2018-再谈X射线检测系统构造及主要参数介绍

X射线检测系统构造及主要参数介绍（再析）TechnologywithPassion唐立云,上海March8,2018主目录1Ｘ射线检测系统的基本构造Page2-Page32X射线系统的核心部件——射线管种类Page4-Page113X射线系统核心部件——X射线管的参数Page12-Page314X射线系统核心关键参数——放大倍数Page32-Page365X射线系统核心部件——探测器的分类及参数Page37-Page696X射线系统核心关键参数——机械系统Page70-Page757X射线系统核心关键参数——辐射泄路Page76-Page778X射线系统核心关键参数——用于检测flashmemory等芯片lowerdose解决方案路Page77-Page78焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）2Ｘ射线检测系统的基本构造——以开放式Ｘ射线管为例铅房：防止Ｘ射线泄路，一般为两层不锈钢板＋６到８mm的铅板(FEINFOCUS)探测器：用于感应Ｘ射线强度及产生黑白信号给电脑射线管：产生Ｘ射线高压发生器：产生高压１６０ＫＶ，并对整个系统供电高压电缆：高压电缆：抽真空系统：Ｘ射线管必须工作在真空状态载物台：放置样品，并在检测中移动样品焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）3主目录1Ｘ射线检测系统的基本构造Page2-Page32X射线系统的核心部件——射线管种类Page4-Page113X射线系统核心部件——X射线管的参数Page12-Page314X射线系统核心关键参数——放大倍数Page32-Page365X射线系统核心部件——探测器的分类及参数Page37-Page696X射线系统核心关键参数——机械系统Page70-Page757X射线系统核心关键参数——辐射泄路Page76-Page778X射线系统核心关键参数——用于检测flashmemory等芯片lowerdose解决方案路Page77-Page78焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）4子目录：X射线系统的核心部件——射线管种类1射线管分类Page62开放式射线管（开管）Page73传统封闭式射线管（闭管）Page84新式闭管（市场叫“NT”射线管）Page95开管与闭管比较Page106每小时使用成本（开管与闭管）Page11焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）说明：•本章节将会涉及如下内容•如果您感兴趣，请逐一了解5X射线系统的核心部件——射线管分类焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）微焦点X射线检测系统入门级的X射线检测系统(低性能的X射线检测系统）玻璃封装的闭管高端的X射线检测系统金属制造的开放式射线管(标准)金属结构，金属密封新型闭管系统传统意义的闭管系统日本滨松的为例以NT系列的射线管为例6射线管种类——开放式射线管（开管）焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）外观：螺丝封装•材料及装配方式•外壁材料：主要是不锈钢和密封圈•主要部件：导向线圈、聚焦线圈、钨灯丝、灯丝座、靶等•装配方式：采用螺丝装配•抽真空方式和目的：•自带机械泵和分子泵，对射线管抽真空•目的：使钨丝工作在近真空状态•开放式射线管特点：•射线管寿命无限•具备自校准功能，射线管性能不会随使用时间增加而降低•耗材为灯丝和靶•X射线采用透射方式穿过靶内部结构示意灯丝灯座靶170度7射线管种类——传统封闭式射线管（闭管）•如何直观理解传统闭管（材料及装配方式）•钨丝灯泡里面加上导线线圈、聚焦线圈及靶。这就是闭管•主要部件：导向线圈、聚焦线圈、钨灯丝、灯丝座、靶等•装配方式：采用玻璃抽真空封装•钨丝灯泡的工作现象：•老化：刚用的时候灯泡很亮，用一段时间灯泡壁变黄、光线变暗（钨丝在高温下升华）•换灯泡：钨丝断了后、换灯泡•传统闭管的特点：•老化：随着射线管使用时间增加，焦点变大，图像变模糊•球管寿命有限，一般为5000小时，寿命结束后，要换新球管，传统闭管的耗材•球管•X射线采用折射方式出来钨丝灯泡焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）8射线管种类———新式闭管（市场叫“NT”射线管）•如何直观理解新式闭管（材料及装配方式）•实质就是开管，采用金属密封的方式，出厂前抽真空•金属密封不可能像玻璃一样100%密封，会漏气•当使用时间延长，新式闭管的真空度下降•真空下降会有什么影响：•高压下，空气电离，从而导致聚焦线圈的功能下降，焦点散焦。就是我们所说的“老化”现象•新式的特点：•老化：随着射线管使用时间增加，焦点变大，图像变模糊•换新球管：寿命一般为5000小时或2年。传统闭管的耗材•对用户来讲：换球管•对厂商来讲：换灯丝•X射线采用透射方式出来外观：螺丝封装新设备２年设备焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）9射线管性能——开管与闭管比较开管传统闭管和新式闭管性能稳定性没有老化，长时间使用焦点不会散焦有严重老化问题，随使用时间延长，焦点逐渐散焦主要表现图像黑白对比度不随使用时间增加而降低使用时间越长，图像黑白对比度越差图像的清晰度不随使用时间增加而降低使用时间越长，图像越模糊原因自带抽真空系统，真空很稳定没有抽真空系统，真空逐渐降低灯丝可更换灯丝不可更换系统具备自动聚焦功能系统没有自动聚焦功能在灯丝寿命结束前，焦点不散焦在灯丝寿命结束前，焦点逐渐散焦维护保养每季度保养一次（高压电缆和射线管、高压电缆和高压发生器保养传统闭管不需要保养新式闭管：高压发生器和高压电缆之间必须维护保养焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）10射线管性能——每小时使用成本（开管与闭管）开管传统闭管和新式闭管耗材灯丝和靶闭管灯丝价格和寿命每个US$150/300hrsto1000hrs没有价格，包含在射线管中靶的价格每个US$1200/10000hrs没有价格，包含在射线管中射线管寿命无限有限,5000hrs使用5000小时的成本US$3,000（150*20=3000)US$25,000（一个射线管)每小时使用成本（大约）0.8US$5US$说明：•不同厂家的灯丝和