10 清晰40（42） 350 D4 8 1.77
16、2.68 10 清晰国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 7 页 共 13 页350 D7 8 2.233.47 10 清晰五、 Se75 射线源对小径管透照的灵敏度在电力安装、检修过程中有很多小径管需要透照。小径管透照厚度变化很大，有效最小值为管壁厚度的 2 倍加一个余高（指椭圆透照） （TAmin=2T+h，T 为管壁厚度，h 为焊缝余高） ，理论最大值为假定射线束与内切圆相切时的射线行程。因此，对小径管透照，在考虑某种射源是否合适时，要看这种射源在最小透照厚度 TAmin 处灵敏度能否达到要求，如果在此处灵敏度达到要求，应该说这种射源是适合的。通过以上试验已得出 Se7
17、5 的透照厚度范围为 9mm40mm，根据TAMIN=2T+h=9mm，考虑焊缝余高为 2mm，则 T=3.5mm。这表明：如果透照工艺得当，对于管壁厚度3.5mm 的小径管，利用 Se75 射源照是可行的。下面将通过大量试验来验证这种推测是正确的。1、 试验：射源：Se75、Ir192、X 射线试件：小径管 42*3.5、42*5、60*6、51*8、60*12用射源（Se75、Ir192、X 射线） 、焦距（F=300mm、500mm） 、胶片（D4、D7） 、小径管按 DL/5069-96 所规定的工艺进行透照，采用等径象质计和 R10 系列象质计，透照厚度 TA 按 DL/5069-9
18、6 中的小径管专用公式计算，曝光时间按公式（6） 、 （7）计算，暗室处理条件相同，通过对所有底片的观察和测量，有效试验数据见表四和表五。国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 8 页 共 13 页表四：Se75、Ir192、X 射线各项指标比较试验结果试件规格射源 焦距（mm）胶片类型灵敏度要示黑度 灵敏度 比较Se-75 300 D4 13 2.082.97 13# 较清晰Ir-192 300 D4 13 1.452.05 13# 象质不好X 射线 300 D4 13 1.873.26 13# 较清晰Se-75 300 D7 13 1.893.35 13# 较清晰Ir-19
19、2 300 D7 13 1.892.77 13# 不清晰X 射线 300 D7 13 1.923.15 13# 清晰Se-75 500 D4 13 1.912.88 13# 清晰Ir-192 500 D4 13 1.922.87 12# 不清晰X 射线 500 D4 13 1.472.14 13# 清晰Se-75 500 D7 13 1.943.25 13# 较清晰Ir-192 500 D7 13 1.671.94 13# 象质不好42*3.5TA=12.8X 射线 500 D7 13 1.672.95 13# 清晰Se-75 300 D4 12 1.913.04 12# 较清晰Ir-192
20、300 D4 12 2.213.56 12# 不清晰X 射线 300 D4 12 1.412.82 12# 清晰Se-75 300 D7 12 2.823.52 12# 较清晰Ir-192 300 D7 12 2.703.92 12# 不清晰X 射线 300 D7 12 1.422.70 12# 清晰Se-75 500 D4 12 1.893.01 12# 清晰Ir-192 500 D4 12 1.823.13 12# 不清晰X 射线 500 D4 12 1.622.89 12# 清晰Se-75 500 D7 12 1.873.51 12# 清晰42*3.5TA=15.9Ir-192 500
21、D7 12 1.842.93 12# 不清晰国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 9 页 共 13 页X 射线 500 D7 12 1.743.38 12# 清晰Se-75 300 D4 10 2.083.33 10# 较清晰Ir-192 300 D4 10 1.912.83 10# 不清晰X 射线 300 D4 10 1.883.54 10# 清晰Se-75 300 D7 10 2.043.09 10# 较清晰Ir-192 300 D7 10 2.423.61 10# 较清晰X 射线 300 D7 10 1.803.60 10# 清晰Se-75 500 D4 10 2.07
