基于电子对效应检测材料缺陷的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于电子对效应检测材料缺陷的方法及系统。该方法包括以下步骤：提供能与被检测材料发生电子对效应的低能X射线；用所述低能X射线照射所述被检测材料，通过电子对效应在所述被检测材料内产生正电子；利用γ射线探测器测量由于所述正电子的湮没而放出的γ光子能谱；和分析所述γ光子能谱以确定所述被检测材料内是否存在缺陷。该方法利用低能X射线在被检测材料内部发生电子对效应产生的正电子实现对被检测材料内部缺陷的检测，因为正电子是在材料内部较为均匀的产生，所述正电子湮没后放出的511keV?γ射线会均匀地带出材料内部的微观结构信息。并且，较低能量X射线在购置、使用成本方面更低，防护要求少、便于现场使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及利用X射线对材料缺陷进行检测的技术，更具体地，涉及基于电 子对效应检测材料缺陷的方法及系统。
技术介绍
正电子分析技术的应用越来越广泛。已知，作为负电子的反粒子，正电子在产生之 后会和前者发生湮没效应，湮没的过程及其产物与材料中的负电子特性非常相关。通过测 量正电子在材料中的寿命、正负电子湮没之后放出的两个能量期望值为511keV的γ射线 角度关联，或者(主要)由于负电子动量导致的511keV γ射线全能峰展宽，可以对材料原 子层次的结构特性进行研究。正电子分析技术目前所用射线源主要来自同位素源和加速器，通过正电子照射物 体表面的方式来对材料进行分析。这种方式能够方便地对小样品进行测量，可以在较好的 信噪比下对样品做正电子分析。然而，由于射线源和样品是分离的，正电子需要从表面射入 样品，而正电子在样品中的射程很小，因此这种方式只能对材料的表面 mm厚度的部分进 行分析。现需要一种能够基于电子对效应的正电子分析技术对材料内部的缺陷进行检测 的方法和相应的检测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种基于电子对效应检测材料缺陷的方法。该方法包括 以下步骤提供能与被检测材料发生电子对效应的低能X射线；用所述低能X射线照射所 述被检测材料，通过电子对效应在所述被检测材料内产生正电子；利用Y射线探测器测量 由于所述正电子的湮没而放出的Y光子能谱；和分析所述Y光子能谱以确定所述被检测 材料内是否存在缺陷。该方法利用低能X射线在被检测材料内部发生电子对效应产生的正 电子实现对被检测材料内部缺陷的检测，因为正电子是在材料内部较为均勻的产生，所述 正电子湮没后放出的511keV Y射线会均勻地带出材料内部的微观结构信息。并且，较低 能量X射线在购置、使用成本方面更低，防护要求少、便于现场使用。作为该方法的一个优选实施例，低能X射线为低于7MeV的轫致辐射X射线。这样， 在检测时基本不必担心光中子问题(只有2H，9Be等少数核素的光中子阈值小于7MeV)。本专利技术的目的之二是提供一种基于电子对效应检测材料缺陷的系统，其包括低 能X射线发生器，用于提供能与被检测材料发生电子对效应以产生正电子的低能X射线；Y 射线探测器，用于测量由于正电子的湮没而放出的Y光子能谱；和能谱分析装置，用于分 析所述Y光子能谱以确定所述被检测材料是否存在缺陷。该系统是根据上述基于电子对 效应检测材料缺陷的方法对材料内部的缺陷进行检测，因此具有与上述方法相似的益处。通过阅读下列的详细描述及参考附图，本专利技术的其他目的和优点将变得很明显。附图说明图1为根据本专利技术检测材料缺陷的示意图。 具体实施例方式图1显示了本专利技术的方法和系统的最佳实施例的原理图。如图所述，由电子加速 器产生的数MeV的电子在轰击钨靶之后，会产生能量值低于7MeV的轫致辐射X射线，这些X 射线经过X射线准直器(1)之后射向被检测的材料，再经过X射线准直器( 进行第二次 准直，然后照射到被检测材料的某个局部位置。射入被检测材料的X射线可以与之发生多种反应，包括光电效应、康普顿散射、 电子对效应、瑞利散射等。当X射线与被检测材料发生电子对效应时，会产生正电子和负 电子。产生的正电子在被检测物体中进行减速、慢化，当材料中存在某些缺陷的时候，这些 正电子会被具有略微负电性的缺陷所吸引，与那里的负电子发生湮没反应，放出期望值为 511keV的γ光子。由于γ光子的能量偏离511keV的程度与负电子的动量特性相关，而 负电子的动量特性又与材料的缺陷特性有关，因此可以通过对这些Y光子能量分布(即能 谱)的分析来实现对材料缺陷特性的分析。在图1中，采用高纯锗探测器来对湮没Y光子能谱进行测量。为了实现有效地Y 能谱测量，还需要对高纯锗探测器进行制冷，这需要一个制冷机构。在本实施例中，制冷机 构为制冷机。当然，在其他实施例中，也可以使用液氮杜瓦瓶或其他制冷装置对探测器进行 制冷。