射線檢測的物理基礎修改

射線檢測的物理基礎修改第一頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二頁，共九十七頁，2022年，8月28日X射線照相檢測原理示意圖第三頁，共九十七頁，2022年，8月28日第四頁，共九十七頁，2022年，8月28日

拍出一張合格的片子對底片質(zhì)量的主要要求可分為四個方面：理論上射線照相靈敏度應達到規(guī)定的要求；黑度應處于規(guī)定的范圍；標記系應符合有關的規(guī)定；表（外）觀質(zhì)量應滿足規(guī)定的要求。第五頁，共九十七頁，2022年，8月28日影響射線照相靈敏度S的三大要素射線照相對比度ΔD（缺陷影像與其周圍背景的黑度差）；射線照相不清晰度Ug（影像輪廓邊緣黑度過渡區(qū)的寬度）；射線照相顆粒度δD（影像黑度的不均勻程度）第六頁，共九十七頁，2022年，8月28日第七頁，共九十七頁，2022年，8月28日影響黑度D的要素D=f(It;Υ)第八頁，共九十七頁，2022年，8月28日射線的產(chǎn)生:X

γ射線的傳播：射線的衰減：第九頁，共九十七頁，2022年，8月28日怎樣拍出一張合格的片子（工藝上）1、設備器材：射線機、膠片、增感屏、像質(zhì)計、鉛字、洗片藥液等；2、透照布置：外透內(nèi)透、單壁雙壁、單影雙影；3、透照參數(shù)：管電壓、曝光量（時間）、焦距；4、輔助措施：如屏蔽散射線措施等第十頁，共九十七頁，2022年，8月28日射線檢測(RT)

第一章射線檢測的物理基礎

第十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構學習原子和原子核結(jié)構理論了解射線產(chǎn)生的機理一、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單、最基本的物質(zhì)，即元素構成。

天然存在90多種，人工制造10多種

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成。世界上一切物質(zhì)都是由元素構成的，原子是元素的具體存在，是體現(xiàn)元素性質(zhì)的最小微粒。第十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構

2原子的構成:

原子是由原子核和核外電子所構成。電子圍繞原子核作隨機運動，相同能量的電子在相同的運動層(即軌道)上出現(xiàn)，有的人說是作行星運動，實質(zhì)上是不準確的，因為行星運動，是由引力場維持的，而電子與原子核之間是由電場維持的，其本質(zhì)是不同的；電子在一定軌道上繞核運動。原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。

第十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日構成原子的微粒電子原子核質(zhì)子中子電性和電量質(zhì)量/kg相對質(zhì)量構成原子的粒子及其性質(zhì)1個電子帶1個單位負電荷1個質(zhì)子帶1個單位正電荷不顯電性9.109×10-311.673×10-271.675×10-271/18361.0071.008第十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構

（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。原子核半徑10-13cm數(shù)量級。如果：核的半徑為1cm，則原子半徑約為1km

即10-8/10-13=100000倍

第十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構

（3）電荷：原子核帶正電；電子帶負電；原子為中性。（4）構成：原子核（質(zhì)子+中子）+電子數(shù)量關系：質(zhì)量數(shù)=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+33第十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日3原子結(jié)構理論第一節(jié)原子與原子結(jié)構原子結(jié)構模型的演變第十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日玻爾理論（玻爾模型）

20世紀初二種不同的原子結(jié)構模型1903年：湯姆森假設：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散射實驗否定了湯姆森假設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)構模型---玻爾模型.玻爾理論（玻爾模型）的要點：第一節(jié)原子與原子結(jié)構第十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構電子層(軌道）:核外電子運動的特定區(qū)域.第十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日（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)中運動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，它發(fā)射（或吸收）單色的輻射，其頻率ν決定于下列關系式（稱為玻爾頻率條件）：