22、3.34 10# 清晰Ir-192 500 D4 10 1.842.90 10# 清晰X 射线 500 D4 10 1.232.45 10# 清晰Se-75 500 D7 10 1.862.61 10# 清晰Ir-192 500 D7 10 2.063.77 10# 清晰60*6TA=20.4X 射线 500 D7 10 1.833.10 10# 清晰Se-75 300 D4 10 1.762.48 10# 较清晰Ir-192 300 D4 10 1.963.16 10# 较清晰X 射线 300 D4 10 1.461.95 10# 较清晰Se-75 300 D7 10 2.483.91 10
23、# 较清晰Ir-192 300 D7 10 2.053.57 10# 较清晰X 射线 300 D7 10 1.883.24 10# 清晰Se-75 500 D4 10 1.812.65 10# 清晰Ir-192 500 D4 10 2.223.18 10# 清晰X 射线 500 D4 10 1.332.48 10# 清晰Se-75 500 D7 10 1.873.02 10# 清晰Ir-192 500 D7 10 2.573.47 10# 清晰51*8TA=22.8X 射线 500 D7 10 2.083.64 10# 清晰60*12TA=31.2Se-75 300 D4 9 1.992.74
24、 可见 9# 较清晰国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 10 页 共 13 页Ir-192 300 D4 9 2.163.15 可见 9# 较清晰X 射线 300 D4 9 1.482.57 可见 9# 较清晰Se75 300 D7 9 2.263.56 9# 较清晰Ir192 300 D7 9 2.043.16 9# 较清晰Se75 500 D4 9 2.443.62 可见 10# 清晰Ir192 500 D7 9 1.833.01 9# 较清晰表五 ：Se75、Ir192、X 射线在射线照相灵敏度数值上的比较试验结果试件规格 射线源 焦距（mm） 胶片类型灵敏度要求黑度
25、 灵敏度比较Se-75 500 D4 13 1.852.55 13# 较清晰Ir-192 500 D4 13 1.922.87 可见 12# 不清晰42*3.5TA=12.8X 射线 500 D4 13 1.452.93 14# 清晰Se-75 500 D4 12 1.752.57 13# 清晰Ir-192 500 D4 12 2.063.77 12# 不清晰42*5TA=15.9 X 射线 500 D4 12 1.633.65 13# 清晰Se-75 500 D4 10 2.073.25 10# 清晰Ir-192 500 D4 10 1.842.90 10# 清晰60*6TA=20.4 X
26、射线 500 D4 10 1.22.45 10# 清晰Se-75 500 D4 10 1.812.65 10# 清晰Ir-192 500 D4 10 2.223.18 10# 清晰51*8TA=22.8 X 射线 500 D4 10 1.332.48 10# 清晰2、 结果：从表四可以看出，对管壁厚度3.5mm 的小径管透照，Se75 和 X 射线一样，灵敏度均能达到要求，但在管壁较薄时，Se75在清晰度方面要比 X 射线稍差。应该说，从底片象质来看，Se75 基本接近或达到 X 射线水平。而 Ir192 在灵敏度上明显不能满足要求，国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 11
