核輻射傳感及檢測

關于核輻射傳感及檢測第1頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三射線分為兩類：電磁輻射和粒子輻射。x

射線、γ射線屬于電磁輻射，電磁輻射沒有靜止質(zhì)量。電磁輻射與物質(zhì)的作用是光(量)子與物質(zhì)的相互作用。光子的能量ε＝hν光子不帶電荷，靜止質(zhì)量為0，在真空中沿直線以光速（c=2.998*108m.s-1）傳播。α粒子、β粒子、質(zhì)子、中子、電子等都屬于粒子輻射，粒子輻射都有靜止質(zhì)量。第2頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三射線的波長短、頻率高，具有許多與可見光不同的性質(zhì)：

A不可見，依直線傳播

B不帶電荷，因此不受電場和磁場影響

C能透過可見光不能透過的物質(zhì)

D與可見光同樣有反射、干涉、繞射、折射等現(xiàn)象，但這些現(xiàn)象又與可見光有區(qū)別，如x射線只有漫反射，不能產(chǎn)生如鏡面反射。第3頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

E使物質(zhì)產(chǎn)生光電子及返跳電子、以及引起散射現(xiàn)象

F被物質(zhì)吸收產(chǎn)生熱量

G使氣體電離

H使某些物質(zhì)起光化學作用，使照相膠片感光，又能使某些物質(zhì)發(fā)生熒光

I產(chǎn)生生物效應、傷害及殺死有生命的細胞第4頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三10-2射線的種類

1)X射線與γ射線這是射線檢測中最常用的兩種射線，X射線是由人為的高速電子流撞擊金屬靶產(chǎn)生的。

γ射線是放射性物質(zhì)自發(fā)產(chǎn)生的，如鈷、鈾、鐳等，兩者產(chǎn)生的機理不同，但都是電磁波。第5頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(2)α射線與β射線放射性同位素產(chǎn)生α衰變和β衰變，放射α射線和β射線，α射線貫穿能力弱，但有很強的電離作用。β射線雖然穿透力強，但能量很小。一般并不直接用α射線和β射線進行檢測，它們適用于特種場合。與X射線和γ射線不同，α射線和β射線不是電磁波，而是粒子輻射。第6頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(3)中子射線中子是呈電中性的微粒子流，不是電磁波，這種粒子流具有巨大的速度和貫穿能力。中子與X和γ射線有很大不同，在被穿透材料中的衰減主要取決于材料對中子的俘獲能力。對鉛來說，X和γ射線穿透能量衰減很大，但俘獲中子的能力很小。對氫來說正好相反。第7頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三5射線的獲得

(1)X射線的獲得

X射線是由一種特制的X射線管產(chǎn)生的，由陰極、陽極和高真空的玻璃或陶瓷外殼組成，陰極是一加熱燈絲，用于發(fā)射電子，陽極靶是由耐高溫的鎢制成。第8頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三工作時在兩極之間加有高電壓，從陰極燈絲發(fā)射的高速電子撞擊到陽極靶上，其動能消耗于陽極材料原子的電離和激發(fā)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，部分電子在原子核場中受到急劇阻止，產(chǎn)生所謂韌致X射線，即連續(xù)X射線。為減少電子在飛往陽極過程中與氣體粒子相碰撞損失動能，射線管需抽成10-4～10-5Pa真空。電子流動能的絕大部分(>97%)轉(zhuǎn)化為熱能，因此陽極材料一般應選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動能中僅一小部分(～3%)轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線。第9頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三陰極發(fā)射電子的數(shù)量，決定了從陰極飛往陽極電子流大小(管電流)，而X射線的穿透能力則決定于電子從陰極飛往陽極的運動速度，與兩極之間電壓(管電壓)有關。管電壓愈高，所產(chǎn)生X射線的穿透能力愈大，波長愈短。第10頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三圖中可見，只改變管電流時，X射線輻射強度只是在原有各波長下相應增加。只改變管電壓時、則除原來各波長相應增加輻射強度外，還出現(xiàn)了更短波長的X射線。第11頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

X射線管單位時間內(nèi)所發(fā)出的連續(xù)X射線的全部能量的近似公式為式中η0-常數(shù)(×10-9)，I-管電流(A)，Z-陽極靶原子序數(shù)(鎢Z=74)，U-管電壓(V)。

