中子射线照相技术用于无损检测

中子成像是一种强大的无损检测（NDT）方法，它可以穿透复杂的材料并捕获那些本来不会引起注意的缺陷和缺点，例如涡轮机叶片中的陶瓷残余物以及复合材料和3D打印组件中的结构缺陷。

这是如何实现的？

中子射线照相术（N射线）使用中子射线流来实现物体内部结构的可视化。与X射线成像相似，但中子辐射的表现与X射线不同。相对于致密的材料，X射线更容易穿过轻质的材料。而中子辐射仅与原子核相互作用，而忽略了那些有时密集的电子云。通常，中子辐射难以穿透较轻的材料，因为原子核之间的空间较小，无法通过辐射。因此，比轻质材料相比，中子辐射更容易穿透致密材料。航空航天领域中有许多零部件，例如涡轮叶片、高能设备和复合材料，与其他无损检测方法相比，中子成像可以提供更多的检测信息。

涡轮叶片

涡轮叶片由轻质金属围绕陶瓷芯铸造而成，中空的空气冷却通道穿过叶片，以防止它们在喷气发动机的高温运行环境中破裂或熔化。在制造过程中，少量陶瓷会滞留在冷却通道中，从而阻碍气流。

中子辐射与某些元素相互作用的方式非常有趣，如钆和硼。这些元素是中子吸收剂，因为它们的物理特性使它们对中子辐射不反射。将涡轮叶片浸泡在液态钆溶液中进行标记可以使钆沉淀在多孔陶瓷碎片中，而不是叶片的金属结构中。因此，当对叶片进行中子成像时，即使是微小的陶瓷碎片也会与它们周围的环境形成鲜明的对比。对于涡轮叶片制造商来说，中子射线照相是一种至关重要的无损检测方法。许多中子成像设备都是由公立大学维护的裂变反应堆，通常会按照大学的时间表定期停机维护，从而造成供应紧张。如果没有中子源，它将影响整个涡轮叶片的供应链。

3D打印的复合材料

随着3D打印技术的进步，与传统的减材方法相比，增材制造技术能够更有效地构造复杂设计且浪费更少，因此对于航空航天制造商而言，增材制造迅速成为必不可少的工艺技术。3D打印技术使航空航天制造商能够快速设计，并测试新组件和复合材料的样机。复合材料将两种或两种以上的物质结合在一起，从而使合成的材料具有两者的优点（例如，一种物质的强度和另一种物质的柔韧性）。但是，他们在无损检测方面可能会令人失望。复合材料的一种成分可能会很好地进行X射线检查，而另一种可能不会很好地进行X射线检查，这使得仅用一种测试方法就很难获得完整的图像。

这就是中子射线照相补充X射线的地方。一起应用，两者可以将整个图像分为两半。由于硼的中子截面高，因此中子射线照相对硼复合材料特别有用。

复合材料对于航空航天制造商而言尤其令人兴奋，因为它们可用于制造更轻、更坚固、更环保的飞机和航天器部件。随着复合材料使用量的增加，中子成像等无损检测方法的新机遇将在产品测试和设计、质量保证和失效分析中崭露头角。

改善N射线存取

尽管中子成像在航空航天领域提供了出色的无损检测见解，但在涡轮叶片制造商之外，由于长期存在的可行性问题，它并不经常使用。直到最近，只有少数几个核裂变研究反应堆可以提供足够的中子输出，为工业无损检测提供清晰而详细的中子图像。由于大多数设施都没有配备用于处理高能材料的设备，因此中子成像技术在检查装置（如喷射装置和有效载荷整流罩分离装置）方面的使用不足。

然而，新的中子成像设备正在出现，与老化和减少的反应堆设备相比，具有显著的优势，可以提供相同的图像质量，但是具有更小的占地面积，更少的监管负担以及更少的安全风险。自20世纪50年代作为一种可行的工业无损检测方法出现以来，中子成像在航空航天工业中具有重要的应用历史，随着更新、更容易使用的设备的出现，其作为研究和开发、质量保证和失效分析工具的用途将会增加。

本文译自AerospaceManufacturingandDesign杂志

编辑：MichelleJacobson