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　　1、X射線產(chǎn)生原理
　　　　圖中：陰極絲在加熱的情況下，會發(fā)射出熱電子，在射線管的陰極和陽極之間施加高壓，熱電子在電場中被加速并撞擊到陽極靶材料上，輻射出電磁波，產(chǎn)生的光譜為連續(xù)譜并存在著短波限（λmin），相當于電子所有能量都轉換成X射線，短波限與陽極材料無關。　　連續(xù)光譜的強度隨熱電子加速電壓的平方成正比，與電流、陽極元素原子序數(shù)Z成正比，轉換成X射線的效率與ZV成正比。當管電壓超過靶材料激發(fā)電勢時，連續(xù)光譜上會疊加特征光譜，特征光譜的波長與靶材料有關。特征譜線的頻率為：　　
　　式中：R為里德伯常數(shù)（R=109737.3/cm）；Z為原子序數(shù)；在Ka譜系中，σ=1，K=3/4。
　　
　　由于產(chǎn)生的X射線是連續(xù)譜，X射線在穿過射線管窗口材料時，低能部分的射線及低能特征射線容易被吸收，能譜的譜線發(fā)生變化，如圖2和圖3所示。　　2、X射線與放射性同位素的比較
　　
　　2.1X射線測量技術的優(yōu)點
　　
　　2.1.1測量精度和分辨率高，統(tǒng)計噪聲低
　　
　　無論射線源采用何種方式，射線的產(chǎn)生都是隨機的，并服從統(tǒng)計分布，存在統(tǒng)計漲落，根據(jù)射線衰減公式，可以得到：　　式中：μ表示被測物質的吸收系數(shù)；τ表示探測器的響應時間；Ks表示探測器特征系數(shù)；I表示初級X射線的強度；T表示被測材料的厚度。
　　
　　從式（4）可以知道，厚度的影響與射線的強度I有關。對于同位素放射源其強度不能無限制地增加，射線源強度的增加會造成輻射防護難度的增加，電離輻射危險性增大，另一方面放射源本身存在自吸收效應，射線源強度越大，自吸收效應越大。而根據(jù)公式（2），增加X射線管的高壓和陰極絲電流就可快速地增加射線的強度，來達到降低噪聲的目的，對于相同的噪聲等級，X射線源的響應速度也可以提高。
　　
　　假設在厚度為0時的噪聲值為SN0，則厚度為X時的噪聲為：　　根據(jù)式（5），可以方便地計算出對于任意厚度時的相對統(tǒng)計噪聲，相對統(tǒng)計噪聲與半厚度值（射線強度衰減到一半時的厚度值）之間的關系如圖4所示，其zui小值時的厚度為2.9倍半厚度值。對于使用放射性同位素測量的設備，由于射線的能量是單一的，其*測量厚度值是2.8倍半厚度值，是固有的物理特性；對于X射線測量設備通過調整能量，使設備在整個量程內的統(tǒng)計噪聲保持在較低的水平。　　2.1.2化學分析更
　　
　　使用X射線技術進行濃度、化學成分分析時，射線源的能量和強度可以調節(jié)顯得尤為重要。在進行化學分析時，一般是利用X射線的熒光效應，通過對被測化學元素的原子激發(fā)產(chǎn)生該種元素的特征譜線，但被測元素的激發(fā)譜線容易受到其它元素譜線的影響，從而降低了系統(tǒng)的檢測精度，可以利用X射線的能量調節(jié)和濾片技術，實現(xiàn)對*元素的譜線激發(fā)，而不激發(fā)或降低其它元素的激發(fā)，從而實現(xiàn)對*元素的高精度測量。
　　
　　2.1.3使用上更安全和可靠。
　　
　　X射線是加速的熱電子碰撞陽極靶產(chǎn)生的，因此在切斷電源后便沒有任何射線，而同位素放射源是密封在源罐中，即使關閉射線源的快門也存在一定劑量的泄露射線，不利于人身和設備的安全。　　2.2影響X射線測量的關鍵因素
　　
　　2.2.1高壓范圍限制
　　
　　X射線的能量取決于施加的高壓，由于受技術的限制，高壓不能不受限制地增加。在熱軋生產(chǎn)線上使用的X射線源高壓一般為160kV，冷軋使用100kV左右，相對于放射性同位素發(fā)射出的γ射線而言如表1所示，其能量要小得多，因此穿透物質的能力不如放射性同位素，目前鋼鐵工業(yè)上的X射線源的高壓zui高在200kV左右，如果再增加高壓會帶來制造和維護成本的增加，因此在寬厚板等工廠，厚度和凸度的測量通常都是采用放射性同位素方法。
　　　　
　　2.2.2X射線源的冷卻
　　