En、Em分別為較高、較低能級的能量值。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ΔE=En

－

Em=hν

第二十頁，共九十七頁，2022年，8月28日4玻爾理論中的幾個概念：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軌道進入高能級軌道，該過程稱為激發(fā)；此時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)構第二十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構

躍遷：電子從一個軌道向另一個軌道的運動，稱為躍遷（包括從低到高；或從高到低的運動）；

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

第二十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日氫原子的能級圖第一節(jié)原子與原子結(jié)構第二十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日二、原子核1原子核的結(jié)構精確的結(jié)構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原子核的構成均勻分布不同數(shù)量的質(zhì)子和不同數(shù)量的中子構成不同性質(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)構第二十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日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，主要是因為結(jié)合能的存在消耗一部分質(zhì)量當量，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E=mc2

第二十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日7核內(nèi)的幾種作用力庫侖力核力：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；（2）核力是短程力；（3）核力

100倍庫侖力，是強相互作用力；（4）核力促成核子的二種結(jié)合形式成對結(jié)合：質(zhì)子+中子對對結(jié)合：一對質(zhì)子+一對中子

第一節(jié)原子與原子結(jié)構第二十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日三、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：只有一個核電荷數(shù)的原子稱為氫元素，所有八個核電荷數(shù)的原子稱為氧元素。（2）元素符號:表示某種元素的一個符號，如H、O、Co（鈷）、Cs（銫）、Ir（銥）、Se（硒）、Tm（銩）、Yb（鐿）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。原子核所帶的正電荷數(shù)。第一節(jié)原子與原子結(jié)構第二十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日2核素：具有一定數(shù)目的質(zhì)子和一定數(shù)目的中子的一種原子。如1H(H)、2H(D)、3H(T)就各為一種核素。氕[piē]氘[dāo]氚[chuān]

3同位素同一元素的不同核素之間互稱同位素。

如：H11，H12，H13

4元素周期律

1869門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律。自然定律:玻爾理論對元素周期律的科學解釋。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)構第二十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日四、放射性衰變原子核的重要性質(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。總是通過衰變釋放能量，變成另一種核素回歸到基態(tài)。衰變的定義：放射性元素放射出粒子后變成另一種元素的現(xiàn)象。也叫蛻變。不穩(wěn)定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可變得較為穩(wěn)定，這個過程稱為衰變(Radioactivedecay)。這些粒子或能量(后者以電磁波方式射出)統(tǒng)稱輻射(radiation)。由不穩(wěn)定原子核發(fā)射出來的輻射可以是α粒子、β粒子、γ射線或中子。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)構第二十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構輻射：射線由射線源向外發(fā)射的過程。帶電離子貫穿物質(zhì)的本領較差2射線和輻射不帶電離子電中性貫穿物質(zhì)的本領較強廣泛用于無損檢測第三十頁，共九十七頁，2022年，8月28日3α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個質(zhì)子，2個中子。一次α衰變：質(zhì)子數(shù)減少二個，中子數(shù)減少二個，原子量減少4。

α粒子所形成的α射線是一種電離輻射。α射線穿透能力很小，在空氣中也只能飛行幾個厘米，但電離能力很強。第一節(jié)原子與原子結(jié)構第三十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日4β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，中子數(shù)減少一個，原子量不變。

β-衰變

β+衰變

β粒子所形成的β射線也是一種電離輻射。

β射線是正電子流或負電子流,它穿透能力較大，可穿透幾毫米厚的鋁，但電離作用較弱。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構第三十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日5γ衰變

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α衰變和β衰變都釋放γ光子。

γ射線是波長很短的電磁波，穿透物體的能力很強，甚至可以穿透幾個厘米厚的鉛板，但電離作用很小。

第一節(jié)原子與原子結(jié)構第三十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日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60CoT1/2=5.3年γ：1.17MeVβ：0.31MeVγ：1.33MeV第三十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(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。

