射線檢測(cè)原理講稿

射線檢測(cè)原理

四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)原子和原子核結(jié)構(gòu)理論了解射線產(chǎn)生的機(jī)理一、原子1元素與原子的概念:定義：元素--所有這些自然界的物體不論形態(tài)如何,功能如何,它們都是由一些最簡(jiǎn)單、最基本的物質(zhì)，即元素構(gòu)成。原子－組成單質(zhì)和化合物分子的最小微粒，由原子核和核外電子構(gòu)成。第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)

2原子的構(gòu)成:原子是由原子核和核外電子所構(gòu)成。電子圍繞原子核作隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，相同能量的電子在相同的運(yùn)動(dòng)層(即軌道)上出現(xiàn)，有的人說是作行星運(yùn)動(dòng)，實(shí)質(zhì)上是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樾行沁\(yùn)動(dòng)，是由引力場(chǎng)維持的，而電子與原子核之間是由電場(chǎng)維持的，其本質(zhì)是不同的；電子在一定軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)

（1）質(zhì)量：幾乎集中在原子核內(nèi)，核的密度非常大！如果：把核集中在1cm3的體積內(nèi)，那么：這1cm3的體積內(nèi)核的總重量為108噸！（2）大?。涸影霃?0-8cm數(shù)量級(jí)。原子核半徑10-13cm數(shù)量級(jí)。如果：核的半徑為1cm，則原子半徑約為1km即10-8/10-13=100000倍

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)

（3）電荷：原子核帶正電；電子帶負(fù)電；原子為中性。（4）構(gòu)成：原子核（質(zhì)子+中子）+電子

數(shù)量關(guān)系：原子量=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)A=Z+N質(zhì)子數(shù)Z=核的正電荷數(shù)=電子數(shù)=原子序數(shù)

例：Co6060=27+333原子結(jié)構(gòu)理論---玻爾理論（玻爾模型）20世紀(jì)初二種不同的原子結(jié)構(gòu)模型1903年：湯姆森假設(shè)：核子與電子在原子內(nèi)均勻分布1911年：盧瑟福模型：行星分布α散射實(shí)驗(yàn)否定了湯姆森假設(shè)肯定了盧瑟福模型盧瑟福模型不完善，1913年玻爾提出了完善的原子結(jié)構(gòu)模型---玻爾模型.玻爾理論（玻爾模型）的要點(diǎn)：第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)（1）原子只能存在一些不連續(xù)的穩(wěn)定狀態(tài)，這些穩(wěn)定狀態(tài)各有一定的能量E1、E2、E3.....En。處于穩(wěn)定狀態(tài)中運(yùn)動(dòng)的電子雖然有加速度，但不發(fā)生能量輻射。能量的改變，由于吸收或放射輻射的結(jié)果或由于碰撞的結(jié)果。（2）原子從一個(gè)能量為En的穩(wěn)定狀態(tài)過度到能量為Em的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，它發(fā)射（或吸收）單色的輻射，其頻率ν決定于下列關(guān)系式（稱為玻爾頻率條件）：hν=En-EmEn、Em分別為較高、較低能級(jí)的能量值。穩(wěn)定狀態(tài)的改變（或能量的改變）是不連續(xù)的。第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)4玻爾理論中的幾個(gè)概念：基態(tài)：原子處于最低能量的狀態(tài)稱為基態(tài)，是穩(wěn)定狀態(tài)；激發(fā)態(tài)：電子獲得能量從低能級(jí)軌道進(jìn)入高能級(jí)軌道，該過程稱為激發(fā)；此時(shí)原子處于高能量狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的狀態(tài)；原子的狀態(tài)特性：任何不穩(wěn)定狀態(tài)的原子必將自動(dòng)的回到穩(wěn)定狀態(tài)即回到基態(tài)；該過程將釋放出能量，即產(chǎn)生輻射。釋放能量的過程可以一次回到基態(tài)，也可以逐次回到基態(tài)；第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)躍遷：電子從一個(gè)軌道向另一個(gè)軌道的運(yùn)動(dòng)，稱為躍遷（包括從低到高；或從高到低的運(yùn)動(dòng)）；

能級(jí)：用平行線表示核外電子所處的能量級(jí)別稱為能級(jí)，外殼層能級(jí)最高，但外殼層上的電子結(jié)合能最低。

n=2n=1基態(tài)n=∞自由電子氫原子的能級(jí)圖n=3n=410.2ev1.89ev-13.6ev(E1)-3.4ev(E2)-1.51ev(E3)-0.85ev(E4)0ev能量激發(fā)態(tài)第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)二、原子核1原子核的結(jié)構(gòu)精確的結(jié)構(gòu)模型至今尚未建立多種模型并存的狀態(tài)：殼層模型，液滴模型...、2原子核的構(gòu)成均勻分布不同數(shù)量的質(zhì)子和不同數(shù)量的中子構(gòu)成不同性質(zhì)（元素）的原子核原子的原子量A代表該原子的原子核的質(zhì)子和中子的總和:A=Z+N