X射線管的轉(zhuǎn)換效率為其它轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿?2頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三當U=100kV時η=0.7%200kV1.5%300kV2.2%400kV3%1MV7%5MV37%由此可見，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率第13頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

(2)γ射線的獲得放射性同位素是一種不穩(wěn)定的同位素，處于激發(fā)態(tài)，原子核能級高于基級，向基緩轉(zhuǎn)變同時釋放出γ射線，其能量等于兩個能級間差。射線檢測中所用的γ射線源，是由核反應制成的人工放射源，應用較廣的γ射線源有鉆60、銥192、銫137、銩170等。第14頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

銫137因其放射性比活度低，又易造成環(huán)境污染，能量單一、不宜檢測厚薄不均勻工件等原因而日趨淘汰。鈷60的獲得，是將同位素鉆59，在原子反應堆里的中子流沖擊下，激發(fā)形成不穩(wěn)定的同位素既鉆60，釋放γ射線以及少量α射線和β射線。第15頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三放射性同位素的原子核，在自發(fā)地放射出γ射線后能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫做衰變。各種放射性同位素都有自己特定衰變速度，稱為衰變常數(shù)(λ)，它表示單位時間內(nèi)衰變核的數(shù)量與尚未衰變核的數(shù)量之比式中N-物質(zhì)在t時尚未衰變的原子數(shù)，N0-原有物質(zhì)原子數(shù)，e-自然對數(shù)底，λ-物質(zhì)衰變常數(shù)。第16頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三放射同位素原子數(shù)隨時間呈指數(shù)減少，放射性同位素以原有N0個原子因衰變而減少到N0/2個原子所需的時間，稱為半衰期(T)。以使用最廣的鈷60為例，其半衰期為5.3年第17頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三在單位時間內(nèi)衰變的原子核數(shù)量，稱為放射性活度，以α表示，單位為居里(Ci)

某種物質(zhì)每秒鐘有3.7×1010個原子衰變，則該物質(zhì)的放射性活度為1Ci(居里)

單位質(zhì)量放射性物質(zhì)的活度稱為比活度，單位為Ci/g(居里/克)第18頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

γ射線的強度可由測量儀器引起的電離程度來決定，單位是R(倫琴)1R輻射強度，等于在0℃及105Pa壓力下，在1cm3空氣中電離引起離子絕對值總和為一個絕對靜電單位。第19頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(3)高能X射線的獲得普通X射線和γ射線檢測，由于其能量低、穿透能力差，檢測能力受到限制。超過100mm厚鋼板不能用一般X射線檢測，超過300mm厚鋼板很難用γ射線進行檢測。此時可采用加速器產(chǎn)生的高能X射線檢測，例如對厚度達300～500mm的鋼板，采用高能X射線檢測可獲得滿意結果。第20頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三高能X射線是指能量超過1000kV的射線，這種高能X射線都由加速器產(chǎn)生。被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，能量在100MeV以下是低能加速器，能量在100～1000MeV之間是中能加速器。按加速器種類可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離手加速器以及全離子加速器等。第21頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三射線檢測中應用的加速器都是電子加速器，能量數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在45MeV以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。檢測對加速器的要求是束流強度大、焦點尺寸小、體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護簡單等。適合工業(yè)無損檢測用加速器，主要有電子感應加速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。第22頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(4)中子射線的獲得中子射線檢測時常根據(jù)不同用途選用不同能量的中子，如冷中子、熱中子和快中子等。中子照相主要是用熱中子，中子源放射出來的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢化后變成低能熱中子，由準直器引出。目前可供照相用的中子源有核反應堆、加速器和放射性同位索，常用的為(锎Cf252)第23頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