27、 页 共 13 页只是在壁厚为 8mm 以上时才有较好的象质。另外，从表五可以看出，在灵敏度数值上，Se75 和 X 射线至少要比 Ir192 多发现一根金属线以上。六、 Se75 在小径和管透照中底片的有效检出范围小径管的椭圆透照工艺中，灵敏度与宽度的矛盾是很突出的。为了有较大的厚度宽容度（常用能量较高的射线） ，灵敏度要受到损失，为了达到较高的灵敏度（常用低能量的射线） ，则厚度宽容度较小。Se75 所辐射的射线为线状谱，能量较低，虽有很高的灵敏度，但其厚度宽容度较小。从下面的试验中可以看出，在满足灵敏度、黑度要求的情况下，用来说明厚度宽容之一的有效检出范围，Se75明显优于 X 射线。1
28、、 试验：射源：Se75、X 射线。用射源（Se75、X 射线） 、焦距（F=300mm、500mm） 、胶片D4、D7）的不同组合对上述小径管按 DL/T5069-96 所规定的工艺进行透照（用 X 射线透照 60*6、51*8，采用不同感光速度的双胶片技术） ，采用单丝象质计，曝光时间按公式（6） 、 （7）计算，暗室处理条件相同，用带有金属丝象质计观测框的专用评片标尺观察底片上金属丝影象，并按有关标准测量并计算出有效检出范围，有效试验数据见表七。测量计算方法：以小径管的内壁断面处的焊缝区为起点，用观察框分别向管中心和外壁移动，把刚发现金属丝影象处作为有效检国内第一颗 Se75 射线源在后
29、石电厂的试验和应用 第 12 页 共 13 页出范围的终点（两点） ，用尺子测量这两点的直线距离 L。设小径管的周长为 S，则底片有效检出范围为：（S-4L）/*100%2、结果：从表六可以看出，Se75 底片不管管壁厚度大小，其有效检出范围均较大，基本可达到 80%以上，而 X 射线底片在管壁厚度较小时可达 70%以上，管壁厚度较大时只有 60%多一点（双胶片技术） 。可见。使用 Se75 在有效检出范围方面明显大于使用 X 射线照相及 X 射线的双胶片照相技术。表六：Se75 与 X 射线对厚壁小径管的透照宽容度比较黑度试件规格（mm）射源 胶片类型焦距（mm） 最低D4最高D7金属丝不可
30、见处的焊缝长度（mm）可评范围占周长的%Se75 D4 500 2.11 3.25 5.0*4 84.8Se75 D7 500 2.43 3.58 7.0*4 78.7X D4 500 1.36 2.27 9.5*4 71.242*3.5周长131.88 X D7 500 1.58 2.68 9.0*4 72.7Se75 D4 500 2.02 3.32 4.5*4 86.4Se75 D7 500 2.32 3.41 4*4 87.9X D4 500 2.12 3.42 8.5*4 74.242*5周长131.88 X D7 500 1.95 3.40 8.5*4 74.2Se75 D4 30
31、0 1.80 3.20 9.0*4 80.9Se75 D7 500 1.93 3.20 6.5*4 86.2Se75 D7 300 2.04 3.38 7.5*4 84.1Se75 D7 500 1.88 3.32 8.5*4 81.9X D4+D7 300 2.26 2.55 14.5*4 69.260*6周长 188.4X D4+D7 500 2.15 2.92 14.0*4 70.3Se75 D4 300 1.85 2.74 6.5*4 84.0Se75 D4 500 1.96 2.99 6.0*4 85.2Se75 D7 300 1.92 2.87 8.0*4 80.3Se75 D7
32、500 1.98 3.32 7.0*4 82.8X D4+D7 300 1.91 2.33 14.5*4 64.351*8周长 162.7X D4+D7 500 2.13 2.96 16.0*4 60.7除上述的针对性试验外，在后石电厂 600MW 机组安装检验及检国内第一颗 Se75 射线源在后石电厂的试验和应用 第 13 页 共 13 页修中，已经大量采用了 Se-75 对位置复杂的管线进行探伤，从底片上的反映也证实了试验阶段得出的结论。结论：通过上述的试验和实际工作中的应用，得出初步结论：Se-75 射线源合透照厚度为 9mm40mm，小径管在壁厚3.5mm时，呈像质量接近 X 射线，而在检出率方面优于 X 射线。在检验小径管壁厚大于 3.5mm、小于 10mm 时，更有绝对优势。另外，Se-75 有较长的半衰期和较小的曝露剂量，在经济成本和安全考量上都有很大的优势，值得在电力建设中推广使用。
