X射線檢測技術(shù)

       核心提示： 一、基本原理在X-Ray檢測的過程中， X-Ray穿過待檢樣品，然后在圖像探測器(現(xiàn)在大多使用X-Ray圖像增強(qiáng)器)上形成一個放大的X光圖。該圖像的質(zhì)量主要由
       一、基本原理 在X-Ray檢測的過程中， X-Ray穿過待檢樣品，然后在圖像探測器(現(xiàn)在大多使用X-Ray圖像增強(qiáng)器)上形成一個放大的X光圖。該圖像的質(zhì)量主要由分辨率及對比度決定。 成像系統(tǒng)的分辨率(清晰度) 決定于X射線源焦斑的大小、X光路的幾何放大率和探測器像素大小。微焦點(diǎn)X光管的焦斑可小到幾個微米。X光路的幾何放大率可達(dá)到10~2500倍，探測器像素可小到幾十微米。 成像系統(tǒng)的對比度決定于圖像探測器的探測效率、電子學(xué)系統(tǒng)的信噪比和合適的X射線能量。目前一般的X射線成像技術(shù)可以獲得好于1％的對比度。
 

       二、方法 X射線檢測的方法很多，以下簡要介紹三種：
       1. 當(dāng)X射線照射到試樣上時，如果試樣內(nèi)部存在納米尺寸的密度不均勻區(qū)，則會在入射束周圍的小角度區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)散射X射線，這種現(xiàn)象稱為X射線小角散射或小角X射線散射。根據(jù)電磁波散射的反比定律，相對于波長來說，散射體的有效尺寸越大則散射角越小。因此，廣角X射線衍射關(guān)系著原子尺度范圍內(nèi)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，而小角X射線散射則相應(yīng)于尺寸在零點(diǎn)幾納米至近百納米區(qū)域內(nèi)電子密度的起伏。納米尺度的微粒子和孔洞均可產(chǎn)生小角散射現(xiàn)象。這樣，由散射圖形的分析，可以解析散射體粒子體系或多孔體系的結(jié)構(gòu)。這種方式對樣品的適用范圍寬，不論是干態(tài)還是濕態(tài)都適用，無論是開孔還是閉孔都能檢測到。但須注意小角散射在趨向大角一側(cè)的強(qiáng)度分布往往都很弱，并且起伏很大。 小角散射也可用來測量多孔系統(tǒng)的孔隙尺寸分布。將平行的單能量X射線束或中子束打到樣品上并在小角度下散射，繪出散射強(qiáng)度I作為散射波矢量q的函數(shù)圖線。散射函數(shù)I（q）取決于樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每種具有等尺寸球形孔隙作任意分布的多孔體都會產(chǎn)生一個特性函數(shù)。假定這樣一種簡單的模型，就可以得出孔隙半徑或孔隙尺寸的分布狀態(tài)。其中X射線可探測納米尺寸的孔隙，而中子束可檢測粗大得多的孔隙，直徑達(dá)到幾十個微米都行。但在各種情況下，這些方法也僅能用于微孔金屬體系。

       2. X射線層析攝像法 近些年來，X射線層析攝像技術(shù)已成為獲取多孔材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)無損圖像的有力工具。該技術(shù)可很好的表征多孔體的顯微構(gòu)造，被成功地應(yīng)用于多孔結(jié)構(gòu)及其變形模式的研究，這與X射線在該類材料中的低吸收有關(guān)。由于這種低吸收，X射線層析攝像法可用于對大塊的多孔材料進(jìn)行研究，而致密材料則須切成小塊。這種方法的第二個優(yōu)點(diǎn)就是可對多孔體的大變形實(shí)現(xiàn)無損成像，因而能夠觀測出多孔體在變形過程中所出現(xiàn)的重要屈曲、彎曲、或斷裂等現(xiàn)象。 射線照相法的缺點(diǎn)是大量信息投射在單一的平面上，而且當(dāng)沿樣品厚度的微結(jié)構(gòu)特征的數(shù)量很多時，所得圖像難以解釋這些信息。層析照相法則通過將大量的這種射線照片的信息結(jié)合在一起，從而彌補(bǔ)了這種不足。其中各輻射線照片取自位于探測器前面的樣品的不同方位。如果各射線照片之間的腳步足夠小，則可根據(jù)成套的射線照片來重新計(jì)算出樣品中各點(diǎn)的衰減系數(shù)值。這種重構(gòu)可通過合適的軟件來實(shí)現(xiàn)。
特點(diǎn)：X射線層析攝像技術(shù)可對微結(jié)構(gòu)（可細(xì)至納米尺度）進(jìn)行定量的無損檢測，空間分辨尺度可達(dá)10納米左右。

       3. X射線折射分析法 定量的二維X射線折射層析攝像技術(shù)可用來改進(jìn)材料的無損檢測，如用于生物醫(yī)學(xué)陶瓷、工業(yè)陶瓷、高性能陶瓷、復(fù)合材料和其他異質(zhì)材料。該方法基于來自微結(jié)構(gòu)界面的X射線折射率差異而產(chǎn)生的X射線折射超小角散射探測技術(shù)，可直接檢測得出尺寸范圍在微米級至納米級范圍的內(nèi)部表面數(shù)量和位置。折射強(qiáng)度正比于內(nèi)表面密度，即式樣的表面積與單位體積之比率。它通過已知晶粒尺寸和堆積密度的均勻粉末來進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)核而確定。在對樣品做掃描時，每個分離的散射體即代表對應(yīng)的局部積分界面性質(zhì)。通過同時測定X射線的折射值和吸收值，可以分析出局部內(nèi)表面和局部孔率兩者之間的波動關(guān)系。 
       特點(diǎn)：本法對樣品中局部性小體積范圍內(nèi)的X射線吸收和折射實(shí)現(xiàn)了一次性的同時檢測，所以能夠測出樣品內(nèi)不同部位的孔率和內(nèi)表面的密度，從而獲得孔率河內(nèi)表面密度的空間分布圖像。此外，如果預(yù)先假定了孔隙的形狀（如球形），那么還可以計(jì)算出孔隙尺寸的空間分布狀態(tài)。X射線折射分析法既可檢測開孔，又可檢測閉孔，并且可以在不對孔隙形狀作任何假設(shè)的前提下直接測定多孔試樣的內(nèi)表面密度。