(锎)Cf252中子源的半衰期2.65年，產(chǎn)額2.3×1012中子/s/g，目前價各還很貴。利用Cf252可做成可移動式中子照相裝置。另一種可移動中子裝置，核心是與密封管中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與Cf252中子源不同之處是可以關閉，不運行時無需屏蔽。國外中子管的中子產(chǎn)額已達1012中子/s，完全可以滿足照相的要求。第24頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三從中子照相來說，要求中子射線強度大、射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目前，強度大的源是核反應堆，但它投資大、笨重、無法用于生產(chǎn)現(xiàn)場。而小型加速器、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強度總的來說還不夠高。第25頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三10-3射線的衰減特性射線對物質(zhì)的作用理論上有12種效應，其中主要的有4種：光電效應、瑞利散射、康普頓效應以及電子對生成。能量較小時、前兩種效應比較重要，電子對生成效應僅當能量大于1MeV時才開始顯著。第26頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三各種效應隨物質(zhì)原子序數(shù)的不同而改變，原子序數(shù)低效應弱，原子序數(shù)高效應強。上述幾種效應造成射線能量減弱，其原因是物質(zhì)對射線的吸收與散射。射線被吸收時其能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问?，如熱能，散射則使射線的傳播方向改變。第27頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(1)射線的吸收

A光電效應

射線通過物質(zhì)時，光子與原子相互作用，光子被吸收，原子中的電子被釋放出來，稱為光電子，即光電效應。當光子的能量處在γ射線的能量范圍時，光電效應與原子序數(shù)的關系密切，原子序數(shù)愈高，光電效應愈顯著，光電效應與光子能量的3次方成反比，能量愈高，光電效應愈弱。第28頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

例如能量為0.5MeV的γ射線通過鉛板時，因光電效應的吸收十分顯著，當為2MeV時則光電效應很小。光電效應可產(chǎn)生的特征X射線，稱為熒光X射線，產(chǎn)生熒光X射線的最佳條件是光子能量稍大于原手核外電子、如K層電子的結合能，能量太大就難以產(chǎn)生熒光X射線。第29頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三B電子對生成射線通過物質(zhì)時除產(chǎn)生光電效應外，還有電子對生成。當光子能量大于1.02MeV時產(chǎn)生電子對，產(chǎn)生電子對導致能量減弱的吸收系數(shù)與原子序數(shù)的平方成正比。光子能量小于1.02MeV時不產(chǎn)生電子對，因此電子對效應主要發(fā)生在高能射線。第30頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三(2)射線的散射

A康普頓散射又稱非彈性散射和非干涉散射，一個光子和物質(zhì)中一個自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生碰撞后，光子將一部分能量傳給電子，波長變長。電子即從原子空間中以與光子初始運動方向成φ角的方向射出。光子則朝著與自己初始方向成θ角的方向散射，這就稱為康普頓散射。

輕原子中的電子一般束縛較弱，重原子中的電子只有外層電子束縛較弱。因此，原子序數(shù)小的物質(zhì)，其康普頓散射較強，而原子序數(shù)大的物質(zhì)則相對較弱。第31頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三B湯姆遜散射湯姆遜散射即彈性散射、干涉散射，在美國又稱為瑞利散射。當光子與原子中束縛很緊的電子碰撞時，光子將與整個原子之間交換能量，但原子的質(zhì)量比光子大得多。按照彈性力學理論，散射光的頻率不會顯著改變，其波長與入射線相同，稱為彈性散射。湯姆遜散射幾率與原子序數(shù)成正比，與入射能量成反比。湯姆遜散射對原子序數(shù)高的物質(zhì)和能量低的光子來說是最重要的，但它絕不會超過總衰減的20%，一般不大于1%第32頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三上述效應隨光子能量的變化如圖所示，被作用物質(zhì)為鐵，能量0.01MeV時光電效應占優(yōu)勢，隨光子能量增加，光電效應逐步減少，而康普頓效應逐漸加大。第33頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三光子能量0.1MeV左右時湯姆遜效應最大，但其發(fā)生率不滿10%。1MeV左右、X射線衰減基本由康普頓效應造成，此后電子對效應逐步變大。第34頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

10MeV左右、電子對效應與康普頓效應作用程度相同。大于10MeV時、電子對效應為主。第35頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三圖中可知，在射線能量較低范圍內(nèi)，散亂射線主要是由湯姆遜效應產(chǎn)生，而在射線能量較高范圍內(nèi)，散亂射線主要由康普頓效應產(chǎn)生。故對一般射線檢測，康普頓效應是主要的。第36頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三康普頓散射系數(shù)與湯姆遜散射系數(shù)之和稱為散射系數(shù)σ，總的衰減系數(shù)μ為散射系數(shù)與吸收系數(shù)(τ)之和。線衰減系數(shù)不是常數(shù)，與射線能量有關。同時也與物質(zhì)質(zhì)量成正比，質(zhì)量衰減系數(shù)為第37頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三當一束平行的強度為I0的單色射線，透過厚度為d的一層均勻物質(zhì)時，射線強度的衰減將遵循以下規(guī)律由于散射線的存在，透過厚度為d物質(zhì)時，除透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強度。第38頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三因此，其衰減規(guī)律如下式所示式中n為散射比，它是射線透過工件后散射線劑量與透射線劑量之比。影響散射比的因素有焦距、照射場大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。第39頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三例如，X射線照相時對鋼n≈0.09T(T<25mm)