第三十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變（如圖所示），其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。磁能隨著電場與磁場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。如太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們?nèi)匀荒芨惺艿教柟獾墓馀c熱。由于輻射強度隨頻率的減小而急劇下降，因此波長為幾百千米（105米）的低頻電磁波強度很弱，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射線是波長較短的電磁波。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第三十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第三十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日了解波長：

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100毫微米～0.001毫微米

γ射線0.1毫微米～0.0001毫微米

高能射線小于0.001毫微米

傳真（電視）用的波長是3～6米；

雷達用的波長更短，3米到幾毫米。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第三十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2波動關系：λ（波長?），C（光速），ν（頻率）3波長單位：埃?=10-10m=10-8cm；納米nm=10-9m。

4性質(zhì)：

（1）不可見，在真空中以光速傳播；（2）不帶電，不受電場和磁場的影響；（3）具有某些光學特性：反射，折射（折射系數(shù)近1），有干涉和衍射；（4）具有極大的能量，能穿透物體；（5）能與物質(zhì)發(fā)生復雜的物理和化學作用：如電離作用、熒光作用、熱作用和光化學作用；（6）能殺傷生物細胞，破壞生物組織，具有輻射生物效應。第三十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日

二X射線的產(chǎn)生及其特點第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

陽極高電壓陰極電子-+X射線發(fā)生器曝光記錄設備X射線產(chǎn)生示意圖輻射滲透試樣X射線的產(chǎn)生：陰極燈絲通電加熱---放出電子---在高壓下高速撞擊陽極靶面---部分以X射線能量形式輻射出來第四十頁，共九十七頁，2022年，8月28日1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)生機理：根據(jù)電動力學理論，作加速運動（包括負加速運動）的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。X射線管內(nèi)高速運動的電子與靶原子碰撞時，與原子核外庫侖場作用，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（韌致輻射）。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第四十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2連續(xù)X射線譜及最短波長：根據(jù)經(jīng)典電動力學理論，韌致輻射的能量與停速時間Δt成反比E∽1/ΔtΔt--連續(xù)變化，E--連續(xù)變化，

λ--連續(xù)變化

λmin的導出：電場能=電子動能=光子能+消耗能,消耗能遠小于光子能，故忽略消耗能，由此推導出最短波長如下：

連續(xù)譜的最短波長單位：λmin：埃。U：千伏。

例：U=200Kv,λmin=12.4/200=0.062埃

第四十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

連續(xù)譜中最大強度對應的波長不同管電壓下鎢靶連續(xù)X射線

第四十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

3連續(xù)X射線強度分布曲線及強度計算：連續(xù)譜曲線極其復雜！通過求面積積分導出總強度的公式：

連續(xù)x射線總強度式中：K--系數(shù)1.1--1.4×10-6

Z--原子序數(shù)；i--管電流；U--管電壓影響強度的因素U、Z、i大家要了解并會運用這個公式，對于特定的射線機，其強度與管電壓的平方成正比。曝光量E＝It也就是說曝光時間與管電壓的平方成反比?，F(xiàn)舉例說明，希望大家能在實際工作中運用自如，第四十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

管電壓、管電流變化對X射線譜的影響第四十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日例：某單位用X射線機透照一工件，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），其曝光時間應為多少分鐘？解：由題意已知，U1＝150KV

t1=5E1=E2(黑度相同）U2＝180KV求t2=？由公式E=ItI=KZiU2

可推導出：KZiU12t1=

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

第四十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(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）：

x射線轉(zhuǎn)換效率

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%

第四十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日三標識X射線（特征X射線，線狀X射線，單色X射線）1標識X射線產(chǎn)生機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)射標識X射線。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第四十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日產(chǎn)生標識X射線的條件：管電壓>某一臨界值時，才能產(chǎn)生標識X射線。標識射線的波長是不連續(xù)的。它取決于靶面的材料。它通常用于對材料的化學成分進行定性分析。在無損檢測中，因強度低，幾乎不起作用。例：W靶：69.5KV開始產(chǎn)生標識X射線；Mo靶：20KV開始產(chǎn)生標識X射線；

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第四十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日2標識譜及其特征標識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系標識X射線，KαKβ…

入射到L層的發(fā)射L系標識X射線,LαLβ...