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)3原子核的電荷正電荷=原子序數(shù)Z4原子核的半徑10-13----10-12cm5原子核的質(zhì)量原子核的質(zhì)量>>電子的質(zhì)量;原子的質(zhì)量原子核的質(zhì)量原子核的總質(zhì)量總是小于它的組成部分的質(zhì)量和，主要是因?yàn)榻Y(jié)合能的存在消耗一部分質(zhì)量當(dāng)量，由質(zhì)能公式可算出結(jié)合能的大小。

6核的穩(wěn)定性核的穩(wěn)定性取決于質(zhì)子與中子數(shù)量的組合質(zhì)子與中子數(shù)量：2、8、20、28、50、82、126最穩(wěn)定。第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)7核內(nèi)的幾種作用力庫(kù)侖力核力：存在于質(zhì)子和中子間，是核穩(wěn)定性的重要因素核力的性質(zhì)：（1）核力與電荷無關(guān)；（2）核力是短程力；（3）核力100倍庫(kù)侖力，是強(qiáng)相互作用力；（4）核力促成核子的二種結(jié)合形式成對(duì)結(jié)合：質(zhì)子+中子對(duì)對(duì)結(jié)合：一對(duì)質(zhì)子+一對(duì)中子

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)三、元素及元素周期律1元素的概念（1）定義：具有相同核電荷的一類原子稱為元素。例如：只有一個(gè)核電荷數(shù)的原子稱為氫元素，所有八個(gè)核電荷數(shù)的原子稱為氧元素。（2）元素符號(hào):表示某種元素的一個(gè)符號(hào)，如H、O、Cl、N等A：原子量（原子質(zhì)量數(shù)）。Z：原子序數(shù)：原子在元素周期表中的排列序號(hào)。原子核所帶的正電荷數(shù)。第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)2同位素質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的元素稱為同位素。

如：H11，H12，H13

3元素周期律1869門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律。自然定律:玻爾理論對(duì)元素周期律的科學(xué)解釋。元素周期律揭示了：元素的性質(zhì)是隨著元素原子序數(shù)的增加而呈現(xiàn)出周期性的變化，這一變化的原因是它們的原子結(jié)構(gòu)隨著原子序數(shù)的增加而呈現(xiàn)周期變化的規(guī)律。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)四、放射性衰變?cè)雍说闹匾再|(zhì)—放射性1核的穩(wěn)定性概念處于基態(tài)的原子核穩(wěn)定性的。處于激發(fā)態(tài)的原子核是不穩(wěn)定的?？偸峭ㄟ^衰變釋放能量，變成另一種核素回歸到基態(tài)。衰變的定義：在無外界作用下，不穩(wěn)定原子核自發(fā)釋放出中子、質(zhì)子或電子，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N核素的原子核，這種現(xiàn)象稱為衰變。衰變方式分自然衰變與人工衰變。衰變模式有α衰變、β衰變、γ衰變。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)衰變形成的產(chǎn)物即為輻射，又稱射線，是由微觀粒子組成的運(yùn)動(dòng)束流。如無線電波，紅外線，可見光，α、β、γ射線，X射線，宇宙射線等。凡能引起物質(zhì)損傷的射線，均屬于電離輻射。反之，則為電磁輻射。一般實(shí)物粒子構(gòu)成的射線屬于電離輻射；如α、β、質(zhì)子、中子等射線屬于電離輻射；紅外線，可見光、X射線，γ射線則電磁輻射。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)2α衰變放射性原子核釋放出α粒子的過程稱為α衰變。α衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化：α粒子是氦的原子核（He）核內(nèi)：2個(gè)質(zhì)子，2個(gè)中子。一次α衰變：質(zhì)子數(shù)減少二個(gè)，中子數(shù)減少二個(gè)，原子量減少4。α粒子所形成的α射線是一種電離輻射。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)3β衰變放射性原子核釋放出β粒子的過程稱為β衰變。β粒子是電子，β衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化：質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，中子數(shù)減少一個(gè)，原子量不變。β粒子所形成的β射線也是一種電離輻射。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)4γ衰變(輻射)放射性原子核釋放出γ光子的過程稱為γ衰變(輻射)。γ衰變通常是在α衰變和β衰變過程中發(fā)生的。γ射線的釋放不影響原子核的核子數(shù)，僅減少原子核的能量。并非每一個(gè)α衰變和β衰變都釋放γ光子。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)5人工放射性用高能粒子轟擊穩(wěn)定原子核，使其變成不穩(wěn)定的具有放射性的原子核，這些原子核具有人工放射性。鈷60的典型衰變：第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)鈷60的蛻變圖β1.33Mev1.17Mevγγ0.31Mev5.3年第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

了解射線的各種性質(zhì)及應(yīng)用一、X射線和γ射線的本質(zhì)與性質(zhì)1本質(zhì)：是電磁波從科學(xué)的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會(huì)釋出電磁波。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波為橫波。

電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變（如圖所示），其強(qiáng)度與距離的平方成反比，波本身帶動(dòng)能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。磁能隨著電場(chǎng)與磁場(chǎng)的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質(zhì)也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。如太陽(yáng)與地球之間的距離非常遙遠(yuǎn)，但在戶外時(shí)，我們?nèi)匀荒芨惺艿教?yáng)光的光與熱。由于輻射強(qiáng)度隨頻率的減小而急劇下降，因此波長(zhǎng)為幾百千米（105米）的低頻電磁波強(qiáng)度很弱，通常不為人們注意。X射線、γ射線、可見光、無線電波、紅外線都是電磁波。X射線和γ射線是波長(zhǎng)較短的電磁波。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