對鋁n≈0.035T(T<50mm)Irl92-γ射線照相時對鋼n≈0.075T(T≤70mm)Co60-γ射線照相時對鋼n≈0.047T(T≤160mm)第40頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三有時需要直觀地表示射線的穿透力，通常用半值厚度d1/2(或半衰減層)來表示射線強度衰減一半的物質(zhì)厚度。

因此第41頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三一定波長的射線，對一定物質(zhì)具有恒定的半值層，如Co60-γ射線在鐵中的半值層為17.5mm

因此一次射線通過17.5mm層后強度減一半

第2個17.5mm層后即余下最初強度的25%第42頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三光子能量100～400keV的X射線，在鋁、鐵、銅中的半值層如表3-2所示。第43頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三不同波長的射線具有不同的衰減系數(shù)，這對檢測來說使問題復雜化，因此需使連續(xù)X射線的波長均勻化。就是使X射線經(jīng)過一定厚度的物質(zhì)、把波長較長的部分吸收掉，剩下的就是波長較短且很接近的X射線，可以認為具有相同的吸收系數(shù)。另外，γ射線差不多都接近于單色，即有一恒定的衰減系數(shù)。第44頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三當具有一定能量的帶電粒子穿透物質(zhì)時，在它們經(jīng)過的路程上就會產(chǎn)生電離作用，形成許多離子對，電離作用是帶電粒子和物質(zhì)相互作用的主要形式。

α粒子（射線）由于能量、質(zhì)量和帶電量大，故電離作用最強，但射程(帶電粒子在物質(zhì)中穿行時、能量耗盡前所經(jīng)過的直線距離)較短。

β粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的α粒子要弱，由于β粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。2)電離作用γ粒子幾乎沒有直接的電離作用。第45頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三式中：E—帶電粒子的能量；

Ed—離子對的能量；

J

—輻射源的強度；

C—輻射源強度為1Ci時，每秒放射出的粒子數(shù)。在輻射線的電離作用下，每秒鐘產(chǎn)生的離子對的總數(shù)，即離子對形成的頻率可出下式表示：第46頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三核輻射與物質(zhì)的相互作用是核輻射傳感器檢測物理量的基礎。利用電離、吸收和反射作用以及α、β、γ和X射線的特性可以檢測多種物理量。常用電離室、氣體放電計數(shù)管、閃爍計數(shù)器和半導體檢測核輻射強度，分析氣體，鑒別各種粒子等。1）電離室利用電離室測量核輻射強度的示意圖見下圖。在電離空兩側(cè)的互相絕緣的電極上，施加極化電壓，使兩極板間形成電場。在射線作用下，兩極板間的氣體被電離，形成正離子和電子，帶電粒子在電場作用下定向運動形成電流I，在外接電