入射到M層的發(fā)射M系標識X射線,MαMβ....

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十頁，共九十七頁，2022年，8月28日四連續(xù)X射線與標識X射線的區(qū)別（1）產(chǎn)生機理不同.（2）能量與波譜不同.（3）強度不同.X射線管產(chǎn)生的X射線包括：連續(xù)X射線和標識X射線。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日五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，若仍處于高能級的激發(fā)狀態(tài)，必定要釋放多余的能量回到低能級的穩(wěn)定狀態(tài)（基態(tài)），這時原子核發(fā)射γ射線釋放多余的能量，其機理是核內(nèi)能級之間的躍遷產(chǎn)生的。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

2衰變規(guī)律與半衰期放射性同位素的衰變服從指數(shù)規(guī)律:

式中：No--初始狀態(tài)的放射性原子核數(shù)（或活度）；

N–經(jīng)過t時間后的放射性原子核數(shù)（或活度）；

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間改變。

第五十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

半衰期的定義：放射性同位素原子核數(shù)（或強度）衰變到一半時所需的時間稱為該同位素的半衰期。記以T1/2。例：Co60T1/2=5.3年

λ=0.693/5.3年=0.130/年衰變的簡便計算公式

第五十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日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)5γ射線的強度單位時間落到單位面積上的光子數(shù)第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日6X射線和γ射線比較相同點:

（1）都是電磁波，本質(zhì)相同；（2）都具有反射，折射等光學性質(zhì)；（3）都能使膠片感光；（4）都是電磁輻射能對人和生物造成危害；（5）穿過物體時具有相同的衰減規(guī)律.

不同點:（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）強度變化不同：X--可控，可調(diào)，取決于U，i,Z；γ--隨時間變化；（4）波譜形式不同。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日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。核反應不能逆轉(zhuǎn)，不能恢復！第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日思考題：測得Ir192源1m處的初始強度為80Ci，問50天后，1m處的強度為多少Ci？注:Ir192半衰期為75天。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日八射線的能量與強度射線對物體的穿透和對膠片的感光，是其能量和強度的具體表現(xiàn)，因此透徹的理解能量與強度概念，是十分重要的。如紅燈、黃燈代表不同波長,即不同能量。而這些燈可以有5w,50w,500w,這代表強度。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第五十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日能量強度數(shù)目能量射線的穿透能力底片的黑度x管電壓γ源的種類第六十頁，共九十七頁，2022年，8月28日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，聲音就傳導得更遠。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，只有強度發(fā)生變化（射線根數(shù)減少）。

X射線（光子）能量的表達與計算

E=hν=hc/λλ=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)

第六十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日

連續(xù)X射線的能量取決于管電壓；

標識X射線的能量達到臨界電壓后與管電壓變化無關；標識X射線的能量與靶材料有關；

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（實際上有12組不同的能量）

平均能量

Co60:（1.17Mev+1.33Mev）/2=1.25Mev

當量能：γ射線的穿透力相當于X射線同等穿透力所對應的管電壓值，稱為當量能。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第六十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日如何確定220KV射線的能量：先求:λmin=12.4/U=0.05636埃再求:最短波長所對應的射線能量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)

第六十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日2強度射線對膠片的感光取決于它的強度。在日常生活中我們經(jīng)常碰到強度這一概念，但大家恐怕對強度這一概念的具體定義或含意不一定了解準確。力學性能中的強度，電流強度（電流），電場強度，聲強、壓強，光強等都是強度，均與面積密切相關，是單位面積存在或通過多少的一個量度，是一個統(tǒng)計概念。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，靠近燈我們會感覺發(fā)熱，是因為我們在單位面積上接收的根數(shù)多。強度的測量主要用計數(shù)器的方法。強度的量度常用相對強度，相對強度無量綱。絕對強度常用次/秒或倫琴。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第六十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日連續(xù)X射線的強度I=KZiU2

