[2018-05-06]
希望能够从电子设备设计者的角度来看一看射线类NDT仪器的原理、设计和应用，力求在研究和应用中打造一条轻松快乐的小路，为NDT事业的发展使一使力气。不知大家是喜欢还是喜欢呢？
我站在台上，看着台下乌压压的不明真相众，内心是激动的——装逼的时刻来了！说些什么呢？超声？上次说过了；红外？我还是个门外汉；只有射线了，我紧紧的握了握手中上午才拿到的《傻瓜书——家庭摄影入门》，决定就此话题一炮而红。
射线照相检测，在NDT领域中是最为古老的检测方法之一。这是因为这种方法伴随着放射性现象的发现就产生了，可每年我们都能听到射线检测又推出了新鲜玩意，不就是利用放射性对物体的穿透性原理检测吗？咋概念总被搞得那么复杂呢！
好吧今天我们就从射线种类和电子加速结构入手聊一聊射线检测这马里亚纳海沟般的技术水深。
我先申明一点，其实射线检测的创新分为两个技术路径，简单的说就是我看到了是RP（射线源）问题，而我看清了就是IQ（算法）问题了。作为一直对自己IQ不是太自信的我只有在在RP问题上找回一点那啥了！用中文说就是只讨论源结构不谈算法！
既然我们要射线来探测物体，那问题来了，射线是怎么产生的呢？我淡然一笑，伸出了食指和中指——常用的两种方法，中指~放射性同位素，食指~加速带电粒子（然后用这样或那样的“效应”产生射线）。
但是很多场合，我边说边收起了食指，只剩那根销魂的中指卓然而立——同位素源是绝对的主流。
而让我们一直沉浸在其中的最重要原因就是简单便宜。虽然防护问题一直是同位素源心中抹不去的阴影，但一个铅罐和一个窗口就能让我们的仪器充分Hi起来，最重要的是能够直接用胶片成像！完全没天理可言！
我想此时其他NDT仪器的内心是崩溃的，尤其是超声已经哭晕在厕所。
不过且慢，虽然同位素源大碗量又足，但事实却是正在逐渐被替代这是为毛呢？一切都要从射线的种类说起。
事实上按照放射线的定义，放射线的种类十分庞大，光我们常见的就包括X、γ、β、α、质子、中子，这其中即有特定频段的电磁波也有高速粒子流，而我们每次对不同种类射线的应用都会带动NDT射线设备的一大波更新热潮，这就是我们觉得射线新设备层出不穷的主要原因之一。
我向伟大的度娘祈祷得到了下面的定义，方便我们理解不同射线的本质。
X射线：原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流，是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。又称伦琴射线。
γ射线：γ射线，又称γ粒子流，是原子核能级跃迁退激时释放出的射线，是波长短于0.01埃的电磁波。
注意跃迁两个字，这是重点（手动敲黑板）！
β射线：高速运动的电子流e，贯穿能力很强，电离作用弱。放射性物质发生β衰变，能释出的高能量电子产生β射线。
α射线：α射线亦称α粒子束，高速运动的氦原子核。α粒子由2个质子和2个中子组成。它的静止质量为6.64×10-27千克，带电量为3.20×10-19库。
质子束：高速运动的质子流（这个没问度娘）。
中子束：高速运动的中子流（这个也没问度娘，哈哈哈）。
实际上从氢一直到铀的离子束、正负电子束、光子束以及各种频段的电磁辐射（比如现在红的发紫的太赫兹）我们都可以定义为放射线，由于波粒二象性这个玄学至尊概念的存在，我们可以认为所有放射线都是高速粒子流束的一种，所以我们可以推出的射线技术几乎是~那啥~有的玩了。
好在大多数的放射线我们应用到的几率不大（其实是想用也用不起来）。但即便如此我们已经用到的射线种类也是五花八门。（是不是紫外也可以定义为射线检测？细思极恐啊！）
说到这，天然放射性元素的另一个缺点就体现出来了，那就是根本无法满足我们对放射种类、能量和灵活性的追求。
除了产生射线种类有限，同位素源的另一个问题是对于工业应用来说能量强度和灵活性都强差人意，这主要是大多数种类的射线用天然的方法无法提高和控制强度（其实是相对强度，由于同位素源的指向性很差，所以特定指向的能量密度要小于加速器和射线管），当然是涉关军事（钚就是很不错的中子源，可这东西听着总让人~）和难以防护也是天然射线源地位尴尬的主要原因。
于是，人们为了探索一种能够产生种类丰富、强度大、能量高、性能好、容易调节和控制的射线源，就搞出了带电粒子加速这种高端里透着低调，大气里透着奢华且内含丰富的黑科技。带电粒子加速技术能够根据需要加速、聚焦、偏转、分流甚至存储带电粒子束的能力极大的提高了射线NDT技术的灵活性。
