快速铅当量比对装置

本发明属于辐射防护技术领域，具体涉及一种快速比对辐射防护铅当量的装置及比对方法。包括检测板，所述检测板包括不同厚度的阶梯状的突出部。所述检测板包括若干检测块，所述检测块阶梯状层叠设置，最上方的所述检测块面积最小，由最上层至最下层所述检测块面积依次增加。将测量辐射防护效果的实验室装置简易化，通过将检测样品与标准铅片制作成的快速比对辐射防护铅当量的装置进行透射图像灰度对比，从而判断测试样品的防护效率，有助于日常使用过程中对放射防护服的检查，避免因标识模糊、破损等原因而无法从外观上进行甄别，而导致医护人员或受检人员受到了超过预期的辐射。

工作原理：

一、图像灰度值与透照厚度的定量分析

X射线数字图像灰度值（以下简称灰度值）与管电压和被测物体厚度为简单的正比关系，对于某一物质，射线穿过物质的衰减系数与物质密度、原子系数和射线能量有关，一般射线检测的衰减理论均是基于Beer定律发展起来的。在现有的研究中，给出了光子与材料的各种相互作用截面参数、衰减系数、吸收系数等国际标准的数据表，这些数据表同样验证了在理想的单色光子源情况下，穿过物体的衰减规律符合Beer定律，如下式（1）：I=I₀e^-μT 式中：μ为射线穿过单位厚度物质时的衰减系数；T为物体的厚度；I为射线透射后的强度；I₀ 为入射射线强度。

对于X射线的照射来说，X射线管的辐射强度与管电压的平方成正比，与管电流成正比。而根据平方反比定律，强度I₀ 与距离F的平方成反比，所以得出下列公式（2）：I₀=K₁AU²/F² 式中：K₁为常数系数，可以定义为灰度值常数；A为X射线机的管电流；U为X射线机的管电压值；F为X射线机到被测物体表面的焦距距离。

由于X射线达到被检物体表面的强度与管电压、管电流、焦距有关，所以可将X射线强度看成是关于管电压、管电流、焦距的函数（3）：I₀=I₀（A，U，F）。

二、线性衰减系数与防护效率即防护当量的确定

射线管电压的提高会造成射线有效能量的增加，而有效能量的增加会使射线波长变短，引起衰减系数下降。根据光电效应、原子物理学等理论，散射和吸收截面与衰减系数存在着换算关系，但在实际检测中线性衰减系数随着被测材料的厚度及防护效率变化而发生变化，而强滤波后的射线在X射线光谱中的分布应为从最大强度附近到最短波长的范围。参考文献给出了衰减系数和射线管电压之间的关系(4)：

式中：A,B,C,D,E,F为常数,随透过材料的不同而不同；V为射线管电压；K₂为常数。

三、灰度值与射线强度的关系

射线数字图像是以灰度值的形式显示的，即需要先把X射线强度转化为数字信号（图像的灰度值）。首先将入射光子转换为电荷，照射在像元上的X射线光子数量与像元转换的电荷数近似存在线性关系，具体公式如下（5）：U₀=MR 式中M为光通量；R为光电变换系数。

模数转换器（A/D）将得到的电压转化为数字信号，形成数字图像。模拟数字转换器的分辨率Q等于LSB电压（输出离散信号产生一个变化所需的最小输入电压的差值）（6）：Q=E_FSR/2^D 式中E_FSR为总的电压测量范围；2^D为电压间隔数，D为ADC模块的精度的位数，用比特作为单位。

在上述过程中，可直接用已经量化的电压值（即比特信息）作为图像的灰度值，结合式（5）（6）可推导出图像灰度值的变化规律（7）：G=f（R₀,E₀,D₀）I₀e^-μT 式中为关于R₀，E₀，D₀参数的函数；R₀为光电变换系数；E₀为模数转换器的转换系数；D₀为灰度值位数；G为图像灰度值。结合式（3）（4），可得到图像灰度值的计算公式（8）：G=f(R₀,E₀,D₀)I₀(A,U,F)e^-g(U,T,Z)T,对某一被检测物体来说，由于函数f(R₀,E₀,D₀)的值与检测系统有关，在固定检测系统后，函数f(R₀,E₀,D₀)应该是一个常数，简化为常数系数K。函数I₀(A,U,F)虽然是关于射线强度的函数，但在X射线机发射器固定的情况下，可将函数I₀的具体形式换算成（2），得到试验验证公式（9） G=KAU₂ e^-Μt/F²。

从公式中可看出数字图像灰度值的大小受到材料衰减系数、管电压、管电流、曝光时间和焦距的影响。在X射线系统固定的情况下，公式对于任何情况下的X射线都满足，经过试验数据证明数字图像灰度值与被检材料的厚度和衰减系数具有定量关系。而材料的厚度和衰减系数综合起来就是一定条件下的防护效率，即铅防护当量。

以上理论为基础，在X射线系统固定的情况下，对材料透射获得的图像灰度一致的情况下，其材料的防护效率即铅防护当量应该一致。由此采用纯度为99.99%，厚度误差为±3%的的纯铅片制作铅梯，与被测的其他复合材料在相同的X射线系统下进行透射，对获得的图像灰度进行对比，即可获得该材料的铅防护当量的大致区间。从而评估射线防护服的防护当量是否仍符合防护标准的要求，从而避免医护人员或受检人员受到超过预期值的辐射。