了解波長(zhǎng)：

無線電波3000米～0.3毫米。

紅外線0.3毫米～0.75微米。

可見光0.7微米～0.4微米。

紫外線0.4微米～10毫微米

X射線10毫微米～0.1毫微米

γ射線0.1毫微米～0.001毫微米

高能射線小于0.001毫微米

傳真（電視）用的波長(zhǎng)是3～6米；

雷達(dá)用的波長(zhǎng)更短，3米到幾毫米。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2波動(dòng)關(guān)系：λ=C/νλ（波長(zhǎng)?），C（光速），ν（頻率）3波長(zhǎng)單位：埃?=10-8cm；納米nm=10-7cm。

4性質(zhì)：（1）不可見，在真空中以光速傳播；（2）不帶電，不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響；（3）具有某些光學(xué)特性：反射，折射（折射系數(shù)近似1），有干涉和衍射；（4）具有極大的能量，能穿透物體；（5）能使物質(zhì)電離，能產(chǎn)生熱效應(yīng)和光化作用；（6）能殺傷生物細(xì)胞，破壞生物組織，具有輻射生物效應(yīng)。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

二連續(xù)X射線（白色X射線，多色X射線）X射線:射線束中包括---連續(xù)X射線和特征X射線產(chǎn)生機(jī)理：根據(jù)電動(dòng)力學(xué)理論，作加速運(yùn)動(dòng)（包括負(fù)加速運(yùn)動(dòng)）的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。X射線管內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶原子碰撞時(shí)，與原子核外庫(kù)侖場(chǎng)作用，而產(chǎn)生電磁輻射，稱為韌致輻射(產(chǎn)生了X射線）。這種輻射又由于是電子急劇停速引起的所以又稱停速輻射。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2連續(xù)X射線譜及最短波長(zhǎng)：根據(jù)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)理論，韌致輻射的能量與停速時(shí)間Δt成反比E∽1/ΔtΔt--連續(xù)變化，E--連續(xù)變化，E=eV=hν=hc/λλ--連續(xù)變化λmin的導(dǎo)出：電場(chǎng)能=電子動(dòng)能=光子能+消耗能,消耗能遠(yuǎn)小于光子能，故忽略消耗能，由此推導(dǎo)出最短波長(zhǎng)如下：λmin==(h、c、e均為常數(shù)）單位：λmin：埃。U：千伏。

例：U=200Kv,λmin=12.4/200=0.062埃3連續(xù)X射線強(qiáng)度分布曲線及強(qiáng)度計(jì)算：連續(xù)譜曲線極其復(fù)雜！通過求面積積分導(dǎo)出總強(qiáng)度的公式：I=KZiU2

式中：K--系數(shù)1.1--1.4×10-6

Z--原子序數(shù)；i--管電流；U--管電壓影響強(qiáng)度的因素U、Z、i大家要了解并會(huì)運(yùn)用這個(gè)公式，對(duì)于特定的射線機(jī)，其強(qiáng)度與管電壓的平方成正比。曝光量E＝It也就是說曝光時(shí)間與管電壓的平方成正比。現(xiàn)舉例說明，希望大家能在實(shí)際工作中運(yùn)用自如，第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

例：某單位用X射線機(jī)透照一工件，在150KV的管電壓下，曝光5分鐘，得2.5的黑度值，其它透照參數(shù)不變，現(xiàn)將管電壓提到180KV，要得到相同的黑度值(沖洗條件一樣），其曝光時(shí)間應(yīng)為多少分鐘？解：由題意已知，U1＝150KVt1=5E1=E2(黑度相同）U2＝180KV求t2=？由公式E=ItI=KZiU2可推導(dǎo)出：KZiU12t1=

KZiU22t2t2=U12t1/U22=(150/180)2×5=3.5分鐘答：180KV時(shí)的曝光時(shí)間應(yīng)為3.5分鐘。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

思考：透照厚度是否屬于透照參數(shù)？此類計(jì)算是否適用于不同X射線機(jī)上？選用不同類型的膠片時(shí)是否也適用？思考題：用X射線機(jī)透照一厚度為12mm的鋼焊縫工件，在130KV的管電壓下，管電流為5mA，曝光5分鐘，得2.5的黑度值，其它透照參數(shù)不變，現(xiàn)用同樣的X射線機(jī)透照厚度為20mm的鋼焊縫工件，將管電壓提到180KV，要得到相同的黑度值(沖洗條件一樣），其曝光時(shí)間應(yīng)為多少分鐘？注:半值層為4mm。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

4連續(xù)X射線的效率（轉(zhuǎn)換效率）：連續(xù)X射線強(qiáng)度

計(jì)算公式η==KZU

影響轉(zhuǎn)換效率的因素K、U、Z例：Z=74；U=200；求ηη=1.4×10-6×74×200=2%

5連續(xù)X射線的空間強(qiáng)度分布：垂直方向不是強(qiáng)度最大方向?qū)嶋H曝光場(chǎng)是一個(gè)橢圓通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定曝光場(chǎng)的強(qiáng)度分布

