本发明属于X射线探测技术领域，具体涉及一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法。
背景技术：
感光胶片（下简称“胶片”）具有灵敏度高、空间分辨能力强、动态响应范围宽等特点，作为一种有效的X射线探测工具，被广泛地应用在工业无损探伤、医疗诊断、等离子体探测和X射线激光研究等领域中。由于胶片常用于可见光照相中，因此，胶片厂商只给出了胶片在可见光及近紫外光谱（能谱）范围内的光谱灵敏度（能谱灵敏度），而都没有给出X射线能谱范围内的能谱灵敏度。而在研究物质不同元素成分对X射线吸收的问题时，获得胶片对X射线能谱的响应曲线显得尤其重要，是实现物质成分分布分析的必要条件。以往少数获得胶片X射线能谱灵敏度的科研机构多采用X射线单色仪获取单能X射线，通过改变曝光时间和光源强度，获取X射线能谱下的胶片黑度与曝光强度的关系，进而得到胶片的X射线能谱灵敏度曲线。
在1986年，Henke等人在《Optical Society of America》期刊上公开的文章《High-energy x-ray response of photographic films: models and measurement》中，利用晶体折射原理，建立X射线单色化装置，将不同能量的X射线分离，通过对胶片多次曝光成像，测量各能量下的底片黑度与曝光时间和光源强度的关系，进而得到胶片的X射线能谱灵敏度。在1996年，中国科学院西安光学精密机械研究所的赵青春等人在《光子学报》中公开发表的《航空胶片的X射线标定》中，也采用了类似的方法，通过研制的X射线单色仪对X射线进行单色化，从而获得胶片的X射线能谱灵敏度曲线。
可见，现有方法的共性问题在于需要价格昂贵、结构复杂的X射线单色化装置，实验环节复杂、装置调校难度大，导致实际应用该方法获取胶片能谱灵敏度的情况极少，实用性差。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法。
本发明的一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，其特点是，包括以下步骤：
a. 在真空室中，将材料不同、组成成分和厚度已知的多厚度样品Ⅰ和多厚度样品Ⅱ放置在感光胶片表面，X射线管远离样品，使照射样品的X射线近似为平行光束；
b. 将真空室抽至真空，开启X射线管，对多厚度样品Ⅰ和多厚度样品Ⅱ同时进行曝光成像，能谱探测器同步测量X射线管发射的X射线能谱；
c. 对曝光后的感光胶片进行显影、定影、冲洗和烘干处理，使之显像获得成像底片；
d. 通过光学成像设备以透射方式测量底片的黑度或灰度值；
e. 根据材料的元素组成成分，建立多厚度样品Ⅰ和多厚度样品Ⅱ各自的X射线吸收方程；
f. 若在多厚度样品Ⅰ上某点A处和多厚度样品Ⅱ上某点B处底片的黑度/灰度值相等，说明A处和B处探测到的光强相等，两个多厚度样品的X射线吸收方程以探测到的光强相等建立一个等式；
g. 在多厚度样品Ⅰ不同厚度位置上选取多个点，并在多厚度样品Ⅱ上找到对应的黑度或灰度值相等的点，每组等值点建立一个等式，建立多个方程组成线性方程组；
h. 当建立方程数量大于等于待求解X射线波长的数量时，通过求解线性方程组可得到感光胶片的X射线能谱灵敏度。
所述多厚度样品的数量为两个以上。
所述多厚度样品的形状为球形、直角楔形、多台阶形中的一种或两种以上组合。
所述光学成像设备为黑度仪、显微镜或数码相机中的一种。
所述线性方程组的求解方法为直接解法、迭代法中的一种。
本发明的一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法具有以下优点：
1. 显著降低了胶片X射线能谱灵敏度测量的成本。本发明的测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，不需要价格昂贵、技术复杂的X射线单色化设备，显著降低了胶片X射线能谱灵敏度的测量成本，提高了实用性。
2. 显著提高了胶片X射线能谱灵敏度的测量效率。本发明的测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，只需一次X射线曝光成像，无需在不同X射线波长下和光强下多次曝光，简化了胶片能谱灵敏度的测量环节，测量效率显著提高。