γ射線的強度γ射線的強度有二個不同的概念（A）放射強度：（又稱活度，活性）放射性同位素單位時間產(chǎn)生衰變的次數(shù)稱為放射強度。常用居里作為單位。1居里（Ci)=3.7×1010

次/秒（Bq)放射強度隨時間的改變而改變，其變化規(guī)律為：I=Ioe-λt

比活度：每克放射性物質(zhì)的放射強度稱為比活度，單位：居里/克。

第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第六十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日（B）照射強度：（又稱輻照強度，照射量率）單位時間內(nèi)落在一定距離的照射面上(嚴格定義應為“標準狀況下，一立方厘米空氣內(nèi)）的射線量，稱為照射量率或照射強度。照射強度的常用單位為：倫琴（R）/小時。第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

第六十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

（3）放射強度和照射強度的轉(zhuǎn)換關系a)通過放射常數(shù)Kr（又稱特征強度）轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式：

（倫/時）

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

第六十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)

b)通過克鐳當量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換公式：I=(倫琴/時)對每種γ射線源來說，M是常數(shù)。M的含義：根據(jù)測定：1毫克鐳在1厘米處的照射強度為8.4R/h。任何放射源在1厘米處的照射強度若為8.4R/h，則該源與1毫克鐳當量。例如：Co60，用Kr系數(shù)計算，1居里Co60在1厘米處的照射強度為13000R/h。相當于13000/8.4=1547.6毫克鐳，即1.54克鐳.結(jié)論為：1居里Co60相當于1.54克鐳的照射強度。

第六十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

學習射線與物質(zhì)的作用效應理論與射線能量的關系與物質(zhì)性質(zhì)的關系作用；學習射線與物質(zhì)相互作用的目的解釋與計算穿透時的衰減現(xiàn)象，感光作用等。

第六十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日

一、射線通過物質(zhì)的衰減

射線穿過物質(zhì)時，與物質(zhì)中的原子發(fā)生撞擊、產(chǎn)生能量轉(zhuǎn)換，引發(fā)能量的衰減和以下種種物理效應。

1、射線與物質(zhì)的相互作用

射線與物質(zhì)的相互作用主要有三種過程：光電效應、康普頓效應和電子對的產(chǎn)生。這三種過程的共同點是都產(chǎn)生電子，然后電離或激發(fā)物質(zhì)中的其他原子；此外，還有少量的瑞利散射（湯姆遜效應)。光電效應和康普頓效應隨射線能量的增加而減少，電子對的產(chǎn)生則隨射線能量的增加而增加，四種效應的共同結(jié)果是使射線在透過物質(zhì)時強度產(chǎn)生衰減。

第七十頁，共九十七頁，2022年，8月28日

每束射線都具有能量為E=hv的光子。光子運動時保持著它的全部動能。光子能夠撞擊物質(zhì)中原子軌道上的電子，若撞擊時光子釋放出全部能量，將所有能量傳給電子，使其脫離原子而成為自由電子，光子本身消失。

這種現(xiàn)象稱為光電效應。光子的一部分能量把電子從原子中逐出去，剩余的能量則作為電子的動能被帶走，于是該電子可能又在物質(zhì)中引起新的電離。當光子的能量低于1MeV時，光電效應是極為重要的過程。（1）光電效應