探测器还需要有良好的屏蔽以阻挡由加速器靶点射向探测器的X射线。在探测器的 前面，设置X射线准直器C3)和G)，以限定探测器的探测方向。考虑到射向探测器的光子不仅有511keV的湮没光子，而且有发生了康普顿散射 的光子、光电效应后的X射线、光电效应后的轫致辐射X射线，因此为了提高信本比，在X射 线准直器(4)之前增加射线硬化体。硬化体的材料一般选择高原子序数的材料，例如铅金 属或含有铅的材料，其它金属铁、铜、铋也是备选材料。硬化体的厚度则由被检测物体的情 况决定。在本专利技术的系统中，由于X射线在射向被检测物体时被准直为一个射线束，而探 测器在测量时其方向也被准直为一个束，这两个束相交之后会形成一个点。探测器所测量 到的511keV湮没光子的能谱就反映了这个点的材料缺陷信息。为了实现对材料内部不同 位置的正电子分析，本系统包括检测样品的移动装置和探测器的移动和旋转装置。通过检 测样品的移动装置，样品可以两个维度平移，即前后移动和上下移动，方向如图1所示。通 过探测器的移动和旋转装置，探测器可以进行旋转和前后移动(即一个维度的平移)，方向 也如图1所示。通过这样的移动机构，就可以利用准直后的X射线束和准直后的测量方向 来对样品的三维位置进行分析，得到其内部各点的缺陷特性。由于这些移动和旋转装置采 用的都是现有技术，因此在此不对它们进行细述。探测器与谱仪系统以及计算机系统相连，以对探测器测量到的Y光子能谱进行 处理和分析，以确定材料内部是否存在缺陷，以及缺陷的程度。虽然已经描述了本专利技术的典型实施例，应该明白本专利技术不限于这些实施例，对本 专业的技术人员来说，本专利技术的各种变化和改进都能实现，但这些都在本专利技术权利要求的 精神和范围之内。权利要求1.一种基于电子对效应检测材料缺陷的方法，包括以下步骤 提供能与被检测材料发生电子对效应的低能X射线；用所述低能X射线照射所述被检测材料，通过电子对效应在所述被检测材料内产生正 电子；利用Y射线探测器测量由于所述正电子的湮没而放出的Y光子能谱；和 分析所述Y光子能谱以确定所述被检测材料内是否存在缺陷。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括移动所述被检测材料的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括移动和/或转动Y射线 探测器的步骤。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述Y射线探测器的前面设有射线硬化 体以提高信本比。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述射线硬化体选自高原子序数的材料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述射线硬化体由铅金属或含有铅的材 料制成。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述射线硬化体由含有下列金属之一的 材料制成铁、铜、铅、铋。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述低能X射线为低于7MeV的轫致辐射 X射线。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述轫致辐射X射线通过MeV级别的电子轰击钨靶产生。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括对所述低能X射线进行 至少一次准直的步骤。11.根据权利要求11所述的方法，其特征在于所述方法包括对所述低能X射线进行 两次准直的步骤。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法还包括对Y光子射线进行至 少一次准直的步骤。13.根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于电子对效应检测材料缺陷的方法，包括以下步骤：提供能与被检测材料发生电子对效应的低能Ｘ射线；用所述低能Ｘ射线照射所述被检测材料，通过电子对效应在所述被检测材料内产生正电子；利用γ射线探测器测量由于所述正电子的湮没而放出的γ光子能谱；和分析所述γ光子能谱以确定所述被检测材料内是否存在缺陷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康克军，李元景，杨祎罡，李铁柱，张勤俭，张翼，
申请(专利权)人：同方威视技术股份有限公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：11