10-4、核輻射傳感器第47頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三太一樣,由于γ射線不直接產(chǎn)生電離,因而只能利用它的反射電子和增加室內(nèi)氣壓來提高γ光子與物質(zhì)作用的有效性，因此，γ射線的電離室必須密閉。阻上便形成壓降。電流I與氣體電離程度成正比，電離程度又正比于射線輻射強度，因此，測量電阻R上的電壓值就可得到核輻射強度。電離室主要用于探測α、β粒子。電離室的窗口直徑約100mm左右,不必太大。γ射線的電離室同α、β的電離室不第48頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三2）蓋格計數(shù)管蓋革計數(shù)器是根據(jù)射線對氣體的電離性質(zhì)設計成的。其探測器（稱“蓋革管”）的通常結構是在一根兩端用絕緣物質(zhì)密閉的金屬管內(nèi)充入稀薄氣體（通常是摻加了鹵素的稀有氣體，如氦、氖、氬等），在沿管的軸線上安裝有一根金屬絲電極，并在金屬管壁和金屬絲電極之間加上略低于管內(nèi)氣體擊穿電壓的電壓。第49頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三這樣，在通常狀態(tài)下，管內(nèi)氣體不放電；而當有高速粒子射入管內(nèi)時，粒子的能量使管內(nèi)氣體電離導電，在絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象，從而輸出一個脈沖電流信號。通過適當?shù)剡x擇加在絲極與管壁之間的電壓，就可以對被探測粒子的最低能量，從而對其種類加以甄選。蓋革計數(shù)器也可以用于探測γ射線，但由于蓋革管中的氣體密度通常較小，高能γ射線往往在未被探測到時就已經(jīng)射出了蓋革管，因此其對高能γ射線的探測靈敏度較低。在這種情況下，碘化鈉閃爍計數(shù)器則有更好的表現(xiàn)。第50頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三歷史蓋革計數(shù)器最初是在1908年由德國物理學家漢斯·蓋革和著名的英國物理學家盧瑟福在α粒子散射實驗中，為了探測α粒子而設計的。后來在1928年，蓋革又和他的學生米勒（WaltherMüller）對其進行了改進[1]，使其可以用于探測所有的電離輻射。1947年，美國人SidneyH.Liebson在其博士學位研究中又對蓋革計數(shù)器做了進一步的改進，使得蓋革管使用較低的工作電壓，并且顯著延長了其使用壽命。這種改進也被稱為“鹵素計數(shù)器”。蓋革計數(shù)器因為其造價低廉、使用方便、探測范圍廣泛，至今仍然被普遍地使用于核物理學、醫(yī)學、粒子物理學及工業(yè)領域。

第51頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三蓋格計數(shù)管的特性曲線如下圖所示。J1、J2代表入射的核輻射強度，J1＞J2。由圖可知，在外電壓U相同的情況下，入射的核輻射強度越強，蓋格計數(shù)管內(nèi)嚴生的脈沖N越多。蓋格計數(shù)管常用于探測α射線和β粒子的輻射量(強度)。

第52頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三閃爍計數(shù)管由閃爍晶體(受激發(fā)光物體，常有氣體、液體和固體三種，分為有機和無機兩類)和光電倍增管組成，如下圖所示。當輻射照射到閃爍晶體上，便激發(fā)出微弱的閃光，閃光射到光電倍增管上（由于閃光很微弱，必須使用光電倍增管才會有光電流輸出），就會在其陽極形成脈沖電流，從而得到與核輻射有關的電信號。

3）閃爍計數(shù)管第53頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三核輻射傳感器除了用于核輻射的測量外，也能用于氣體分析、流量、物位、重量、溫度、探傷以及醫(yī)學等方面。

1．核輻射流量計核輻射流量計可以檢測氣體和液體在管道中的流量，其工作原理如下圖所示。若測量氣體的流量，在氣流管壁上裝有如圖所示的兩個活動電極，其一的內(nèi)側(cè)面涂覆有放射性物質(zhì)構成的電離室。當氣體流經(jīng)兩電極間時，由于核輻射使被測氣體電離，產(chǎn)生電離電流；電離子一部分被流動的氣體帶出電離室，電離電流減小。10-5核輻射傳感的應用舉例第54頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三隨著氣流速度的增加，帶出電離室的離子數(shù)增加，電離電流也隨之減小。當外加電場—定，輻射強度恒定時，離子遷移率基本是固定的，因此，可以比較準確地測出氣體流量。若在流動的液體中，摻入少量放射性物質(zhì)，也可以運用放射性同位素跟蹤法求取液體流量。

第55頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三核輻射測厚儀是利用射線的散射與物體厚度的關系來測量物體厚度的。圖是利用差動和平衡變換原理測量鍍錫鋼帶鍍錫層的厚度測量儀。1-錫層2放射源3、4-電離室5-擋板6-電機7-滾子8-輔助放射源9-鋼帶2．核輻射測厚儀第56頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三圖中3、4為兩個電離室、電離室外殼加上極性相反的電壓，形成相反的柵極電流使電阻R上的壓降正比于兩電離室輻射強度的差值。電離室3的輻射強度取決于輻射源2的放射線經(jīng)鍍錫鋼帶鍍錫層后的反向散射，電離室4的輻射強度取決于8的輻射線經(jīng)擋板5位置的調(diào)制程度。利用R上的電壓，經(jīng)過放大后，控制電機轉(zhuǎn)動、以此帶動擋板5位移，使電極電流相等。用檢測儀表測出擋板的位移量，即可測量鍍錫層的厚度。