3. 提高了胶片X射线能谱灵敏度的测量精度。本发明的测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，采用等价吸收原理，只需曝光一次和洗片一次，无需对洗片过程各参数的重复性进行严格限制，避免了多次曝光、洗片过程的非一致性对X射线能谱灵敏度测量结果的影响，并消除了多个胶片成像的感光性差异，提高了测量精度。
本发明的测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，解决了现有测量方法费用高昂（需使用X射线能谱单色化装置）、过程繁琐（需要多次曝光和多次洗片）的问题，应用本方法无需对X射线进行单色化，测量过程简单，易于实现胶片X射线能谱灵敏度的测量。
附图说明
图1为本发明的一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法的装置示意图；
图中，1.真空室 2.多厚度样品Ⅰ 3.多厚度样品Ⅱ 4.感光胶片 5.X射线管 6.能谱探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，在真空室1底部，台阶形多厚度样品Ⅰ2和多厚度样品Ⅱ3放置在感光胶片4上，多厚度样品Ⅰ2和多厚度样品Ⅱ3材料不同、组成成分和厚度已知，X射线光管5适当远离多厚度样品并固定于真空室1的顶部，使从X射线光管5发出的X射线可近似平行地穿过厚度样品Ⅰ2和多厚度样品Ⅱ3，能谱探测器6置于真空室1中，探头指向X射线光管5的焦点位置，用于测量X射线光管5发出的X射线能谱；将真空室1中的空气抽出形成真空环境，避免空气对X射线的吸收与散射，开启X射线光管5，对多厚度样品Ⅰ2和多厚度样品Ⅱ3进行曝光成像，感光胶片4接收透过多厚度样品的X射线能谱，同时X射线光管1发出的X射线能谱被能谱探测器6探测；曝光完成后，将感光胶片4取出，在暗室中，使用自动洗片机进行感光胶片4的显影、定影、冲洗和烘干过程，形成显影底片；使用黑度仪，通过显影底片测量多厚度样品Ⅰ2在不同厚度处的黑度，和多厚度样品Ⅱ3在不同厚度处的黑度，其中，i为不同厚度的序号。
多厚度样品Ⅰ2在X射线透射过程中的吸收公式为：
（1）
其中，I 为透过多厚度样品Ⅰ2照射到感光胶片4上的X射线光强，E 为X射线能量，为X射线光管5发出的X射线能谱，为感光胶片4的X射线能谱灵敏度，为多厚度样品Ⅰ2的X射线线性吸收系数，为多厚度样品Ⅰ2的密度，为多厚度样品Ⅰ2的厚度。由于多厚度样品Ⅰ2的组成成分已知，因此，可通过查表获得，可通过查表或称重法测量得到，为已知量。
为便于计算，将公式（1）离散化为：
（2）
同理，多厚度样品Ⅱ3在X射线透射过程中的吸收公式进行离散化后为：
（3）
其中，为透过多厚度样品Ⅱ3照射到感光胶片4上的X射线光强，为X射线能量，为X射线光管1发出的X射线能谱，为感光胶片4的X射线能谱灵敏度，为多厚度样品Ⅱ3的X射线线性吸收系数，为多厚度样品Ⅱ3的密度，为多厚度样品Ⅱ3的厚度。
对于多厚度样品Ⅰ2和多厚度样品Ⅱ3，厚度和黑度为单调递减关系，如果在厚度数量不足的情况下，可通过曲线拟合的方法得到其他厚度处的黑度值。
当时时，，即
（4）
为保证能谱灵敏度的准确性，需要选取的X射线能量值间隔小且数量多，即较小、m 较大（通常应有m ≥ 20），当方程组（4）中方程数量不少于选取的X射线能量值数量时，即n ≥ m 时，线性方程组（4）存在唯一非零解，应用迭代法求解可得到感光胶片4的X射线能谱灵敏度。
实施例1中多厚度样品的数量可以多于两个，多厚度样品的形状可以是球形、直角楔形、多台阶形中的一种或两种以上组合。
实施例2
实施例2与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，光学成像设备可采用显微镜或数码相机，显微镜或数码相机可以获得较高的横向分辨率，适合微小的多厚度样品条件下的胶片能谱灵敏度测量。显微镜或数码相机测得的数据是灰度，灰度与黑度具有单值函数关系，所以当两个多厚度样品在灰度相等的条件下，也可建立吸收等式。
实施例3
实施例3与实施例1的实施方式基本相同，主要区别在于，求解该线性方程组可以采用直接解法，如高斯消元法。当多厚度标样的厚度范围较大时，也可采用直接解法求解。
此实施例通过一系列的措施实现了一种测量感光胶片X射线能谱灵敏度的等价吸收方法，完成了胶片X射线能谱灵敏度的测量，与其他方法相比，无需复杂昂贵的X射线单色化装置、只需一次曝光和一次洗片，显著提高了测量胶片能谱灵敏度适用性、测量效率和测量精度。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求书上的改动都是本发明的保护范围。