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

三標(biāo)識(shí)X射線（特征X射線，線狀X射線，單色X射線）1標(biāo)識(shí)X射線產(chǎn)生機(jī)理能量較大的電子入射到靶材料的原子中，與殼層電子碰撞，擊出內(nèi)電子，使原子處于激發(fā)態(tài)（吸收）；激發(fā)態(tài)原子釋放能量發(fā)射光子（輻射）。即發(fā)射標(biāo)識(shí)X射線。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線的條件：管電壓>某一臨界值時(shí)，才能產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線。標(biāo)識(shí)射線的波長(zhǎng)是不連續(xù)的。它取決于靶面的材料。它通常用于對(duì)材料的化學(xué)成分進(jìn)行定性分析。在無損檢測(cè)中，因強(qiáng)度低，幾乎不起作用。例：W靶：69.5KV開始產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線；Mo靶：20KV開始產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線；

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2標(biāo)識(shí)譜及其特征標(biāo)識(shí)X射線譜是疊加在連續(xù)譜上的單色譜。其線系為：入射到K層的發(fā)射K系標(biāo)識(shí)X射線，KαKβ…入射到L層的發(fā)射L系標(biāo)識(shí)X射線,LαLβ...入射到M層的發(fā)射M系標(biāo)識(shí)X射線,MαMβ....

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

四連續(xù)X射線與標(biāo)識(shí)X射線的區(qū)別（1）產(chǎn)生機(jī)理不同.（2）能量與波譜不同.（3）強(qiáng)度不同.X射線管產(chǎn)生的X射線包括：連續(xù)X射線和標(biāo)識(shí)X射線。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

五γ射線1產(chǎn)生原理原子核的重要性質(zhì)----放射性放射性同位素產(chǎn)生α或β衰變之后，若仍處于高能級(jí)的激發(fā)狀態(tài)，必定要釋放多余的能量回到低能級(jí)的穩(wěn)定狀態(tài)（基態(tài)），這時(shí)原子核發(fā)射γ射線釋放多余的能量，其機(jī)理是核內(nèi)能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生的。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2衰變規(guī)律與半衰期衰變規(guī)律：N=Noe-λt式中：No--初始狀態(tài)的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）；N–經(jīng)過t時(shí)間后的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）；λ--衰變常數(shù)。并非每一次衰變都發(fā)射γ射線。放射性同位素的能量不隨時(shí)間改變。半衰期的定義：放射性同位素原子核數(shù)（或強(qiáng)度）衰變到一半時(shí)所需的時(shí)間稱為該同位素的半衰期。記以T1/2。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

半衰期公式的推導(dǎo)：==e-λT1/2

二邊取自然對(duì)數(shù)，ln(1/2)=-λT1/2---->ln2=0.693所以：T1/2=例：Co60T1/2=5.3年λ=0.693/5.3年=0.130/年半衰期的簡(jiǎn)便計(jì)算公式

3γ射線譜---線狀譜Co60:2根；Ir192:24根；Cs137:1根；4γ射線的能量能量決定穿透力穿透力取決于源的種類和性質(zhì)（后面專題討論）5γ射線的強(qiáng)度單位時(shí)間落到單位面積上的光子數(shù)（后面專題討論）

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

6X射線和γ射線比較相同點(diǎn):（1）都是電磁波，本質(zhì)相同；（2）都具有反射，折射等光學(xué)性質(zhì)； （3）都能使膠片感光；（4）都是電磁輻射能對(duì)人和生物造成危害；（5）穿過物體時(shí)具有相同的衰減規(guī)律.不同點(diǎn):（1）產(chǎn)生方式不同；（2）能量變化不同：X--可控，可調(diào)，取決于管電壓；γ--不可控，不可調(diào)，取決于源的性質(zhì)；（3）強(qiáng)度變化不同：X--可控，可調(diào)，取決于U，i,Z；γ--隨時(shí)間變化；（4）波譜形式不同。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

7工業(yè)探傷用的放射性同位素常用γ源：Co60，Cs137,Ir192,Tm170.Se75…半衰期:Co605.3年，Cs13733年，Ir19275天，Se75120天制取方式:天然；人工人工制取是利用中子轟擊使其發(fā)生核反應(yīng)。核反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，不能恢復(fù)！第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

思考題：測(cè)得Ir192源1m處的初始強(qiáng)度為80Ci，問50天后，0.5m處的強(qiáng)度為多少Ci？注:Ir192半衰期為75天。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

六、射線的種類及其在探傷中的應(yīng)用1種類：（1）電磁波類：X射線，γ射線，以及紅外線，紫外線，微波等...（2）粒子類：α射線，β射線（電子射線），質(zhì)子射線，中子射線等2中子射線的衰減特性：（1）衰減系數(shù)與Z之間沒有規(guī)律;（2）有些重元素中衰減小，有些輕元素中衰減大。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

3應(yīng)用內(nèi)部缺陷的探測(cè)：X,γ,中子表面缺陷的探測(cè)：微波，紅外線，激光特殊結(jié)構(gòu)的探測(cè)：炮彈（中子）金屬構(gòu)件的探測(cè)：X,γ,中子非金屬構(gòu)件的探測(cè)：微波，激光