第57頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三4,多相流檢測第58頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三第59頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三241Am的

γ

射線（能量為59.5keV）照射銀片可激發(fā)出22keV的X射線和50keV左右的γ射線,如圖示。第60頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

5,x射線層析成像（CT）原理

CT的完整拼寫是：ComputerizedTomography。依據(jù)的是雷當(Radon)變換吸收率分布第61頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三6射線實時檢測技術當前工業(yè)用X射線檢測主要是照相法，照相法比較成熟，但費時、費錢。為了進一步提高檢測效率，滿足工業(yè)生產(chǎn)中大批量產(chǎn)品的質(zhì)量檢測，實現(xiàn)自動化流水作業(yè)，有必要發(fā)展X射線實時檢測技術。工業(yè)X射線實時檢測技術，是通過熒光屏把它轉(zhuǎn)換成可見光圖象，但熒光屏上可見光圖象亮度很低，必須經(jīng)過圖象增強器后進行攝象。第62頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三工業(yè)X射線實時檢測技術裝置主要由4部分，X射線源、圖象增強器、電視攝象機和接收機第63頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三圖象增強器將輸入的X射線圖象轉(zhuǎn)換為可見光熒光圖象，并使其亮度增強1萬倍以上。圖象經(jīng)適當?shù)墓鈱W系統(tǒng)，被攝象機錄影后顯示在顯象監(jiān)視器上。第64頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三配用X射線實時檢測X射線機要求焦點小、軟X射線少(設鈹窗口)，以便大大提高圖象的清晰度和分辨能力。另一個提高檢測靈敏度的措施是提高圖象的放大率，當然前提是射線源的焦點要小。第65頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三中子射線檢測中子射線檢測是國外70年代發(fā)展起來的一項新技術，是X射線檢測和γ射線檢測的一種補充，具有下列特點

A)對于高原子序數(shù)的材料比X射線和γ射線的穿透能力大

B)對于相鄰原子序數(shù)的材料比X射線和γ射線的分辨能力強第66頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

C)一些輕材料和某些特定材料對中子的吸收能力比重元素大

D)對某些元素的同位素敏感

E)可以在強的輻射場(X射線，γ射線)中工作第67頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三

X射線和γ射線的質(zhì)量吸收系數(shù)隨原子序數(shù)增加而增加，而中子質(zhì)量吸收系數(shù)則復雜，通常是隨原子序數(shù)增加而減少。可以利用中子照相來解決X射線和γ射線難以解決的一些問題，互相配合使用，取長補短。第68頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三中子照相有以下兩種方法

A)直接曝光法

轉(zhuǎn)換屏材料可為鋰、硼、鎘、釓等，最常用的是釓。在中子射線的照射下，放出瞬間低能粒子使膠片感光。這種方法速度快、分辨力好。第69頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三B)間接曝光法轉(zhuǎn)換材料采用銦、鏑、銀等，應用最多的是銦和鏑。在中子照射下，屏上形成有一定壽命的放射核存在潛像，被照后屏的兩邊夾上膠片，在暗盒里使膠片感光。該方法，當被照物有強的放射性或中子束中有很強的γ射線時很適用。第70頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三中子射線檢測的局限性主要在于射線源。從中子照相來說，要求中子射線強度大、射線束質(zhì)量高、便宜，方便、操作靈活等。但從目前的射線源來看，射線強度大的源是反應堆，它投資大、笨重、無法用于現(xiàn)場。而小型加速器、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強度不夠高。第71頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三10-5工業(yè)射線CT技術射線檢測的一個重要發(fā)展方向是CT，這是因為射線照相一般僅能提供定性信息，不能實用于測定結構尺寸、缺陷方向和大小。

CT技術比射線照相法能更快、更精確地檢測內(nèi)部結構的細微變化，消除了照相法可能導致的檢查失真，并大大提高分辨力。第72頁，講稿共82頁，2023年5月2日，星期三射線CT裝置結構主要由射線源和接收檢測器兩大部分組成，如圖所示。第