　　加速熱電子在碰撞陽極靶過程中，99%的能量轉換成熱量，只有1%轉換成X射線，因此在陽極靶上產(chǎn)生的熱量很大，必須對其進行冷卻，冷卻效果的好壞直接影響到設備的測量精度和使用壽命。在實際使用過程中經(jīng)常受到水質、管路等影響，使冷卻效率下降。
　　
　　2.2.3吸收系數(shù)的變化
　　
　　由于X射線的能譜為連續(xù)譜，低能部分很容易被吸收，造成能譜的偏移，即X射線的硬化現(xiàn)象，如圖6所示，其結果是射線能量和強度都發(fā)生變化，不象放射性同位素在穿透物質時只是強度發(fā)生變化，而能量不會發(fā)生變化，這種變化的結果造成在X射線能量不同時吸收系數(shù)不同。
　　
　　不同元素吸收系數(shù)與射線能量的關系如圖7所示，橫坐標為射線能量，縱坐標為吸收系數(shù)。　　對于X射線而言，其能量一般在0.01～0.2MeV之間。吸收系數(shù)是被測量物質各種化學成分綜合的結果，在這一能量區(qū)間，從圖中可以得到成分的細小變化對吸收系數(shù)的影響很大。因此利用X射線進行物質厚度檢測時被測物化學成分有嚴格的要求，而對于放射性同位素設備，吸收系數(shù)基本上不發(fā)生變化。
　　
　　2.2.4探測器要求的增加
　　
　　目前X射線測量技術主要采用電離室作為射線檢測部件，其檢測原理是通過射線進入電離室產(chǎn)生氣體電離，通過對電離后的離子對加壓，產(chǎn)生弱電流信號（10-9～10-11A），然后將弱電流信號轉換成電壓信號，并進行數(shù)據(jù)的轉換和處理。由于X射線是連續(xù)譜，要求測量X射線的電離室對整個能譜范圍內的X射線進行有效的檢測，應用在傳統(tǒng)放射性同位素測量設備上的電離室只需要對特定能量的射線進行有效檢測。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品檢測和控制精度要求的提高，要求電離室的尺寸減小，而檢測效率提高，對電離室的制造工藝提出了更高的要求。
　　
　　3、寶鋼X射線測量設備的應用實績
　　
　　寶鋼自1997年在2030冷軋5機架上使用X射線測量設備以來，設備良好的精度和快速響應促進了產(chǎn)品質量和控制精度的提高，到目前X射線測量設備已達25套（不包括三期后工程）。對新建設的主生產(chǎn)線上都配置使用X射線測量設備，也逐步將老的主生產(chǎn)線上同位素測量設備升級或改造成X射線測量設備。測量物理量包括厚度、凸度、邊緣降、鋅層厚度、電工鋼膜厚、電解液離子濃度等。在帶鋼厚度測量方面，從以前的單點測量發(fā)展到對帶鋼整個橫斷面的精細測量（每5mm寬度1個測量點），在鍍層測量方面，可以根據(jù)需要對不同成分層進行的實時多層測量。
　　
　　在鋼鐵工業(yè)上，在線X射線測量技術也需要一個不斷完善和發(fā)展的過程，在現(xiàn)場實際應用過程中仍然存在不少問題，主要是設計上的缺陷和沒有充分考慮到現(xiàn)場環(huán)境因素的影響。經(jīng)過我們多年的努力，成功地解決了X射線源的冷卻問題，提高了X射線源的使用壽命；解決了化學成分對厚度測量結果的影響，提高了產(chǎn)品的質量和精度；成功地完成了X射線源、探測器、標樣箱等關鍵部件的國產(chǎn)化。
　　
　　4結束語
　　
　?、僭诰€X射線測量設備精度、可靠性比傳統(tǒng)的放射性同位素設備高，而且其功能在不斷地增加，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行少量的改進即可實現(xiàn)多物理量的同時測量。比如X射線凸度儀進行適當升級就可以實現(xiàn)帶鋼溫度的測量、寬度測量、平直度測量、凸度邊降測量、局部高點測量等，從而能完成過去需要多臺測量設備才能完成的任務；
　　
　?、谠诰€X射線測量設備具備完善的自我診斷功能，提高了系統(tǒng)的可維護性；
　　
　　③隨著計算機技術的發(fā)展，在測量現(xiàn)場就完成測量信號的快速采集和數(shù)字化處理，通過系統(tǒng)內部總線及部件之間的網(wǎng)絡連接，測量設備不但能提供各種工藝所需要的信號，而且通過集成在測量系統(tǒng)內部的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析軟件，可以為生產(chǎn)技術人員對可能出現(xiàn)的問題提供指導。