光電效應

光電子光子第七十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日光電效應的特點光子消失。能量全部轉(zhuǎn)移到光電子上。伴有特征射線產(chǎn)生（電子躍遷輻射）。由于內(nèi)層軌道電子被出軌道，在內(nèi)層軌道上產(chǎn)生空位，外層軌道上的電子將躍遷到內(nèi)層軌道去補充空位，并釋放出多余的能量，產(chǎn)生熒光（特征）X射線，或稱熒光輻射。發(fā)生概率與光子能量和物質(zhì)的原子序數(shù)有關。低能光子與高原子序數(shù)的物質(zhì)原子作用時，發(fā)生光電效應的概率較高。光電子的發(fā)射方向與光子能量有關。光子能量越高，光電子發(fā)射的方向越接近光子的入射方向。

第七十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日（2）康普頓效應在康普頓效應中，一個光子撞擊一個電子時只釋放出它的一部分能量，結(jié)果光子的能量減弱并在和射線初始方向成θ角的方向上散射，而電子則在和初始方向成φ角的方向上散射。這種現(xiàn)象稱為康普頓效應。這一過程同樣服從能量守恒定律，即電子所具有的動能為入射光子和散射光子的能量之差，最后電子在物質(zhì)中因電離原子而損失其能量。康普頓效應

反沖電子

光子

第七十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日

康普頓效應的特點主要與受原子核束縛較弱的外層軌道電子和自由電子相互作用；有反沖電子產(chǎn)生；光子能量降低且改變方向形成散射線；這種散射線在探傷中對射線照相質(zhì)量影響最大。發(fā)生康普頓效應的概率與光子能量和物質(zhì)的原子序數(shù)相關；原子序數(shù)低的元素康普頓效應發(fā)生的可能性很高；對中等能量的光子，康普頓效應對各種元素都是主要的作用。第七十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日（3）電子對的產(chǎn)生

在原子核場的作用下，一個具有足夠能量的光子釋放出它的全部動能而轉(zhuǎn)化具有同樣能量的一對正負電子，光子則完全消失，這樣的過程稱為電子對的產(chǎn)生。產(chǎn)生電子所需的最小能量為0.51MeV，所以光子能量hv必須大于等于1.02MeV。

電子對的產(chǎn)生和消失

第七十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日

電子對效應的特點產(chǎn)生電子對。光子能量必需大于1.02MeV。產(chǎn)生一對正負電子所需要的能量是1.02MeV，其余能量轉(zhuǎn)化為電子的動能。正電子的壽命很短，在產(chǎn)生后的極短時間內(nèi)會與附近的負電子結(jié)合而消失，與之同時產(chǎn)生兩個能量分別為0.51MeV的光子向相反方向輻射出去。這個現(xiàn)象稱為電子湮沒。發(fā)生電子對效應的幾率與物質(zhì)原子序數(shù)的平方成正比，近似與光子能量的對數(shù)成正比，所以電子對效應在光子能量較高、原子序數(shù)較高時是一種重要的作用。第七十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日（4）瑞利散射

入射光子與束縛較牢固的內(nèi)層軌道電子發(fā)生彈性碰撞過程，束縛電子只是吸收入射光子后躍遷到高能級隨即放出一個能量約等于入射光子的散射光子，并沒有脫離原子，所以散射線與入射線具有相同的波長，能發(fā)生干涉的散射過程。

第二章射線檢測第七十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日瑞利散射的特點

發(fā)生幾率和物質(zhì)的原子序數(shù)及入射光子的能量有關。大致與物質(zhì)原子序數(shù)Z的平方成正比，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。入射光子能量在200KV以下時瑞利散射影響不可忽略。第七十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日光子與物質(zhì)相互作用的比較效應光子能量作用對象作用產(chǎn)物光電效應較低內(nèi)層軌道電子光電子俄歇電子熒光射線康普頓效應中等外層軌道電子、自由電子散射光子反沖電子電子對效應≥1.02MeV原子核或電子正負電子對瑞利散射低內(nèi)層軌道電子光子第七十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日光子和物質(zhì)間的相互作用與光子能量及物質(zhì)原子序數(shù)之間的關系：第八十頁，共九十七頁，2022年，8月28日A.吸收：主要是電子獲取了光子的全部或部分能量，光子的能量降低或消失，而電子的能量又被物質(zhì)吸收。