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

八射線的能量與強(qiáng)度

能量與強(qiáng)度是一種力量的量度，能量是力量的質(zhì)的體現(xiàn)；強(qiáng)度是力量的量的體現(xiàn)。射線對(duì)物體的穿透和對(duì)膠片的感光，是其能量和強(qiáng)度的具體表現(xiàn)，因此透徹的理解能量與強(qiáng)度概念，是十分重要的。如紅燈、黃燈代表不同波長(zhǎng),即不同能量。而這些燈可以有5w,50w,500w,這代表強(qiáng)度。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

1能量射線的穿透力取決于射線的能量,猶如人說話一樣，說話聲音大，所發(fā)出的能量高，聲音就傳導(dǎo)得更遠(yuǎn)。能量也稱為線質(zhì)；能量的單位：ev或爾格1ev=1.6x10-12爾格。射線穿透物質(zhì)后，能量是不變的，只有強(qiáng)度發(fā)生變化（射線根數(shù)減少）。X射線（光子）能量的表達(dá)與計(jì)算E=hν=hc/λ=0.0124/λ或λ=0.0124/E以上二式中，E的單位：Mev;λ的單位：埃。或者λ=12.4/E（與λmin=12.4/U有本質(zhì)區(qū)別）這里：E的單位：Kev;λ的單位：埃。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

連續(xù)X射線的能量取決于管電壓；

標(biāo)識(shí)X射線的能量達(dá)到臨界電壓后與管電壓變化無關(guān)；標(biāo)識(shí)X射線的能量與靶材料有關(guān)；γ射線的能量（穿透力）取決于源的種類和性質(zhì)；60Co：1.17Mev1.33Mev。137Cs:0.66Mev192Ir:0.35Mev（實(shí)際上有12組不同的能量）平均能量Co60:（1.17Mev+1.33Mev）/2=1.25Mev當(dāng)量能：γ射線的穿透力相當(dāng)于X射線同等穿透力所對(duì)應(yīng)的管電壓值，稱為當(dāng)量能。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

如何確定220KV射線的能量：先求:λmin=12.4/U=0.05636埃再求:最短波長(zhǎng)所對(duì)應(yīng)的射線能量Emax=hν/λmin=0.220(Mev)即：220kv管電壓產(chǎn)生的X射線光子最大能量0.22Mev。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2強(qiáng)度射線對(duì)膠片的感光取決于它的強(qiáng)度。在日常生活中我們經(jīng)常碰到強(qiáng)度這一概念，但大家恐怕對(duì)強(qiáng)度這一概念的具體定義或含意不一定了解準(zhǔn)確。力學(xué)性能中的強(qiáng)度，電流強(qiáng)度（電流），電場(chǎng)強(qiáng)度，聲強(qiáng)、壓強(qiáng)，光強(qiáng)等都是強(qiáng)度，均與面積密切相關(guān)，是單位面積存在或通過多少的一個(gè)量度，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)概念。就燈泡來說，一定瓦數(shù)的燈，決定了它發(fā)出可見光的根數(shù)大小，靠近燈我們會(huì)感覺發(fā)熱，是因?yàn)槲覀冊(cè)趩挝幻娣e上接收的根數(shù)多。強(qiáng)度的測(cè)量主要用計(jì)數(shù)器的方法。強(qiáng)度的量度常用相對(duì)強(qiáng)度，相對(duì)強(qiáng)度無量綱。絕對(duì)強(qiáng)度常用次/秒或倫琴。強(qiáng)度的變化因素：強(qiáng)度-距離平方反比律I1/I2=(F2/F1)2穿過物體后的強(qiáng)度衰減規(guī)律

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

連續(xù)X射線的強(qiáng)度I=KZiU2

γ射線的強(qiáng)度γ射線的強(qiáng)度有二個(gè)不同的概念（A）放射強(qiáng)度：（又稱活度，活性）放射性同位素單位時(shí)間產(chǎn)生衰變的次數(shù)稱為放射強(qiáng)度。常用居里作為單位。1居里（Ci)=3.7×1010次/秒（Bq)放射強(qiáng)度隨時(shí)間的改變而改變，其變化規(guī)律為：I=Ioe-λt

比活度：每克放射性物質(zhì)的放射強(qiáng)度稱為比活度，單位：居里/克。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

（B）照射強(qiáng)度：（又稱輻照強(qiáng)度，照射量率）單位時(shí)間內(nèi)落在一定距離的照射面上(嚴(yán)格定義應(yīng)為“標(biāo)準(zhǔn)狀況下，一立方厘米空氣內(nèi)）的射線量，稱為照射量率或照射強(qiáng)度。照射強(qiáng)度的常用單位為：倫琴（R）/小時(shí)。照射強(qiáng)度的變化規(guī)律：（A）距離--平方反比律；（B）穿過物體時(shí)的衰減規(guī)律(后面討論)

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

（3）放射強(qiáng)度和照射強(qiáng)度的轉(zhuǎn)換關(guān)系a)通過放射常數(shù)Kr（又稱特征強(qiáng)度，或記為rhm）轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式：

I=（倫/時(shí)）

A-放射強(qiáng)度,R-距源距離,對(duì)每種γ射線源來說，Kr（rhm）是常數(shù)。Kr（rhm）的含義：放射強(qiáng)度為1居里的γ源，相距1米處的照射強(qiáng)度值稱為特征強(qiáng)度，或放射常數(shù)Kr.