射线管的价格不一样，因此，每小时使用成本会有变化•用户需要问供应商报价，自己重新核算焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）11主目录1Ｘ射线检测系统的基本构造Page2-Page32X射线系统的核心部件——射线管种类Page4-Page113X射线系统核心部件——X射线管的参数Page12-Page314X射线系统核心关键参数——放大倍数Page32-Page365X射线系统核心部件——探测器的分类及参数Page37-Page696X射线系统核心关键参数——机械系统Page70-Page757X射线系统核心关键参数——辐射泄路Page76-Page778X射线系统核心关键参数——用于检测flashmemory等芯片lowerdose解决方案路Page77-Page78焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）12子目录：X射线系统核心部件——X射线管的参数1KVPage142管电流（tubecurrent)和管功率（tubepower）Page153靶电流（targetcurrent）和靶功率(targetpower)Page164管电流（tubepower)与靶电流(targetpower)关系Page175靶电流测量Page186如何判断X射线生产厂家靶功率参数是否真实？Page197焦点尺寸(focusportsize）Page208焦点尺寸与几何阴影关系Page219空间分辨率（spatialresolution）Page2210如何测量X射线系统的空间分辨率（spatialresolution）Page2311系统最小缺陷检测能力（Detaildetectability）Page2412特征分辨率（featurerecognition）Page25–Page2613实例：特征分辨率（featurerecognition）比较——D公司与YXLONPage2714X射线焦点尺寸大小与靶的功率的关系Page2815如何确保随靶的功率，X射线焦点不散焦Page2916如何辨识各厂家有关高功率的参数Page3017什么是纳米级的射线检测系统Page31焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）说明：本章节将会涉及如下内容；如果您感兴趣，请逐一了解13kV：衡量加到电子上的能量，KV越高，穿透能力越强•密度越高的物体需要更高的电压穿透物体•越厚的物体，需要更高的电压穿透物体X射线管核心关键参数——KV金刚石钻头柔性电路板焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）14X射线检测系统重要参数——管电流（tubecurrent)和管功率（tubepower）阴极灯丝电子束加速阳极聚焦线圈电子逸散高压源HighVoltageSourceX射线Photons(X-rays)靶•管电流：逸出灯丝的总的电子数•管壁电流：撞到管壁上的电子总和•靶电流：撞到靶上电子综合•管电流=管壁电流+靶电流•管功率：管电流*KV值•管电流（管功率）的意义•没有直接意义•但可以推算出靶电流和靶功率大小范围管电流（管功率）与靶电流（靶功率关系）(约为)。•当管电流值小时，靶电流为管电流的1/2•当管电流值大时，靶电流为管电流的1/6焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）15X射线管核心关键参数——靶电流（targetcurrent）和靶功率(targetpower)•靶电流定义：逸出灯丝的电子到达靶上总和•靶功率定义：靶电流＊KV值•特点：•靶电流越大，Ｘ射线功率越强，通过探测器获得的物体黑白对比度越好•用途：•靶电流与图像的黑白对比度有关tX射线吸收物质靶功率=5.6W靶功率=3W焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）16X射线管核心关键参数————管电流（tubepower)与靶电流(targetpower)关系•管电流（管功率）与靶电流（靶功率关系）•大约1/2到1/6•原因：•由于电子导向能力及聚焦能力限制，管电流与靶电流不可能为1:1。也就是说不可能是所有电子都能撞击到靶上。•随着电子数量增加，聚焦难度更大，散射的电子数更多，导致靶电流与管电流比率越小•由于目前的电磁线圈的对中、聚集技术没有突破性发展•因此市场上，几大主流厂家的对中和聚焦技术都差不多电子在磁场中运动靶电流管电流如左图：微焦点模式下，靶电流与管电流比：接近4：1。靶功率100KV*20.9uA=2.09W管功率100KV*88uA=8.8W焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）17X射线管核心关键参数——靶电流测量•问题：是否可以在1米左右的距离测量微安级的电流•不可能，测量导线的电阻已经将微安级别的电流完全消耗了。•必须就近测量。•如何测量靶电流•必须在靠近靶的位置有靶电流测量控制板•如下图：射线管上有靶电流负反馈控制电路焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）18X射线管核心关键参数————如何判断X射线生产厂家靶功率参数是否真实？•看一下其射线管上是否带靶电流的测试电路•计算一下其管电流与靶电流的比率•将超厚、高密度样品放入设备中直接测试•说明：X射线检测中，越厚的、密度越高的样品，检测难度越大靶电流管电流焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）19X射线管核心关键参数———焦点尺寸(focusportsize）X射线焦点尺寸定义(FOCUSPORT):直观理解，电子被聚焦后，打在靶上，用最小圆圈将所有电子圈起来，该直径等同于焦点尺寸直径焦点尺寸是用来测量X射线球管性能的一个标准焦点尺寸为射线管的自身参数焦点尺寸:•决定X射线检测系统可以检测到的物体最小缺陷•焦点越小,可以检测到的缺陷越小•焦点尺寸随着靶功率增加而增大焦点X射线检测系统的主要参数介绍（再谈）20X射线管核心关键参数——焦点尺寸与几何阴影关系（unsharping）AB•直观理解几何阴影•将一根手指放在投影仪前面，•看手指在墙上的影子•在影子旁边看到虚影，这就是几何阴影•焦点越大：•物体的几何阴影越大•几何阴影越大，图像越模糊•焦点越小：•物体的几何阴影越小•几何阴影越大，图像越清晰焦点为2个微米焦点为5个微米焦点