B.散射：光子與核外電子相互作用后，失去部分能量，且改變傳播方向，形成散亂射線。

C.衰減：由于光子能量被物質(zhì)吸收，或改變傳播方向，致使直接透過物體的一次射線強度低于入射射線強度，這稱為射線強度發(fā)生了衰減。衰減=吸收+散射2射線的衰減第八十一頁，共九十七頁，2022年，8月28日穿過物體后透射射線的組成：入射線一次射線熒光輻射散射線電子（熒光電子、反沖電子、電子對）第八十二頁，共九十七頁，2022年，8月28日二射線強度的衰減規(guī)律1單色、窄束射線強度的衰減規(guī)律所謂單色射線是指：能量（波長）單一的射線。所謂窄束射線是指：在射線穿過物質(zhì)后到達膠片的只有直透射線，而沒有其它散亂射線的射線束。膠片吸收體工件吸收體窄束射線的產(chǎn)生工件膠片寬束射線第八十三頁，共九十七頁，2022年，8月28日射線穿過物質(zhì)后其強度的衰減與物質(zhì)的性質(zhì)、厚度及射線光子的能量相關。單色窄束射線在穿過物質(zhì)的過程中，光子能量不發(fā)生改變，衰減系數(shù)不變。在厚度很小的均勻介質(zhì)中射線強度的衰減量與射線強度和穿過物質(zhì)的厚度成正比，與物質(zhì)的吸收系數(shù)成正比。即：對上式積分可得：第八十四頁，共九十七頁，2022年，8月28日窄束、單色射線的強度衰減公式:式中：I0—入射射線強度I—透射射線強度T—穿過的物質(zhì)厚度μ—線衰減系數(shù)e—自然對數(shù)的底，約等于2.718第八十五頁，共九十七頁，2022年，8月28日窄束射線的衰減曲線第八十六頁，共九十七頁，2022年，8月28日2衰減系數(shù)μ衰減系數(shù)表示射線穿過物質(zhì)的過程中，射線光子與物質(zhì)原子發(fā)生作用的概率（可能性）。線衰減系數(shù)μ：入射光子在物質(zhì)中穿過單位距離（如1cm）時，平均發(fā)生各種相互作用的概率。線衰減系數(shù)μ可用下式表示：μ＝τ＋σC＋σR＋κ式中：τ—光電效應的線衰減系數(shù)

σC—康普頓效應的線衰減系數(shù)

σR—瑞利散射的線衰減系數(shù)

κ—電子對效應的線衰減系數(shù)也可表示為：

μ＝τ＋σ（線吸收系數(shù)+線散射系數(shù)）第八十七頁，共九十七頁，2022年，8月28日質(zhì)量衰減系數(shù)μm：線衰減系數(shù)除以物質(zhì)密度所得的值。即：μm＝μ/ρ

（ρ為物質(zhì)密度）μm＝τm＋σm對于常用的能量和常見的物質(zhì)，μm與物質(zhì)的原子序數(shù)Z和光子能量（波長λ）的關系可近似以下式表示：對同樣能量的射線，物質(zhì)原子序數(shù)越大，物質(zhì)的密度越大，射線在物體中受到的衰減越大；對不同能量的射線，穿過同一物體時，能量低的射線將受到更大的衰減。第八十八頁，共九十七頁，2022年，8月28日以下是鐵的線衰減系數(shù)曲線，圖中，R曲線是瑞利散射部分，PE曲線是光電效應部分，C曲線是康普頓效應部分，PP曲線是電子對效應部分，T曲線是總衰減系數(shù)。第八十九頁，共九十七頁，2022年，8月28日第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用

3半值層

穿過物體后的射線強度為入射強度一半時的穿透厚度，稱為半值層（又可稱為半價層，半衰