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

學(xué)習(xí)射線與物質(zhì)的作用效應(yīng)理論與射線能量的關(guān)系與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系作用；學(xué)習(xí)射線與物質(zhì)相互作用的目的解釋與計(jì)算穿透時(shí)的衰減現(xiàn)象，感光作用等。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

b)通過克鐳當(dāng)量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換公式：I=(倫琴/時(shí))對(duì)每種γ射線源來說，M是常數(shù)。M的含義：根據(jù)測(cè)定：1毫克鐳在1厘米處的照射強(qiáng)度為8.4R/h。任何放射源在1厘米處的照射強(qiáng)度若為8.4R/h，則該源與1毫克鐳當(dāng)量。例如：Co60，用Kr系數(shù)計(jì)算，1居里Co60在1厘米處的照射強(qiáng)度為13000R/h。相當(dāng)于13000/8.4=1547.6毫克鐳，即1.54克鐳.結(jié)論為：1居里Co60相當(dāng)于1.54克鐳的照射強(qiáng)度。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

學(xué)習(xí)射線與物質(zhì)的作用效應(yīng)理論與射線能量的關(guān)系與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系作用；學(xué)習(xí)射線與物質(zhì)相互作用的目的解釋與計(jì)算穿透時(shí)的衰減現(xiàn)象，感光作用等。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

一瑞利散射和湯姆森散射在黑夜里，用手電筒向空中照射，可以看到一束光柱。人們也曾看到過夜空中探照燈發(fā)出粗大光柱。那么，為什么我們會(huì)看見這些光柱呢？這是因?yàn)橛性S多煙霧、灰塵等微小顆粒浮游于大氣之中，光照射在這些顆粒上，產(chǎn)生了散射，就射向了四面八方。這個(gè)現(xiàn)象是由瑞利最先發(fā)現(xiàn)的，所以人們把這種散射命名為“瑞利散射”。一旦粒子受到具有一定波長(zhǎng)的光照射，而照射光的頻率與該粒子固有振動(dòng)頻率相同，就會(huì)引起共振。粒子內(nèi)的電子便以該振動(dòng)頻率開始振動(dòng)，結(jié)果是該粒子向四面八方散射出光，入射光的能量被吸收而轉(zhuǎn)化為粒子的能量，粒子又將能量重新以光能的形式射出去。因此，對(duì)于在外部觀察的人來說，看到的好像是光撞到粒子以后，向四面八方飛散出去了。這與光的反射有本質(zhì)的區(qū)別。入射光子與原子碰撞:碰撞類型與能量的關(guān)系:當(dāng)入射光子的能量較小時(shí)光子不能碰出軌道電子只能產(chǎn)生散射現(xiàn)象1871年瑞利提出入射光與微粒間的散射理論....瑞利散射：光子與內(nèi)層電子作用時(shí)，電子吸收光子能量從低能級(jí)躍遷到高能級(jí)，同時(shí)釋放出一個(gè)散射光子，其能量與入射光子的能量相同。湯姆森散射：光子與自由電子碰撞，使電子作同頻率振動(dòng)并釋放出與入射光子能量相同的散射線。外層電子通常認(rèn)為是自由電子。瑞利散射和湯姆森散射幾率小，射線照相中可忽略，但能量在200KV以下時(shí)不可忽略。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

光電效應(yīng)光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。有內(nèi)、外光電效應(yīng)之分，外光電效應(yīng)是指物質(zhì)吸收光子并激發(fā)出自由電子的行為。內(nèi)光電效應(yīng)是光電效應(yīng)的一種，主要由于光量子作用，引發(fā)物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)變化。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電效應(yīng)由德國(guó)物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對(duì)發(fā)展量子理論起了根本性作用.

入射到物體內(nèi)的光子與原子中的束縛電子（軌道電子）發(fā)生碰撞，光子的全部能量傳遞給束縛電子（軌道電子）使電子發(fā)射出去，這一過程稱為光電效應(yīng)，光電效應(yīng)發(fā)射出去的電子稱為光電子。（實(shí)質(zhì)是外光電效應(yīng)）。

光電效應(yīng)里，電子的射出方向不是完全定向的，與光照方向無關(guān),光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì)對(duì)電子射出方向產(chǎn)生影響.

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

光電效應(yīng)的特征：1光子的全部能量被原子吸收；hν=Ee+Ei入射光子能量=電子動(dòng)能+電子結(jié)合能產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是hν>Ei入射光子能量>電子結(jié)合能2光子不能與自由電子相互作用；因?yàn)椴荒鼙３謩?dòng)量守衡！

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

3光電效應(yīng)伴隨標(biāo)識(shí)X射線和俄歇電子的發(fā)生；標(biāo)識(shí)X射線：發(fā)射出去的光電子留下的空穴，由高能級(jí)電子回補(bǔ)，同時(shí)發(fā)射出標(biāo)識(shí)X射線，釋放能量，使原子由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)。俄歇電子：另一釋放激發(fā)能的過程是將能量傳給外殼層電子，使外殼層電子脫離原子，該種電子稱為俄歇電子。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