掐指一算，上个世纪20年代带电粒子加速结构就已经被鼓捣出来了，当时制造他们的目的是对原子核进行研究。它的基本设计思路就是用强大的电场为带电粒子加速，理论上只要我们给出的电场足够强，带电粒子就可以获得我们想要的任何能量。
由于当时我们已知的和蒙的带电粒子里只有电子我们可以比较便宜的获得，于是NDT甚至整个工业用加速结构都是基于电子加速原理开发的，所以一切都要先从电子加速结构说起。
单从组成上看电子加速器那是相当的简单，只有三个部分，电子枪、加速腔和功率源。画个草图如下所示：
这幅图里的加速器是一个典型的驻波电子加速器（也是NDT较为常用的大功率加速器构型），实际上电子加速器的构型千千万，可基本上跑不出这三大部分的结构，而每个大部件的不同决定了加速器的类型。
比如把加速腔变成带孔的平板，功率源变成直流高压电源就是最古老的直流加速器；
如果在直流加速器的前面放个减速靶就是我们常见的X射线管；
而再把加速腔变成蜗牛壳的形状就是回旋加速器；
某撸串狂人脑袋一拍把加速腔串成一串，给功率源上加个反馈装置就是串联直线加速器等等。
总之为了能得到更大、更稳和更可控的粒子束，大拿们操碎了心。当然最让人操心的则是这三大部分本身的技术难度。
电子枪（我用有限生命为大家做出无限的贡献）：电子枪其实是对某些复杂阴极的高大上称呼，但阴极什么的叫法少了点直观性，于是我就私下拿他指代所有加速系统中提供电子的部件了。
电子枪有一个特点，就是它寿命堪比蚍蜉，比如有种叫磁控管的回旋加速器件，全力工作起来只能干200到300小时，而他过劳死的主要原因就是阴极被耗干（我愿为你*尽而亡——吴孟达）。
所以决定一套加速系统使用寿命的最主要因素就是电子枪，用句流行的台词形容它对加速系统同的感情就是“我爱你不后悔，也尊重故事的结尾。”，所以我们一般把电子枪视作耗材，也正因为如此造出一种金枪不倒的阴极成为所有大（nan）拿（ren）的梦想（也许冷阴极是大家的希望所在）。
加速腔（坚强的我用温柔的小手理顺你的长发）：电子枪虽然用自己的生命点燃了星星之火，但这毕竟是星星之火，就好像这几天南方的大雪，只有风中的凌乱。
可我们要的是啥！我们要的是专注且方向一直的小伙伴——射线啊！这就好像是天马流星拳到天马彗星拳的转变，需要能够爆发小宇宙的圣斗士和他们的黄金圣衣。加速腔的功能就有些类似于圣衣，它可以把能量集中起来，并变成电场势能和聚焦磁场，从而让散漫四射的电子们有了凝聚力并向着一个方向加速，最终形成了天（gao）马（su）彗（dian）星（zi）拳（shu）。
需要说明的是并不是所有加速结构都同时具有加速和聚焦的功能，有的需要道具——磁场透镜（线圈）或阳极板的帮助。
不同的加速结构有不同的设计难点，比如X射线管，难点在与结构和减速靶而加速器的难点则在于腔体内结构和精密加工。
有些精密腔体甚至娇嫩的无法触碰，腔体内壁只要被我们那富含汗液油脂小手抚摸一次，等待它的就是彻底报废的命运。当然不像阴极，被制造好的加速腔一般是比较长寿的，只是良好的保养是保证加速腔坚挺的关键。
功率源（我是你的内心和动力，澎湃的我带你一起装逼一起飞）：功率源可以说是整个加速系统里最为复杂的部分，也是系统稳定性的瓶颈。就好像圣衣虽然是一种犹如开挂一般的存在，但没有小宇宙，那它也就是一个贵金属罐头盒。
而对设计者来说功率源和小宇宙是一样一样的，逼装的很厉害，但心情和状态决定了一切。好的时候输出稳定的那是不要不要的，坏的时候让你有沐浴更衣开坛做法的冲动。
根据加速器的构型不同，功率源分为直流源和射频(RF)源两种，而一般的小型设备都以直流源或极高频的射频源（壕专用）为主，而大型的设备则是RF源的天下。（功率源的构型超出了本文的讨论范围，以后有机会再和大家八一八它的故事）。
有了以上三部分，我们就可以脑补以下情节了：
本来安守本分的电子在电子枪诸如加热、加场之类的诸多不可描述之作用下感受到了躁动的力量，四散飞射，消耗着阴极的生命迸发青春。
但是社会需要约束的力量来维持，充满正能量的加速腔出场了，它用它那温柔的腔体让电子们聚集并为了同一个理想和目标奋斗，越跑越快。
然而加速腔的温柔并不是成功的一切，成功的女人背后往往站着一个身强力壮的男人，那个默默付出的功率源在看心情付出自己的肾的同时也让电子的力量达到了极致。
于是我们想要的各种射线就在这场《奔跑吧！电子！》的综艺节目中诞生了。
“好了，电子加速器结构就说到这，下回继续。”此时的我充满了任务完成的解脱感，可台下吃瓜的老王又喊了一嗓子 “你说了这么半天电子加速，和其他的射线应用有毛关系啊！”
看着满地的瓜子我捋了捋柔顺的乱发潇洒的敲了敲黑板说了句“预习重点，轫致辐射”。便一边想着明天的饭钱何来，一边潇洒的消失在台上。