4光電效應(yīng)發(fā)生的幾率σph可以理論計(jì)算σph∝Z5/hν（1－3.5）

即：與原子序數(shù)的5次方成正比，與入射光子能量hν成反比。5光電吸收系數(shù)的變化規(guī)律與發(fā)生幾率是一致的。6光電效應(yīng)可以在原子的任何一個(gè)殼層發(fā)生。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

三康普頓效應(yīng)（散射）他認(rèn)為這是光子和電子碰撞時(shí)，光子的一些能量轉(zhuǎn)移給了電子，康普頓假設(shè)光子和電子、質(zhì)子這樣的實(shí)物粒子一樣，不僅具有能量，也具有動(dòng)量，碰撞過程中能量守恒，動(dòng)量也守恒．按照這個(gè)思想列出方程后求出了散射前后的波長(zhǎng)差，結(jié)果跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合。與光電效應(yīng)一樣，有力證明了光子的粒子性?？灯疹D-吳有訓(xùn)發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)增長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)方向改變現(xiàn)象

入射光子總是與束縛最小的外層軌道電子碰撞，軌道電子脫離軌道成為反沖電子，入射光子能量降低（波長(zhǎng)變長(zhǎng)）并改變運(yùn)動(dòng)方向成為散射線，這一現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)（散射）。波長(zhǎng)變長(zhǎng)：Δλ=λ'-λ。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

康普頓效應(yīng)（散射）的特征1產(chǎn)生康普頓效應(yīng)的入射光子能量較大，其能量一部分克服軌道電子的結(jié)合能，另一部分作為反沖電子的動(dòng)能，剩下的是散射光子的能量。2Δλ=0.0242(1-COSθ)λΔλ與入射光子能量無關(guān)與θ有關(guān)3Δλ與散射角關(guān)系：θ=0Δλ=0無散射線θ=180Δλ=2×0.0242產(chǎn)生背散射！θ=90Δλ=0.0242入射光子散射光子反沖電子φθ原子核第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

4Z越大，康普頓效應(yīng)（散射）的幾率越大；入射光子的能量越大，幾率越小。5康普頓衰減系數(shù)包括康普頓散射系數(shù)和康普頓吸收系數(shù)，它們與入射能量之間的關(guān)系：康普頓散射系數(shù)隨入射能量的增大而減小；而康普頓吸收系數(shù)則隨入射能量的增大先增大后減小。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

四電子對(duì)效應(yīng)當(dāng)入射光子的能量>1.022Mev時(shí)，在原子核附近由于核庫(kù)侖場(chǎng)的作用將產(chǎn)生一對(duì)正、負(fù)電子，這種現(xiàn)象稱為電子對(duì)效應(yīng)。電子質(zhì)能0.511Mev特征：1電子對(duì)的壽命很短，它們很快湮滅生成二個(gè)能量分別為0.511Mev的新的光子；2能量越大，產(chǎn)生電子對(duì)的可能性越大。

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

五各種相互作用發(fā)生的相對(duì)幾率三種效應(yīng)的幾率與入射光子的能量和原子序數(shù)有關(guān)Z較小時(shí)，康普頓效應(yīng)（散射）是主要的；Z較大時(shí)：低能：光電中能：康普頓高能：電子對(duì)

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

六窄束，單色射線的強(qiáng)度衰減規(guī)律1概念窄束：不包括散射線在內(nèi)的穿過射線束，即僅由未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的射線束組成。單色：由單一波長(zhǎng)組成的射線束成為單色射線；衰減規(guī)律：I=Ioe–μd

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

3線衰減系數(shù)μ：d=1cmμ=ln(Io/I)μ的物理意義：穿過1cm厚的物體時(shí)，穿過前后射線強(qiáng)度比值的自然對(duì)數(shù)，即為線衰減系數(shù)。線衰減系數(shù)的構(gòu)成：因?yàn)椋汗怆娦?yīng)，康普頓效應(yīng)，電子對(duì)效應(yīng)是造成射線衰減的主要原因，所以線衰減系數(shù)包含三個(gè)效應(yīng)的作用。（此處忽略瑞利散射的作用）因此：μ=μ光電+μ康普頓+μ電子對(duì)

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

4質(zhì)量衰減系數(shù)μm=μ/ρ混合物的質(zhì)量衰減系數(shù)等于各部分質(zhì)量衰減系數(shù)與其含量百分比乘積的總和：μ/ρ=（μ1/ρ1）α1+（μ2/ρ2）α2+…μ/ρ的變化規(guī)律μ/ρ=KZ3λ3

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

6半值層穿過物體后的射線強(qiáng)度為入射強(qiáng)度一半時(shí)的穿透厚度，稱為半值層（又可稱為半價(jià)層，半衰減層等），記為Th。Th的計(jì)算:I=Ioe-μd1/2=I/Io=e-μTh

二邊取自然對(duì)數(shù)Th=Ln2/μ=0.693/μ這里：μ=KρZ3λ3

Th的簡(jiǎn)便算法I/Io=（1/2）NN=d/Th（計(jì)算有多少個(gè)半值層）強(qiáng)度與曝光量是相對(duì)應(yīng)的。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

影響半值層Th的因素：能量愈大（λ愈?。?，半值層愈厚；半值層不是一個(gè)常數(shù).....,只有射線波長(zhǎng)為常數(shù)時(shí)半值層才可能是一個(gè)常數(shù)。對(duì)于寬束多色X射線（工業(yè)探傷用X射線），因?yàn)橛啥喾N能量成分的X射線組成，大部分波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量較低的X射線經(jīng)過一個(gè)半價(jià)層后，已被吸收或衰減掉，此時(shí)強(qiáng)度衰減一半所需要的厚度值較小，剩余能量較高的X射線再繼續(xù)穿過物質(zhì)，強(qiáng)度再衰減一半所需要的厚度值與第一半價(jià)層相比就要大些，因此，對(duì)于特定管電壓下的寬束多色X射線而言，半價(jià)層厚度數(shù)值隨半價(jià)層序數(shù)值的增大而增大。另外，半價(jià)層厚度數(shù)值隨透照能量的增大而增大。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

七寬束多色射線的強(qiáng)度衰減規(guī)律1寬束：包括散射線在內(nèi)的射線束稱為寬束；多色：包括所有波長(zhǎng)的連續(xù)X射線稱為多色或白色。2散射線與散射比散射線的組成：康普頓散射；瑞利散射等。n--散射比Is=nIpn=Is/Ip散射源：工件（最大散射源）；地面；周圍物品。散射線的屏蔽：鉛增感；濾板；底部墊鉛板…

第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

3寬束多色射線的強(qiáng)度衰減規(guī)律I（寬束）=Is（散射線）+Ip（窄束）=nIp+Ip=（1+n）Ip=（1+n）Ioe–μd這里：μ--平均衰減系數(shù)4線質(zhì)硬化（連續(xù)X射線均勻化）線質(zhì)：線質(zhì)是射線能量（或穿透力）的度量，能量（或穿透力）大的，可稱為線質(zhì)硬；反之則稱為線質(zhì)軟。連續(xù)X射線的波長(zhǎng)：從λmin---->∞波長(zhǎng)不連續(xù)μ是變量計(jì)算困難通過加濾板的方法，濾去軟射線部分使連續(xù)X射線的λ和μ趨于常數(shù)，這一過程稱為線質(zhì)硬化或連續(xù)X射線均勻化。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

八吸收（衰減）曲線1吸收（衰減）曲線：射線穿透厚度與穿透射線相對(duì)強(qiáng)度自然對(duì)數(shù)間的關(guān)系曲線稱為吸收或衰減曲線。2衰減曲線方程ln(I/Io)=-μd相當(dāng)于y=-ax直線方程3衰減曲線的形式如果μ是變量：曲線是彎曲的；如果μ是常數(shù)：曲線是直的；均勻化后的衰減系數(shù)是常數(shù)：平均衰減系數(shù)μ。第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

4平均衰減系數(shù)的計(jì)算(略)5有效能量：平均衰減系數(shù)μ與某一能量的單色射線的衰減系數(shù)μ的數(shù)值相同，則可用此單色射線的能量值來表示連續(xù)X射線的平均能量，該能量又稱為有效能量。思考題：已知2.5mm厚的鉛吸收相當(dāng)于30mm厚鋼的吸收，如果原來使用6毫米厚的鉛板作防護(hù)，現(xiàn)改用鋼板的話，應(yīng)用多厚的鋼板可以代替原來的鉛板？

6實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)論（略）第四節(jié)射線照相法的原理與特點(diǎn)

射線檢測(cè)方法的分類與基本原理一射線檢測(cè)方法的分類1按射線種類分電磁輻射：X射線；γ射線；散射線粒子輻射：中子射線；β射線（電子射線）2按觀察方式分膠片照相法；相紙照相法；熒屏實(shí)時(shí)法3按能量分高能射線；低能射線4按成像方式分二維平面成像；三維層析攝影5按檢測(cè)功能分工業(yè)探傷；測(cè)厚；應(yīng)力分析

第四節(jié)射線照相法的原理與特點(diǎn)

二射線照相法原理底片圖像構(gòu)成的二個(gè)基本因數(shù)：黑度與形狀決定黑度的是射線的強(qiáng)度變化決定形狀的是射線的幾何投影1強(qiáng)度衰減原理由前面公式可知：I=(1+n)Ioe-μTIp1=Ioe-μTIp2=Ioe-μ(T-ΔT)-μ'ΔT

ΔI＝Ip2－Ip1ΔI/I=(e(μ-μ')ΔT-1)/(1+n)≌（μ-μ'）ΔT/(1+n)上式按級(jí)數(shù)展開近似求得的。T?TIoIoIp1Ip2第四節(jié)射線照相法的原理與特點(diǎn)

當(dāng)μ>>μ'時(shí)，忽略μ'，則得如下近似公式：ΔI/I≌μΔT/(1+n)ΔI/I定義為主因?qū)Ρ榷龋ㄖ饕蛞r度）定義主因?qū)Ρ榷葹椤按┻^被檢體被選定的一些部分后射線強(qiáng)度之比（或此比的對(duì)數(shù)）”，射線強(qiáng)度差異是底片產(chǎn)生對(duì)比度的根本原因。影響主因?qū)Ρ榷鹊闹饕驍?shù)由μ=Kρλ3Z3公式可知：影響主因?qū)Ρ榷鹊闹饕驍?shù)是：ρ，λ，Z，Δd，n。