RT射線檢測三級射線檢測原理講課提綱(Ⅲ級)_第1頁
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文檔簡介

1、射線檢測原理屠耀元華東理工大學無損檢測教研室1997.10-2009.8第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)*學習原子和原子核結(jié)構(gòu)理論了解射線產(chǎn)生的機理一原子1 原子的概念:*定義: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。2 原子的構(gòu)成:*原子是由原子核和核外電子所構(gòu)成。*電子圍繞原子核作行星運動;電子在一定軌道上饒核運動。*原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。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 1cnf 的體積內(nèi)核的總重量為108噸!(一萬萬噸?。?原子半徑10-8cm數(shù)量級。原子核半徑1310- cm數(shù)量級。如果:核的半徑為1cm電子*(約 1

2、000 米)/100000倍(3 )電荷:原子核帶正電;電子帶負電;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例:60 鈷 60 = 27 +33質(zhì)子數(shù) Z=核的正電荷數(shù)=電子數(shù)=原子序數(shù)3原子結(jié)構(gòu)理論-玻爾理論(玻爾模型)*20 世紀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:行星分布圖 11*a散射實驗否定了湯姆森假設(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:(1 ) 原子只能存在一些不連續(xù)的穩(wěn)

3、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u決定于下列關(guān)系式(稱為玻爾頻率條件):hu=En-Em 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。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)

4、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);該過程將釋放出原子高于基態(tài)的能量,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);*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。圖 11 #二原子核1原子核的結(jié)構(gòu)*精確的結(jié)構(gòu)模型自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)成圖 13*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

5、原子的原子核的質(zhì)子和中子的總和:A = Z+ N3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#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。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(guān);核力是短程力;(3)核力100 x 庫侖力,是強相互作用力;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 #三元素及元素周期律1 元素的概念(1)定義:

6、具有相同核電荷的一類原子稱為元素。例如:所有一個核電荷數(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A:原子量(原子質(zhì)量數(shù))。乙原子序數(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)。 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。123如:H, H H圖 12#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(gòu)隨著原子序數(shù)的增加而呈現(xiàn)周期變化的規(guī)律。四 放射性衰變*原子核的重要性質(zhì)-放射性1

7、 核的穩(wěn)定性概念*處于基態(tài)的穩(wěn)定性原子核.*處于激發(fā)態(tài)的不穩(wěn)定原子核 . 衰變.*衰變的定義:在無外界作用下,不穩(wěn)定原子核自發(fā)釋放出中子和質(zhì)子,轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素的原子核,這種現(xiàn)象稱為衰變。#*自然衰變與人工衰變.*穩(wěn)定同位素與不穩(wěn)定同位素*放射性同位素與人工放射性同位素.2a衰變*放射性原子核釋放出a粒子的過程稱為a衰變。*a衰變后,原子核內(nèi)核子數(shù)的變化:a粒子是氦的原子核(He)核內(nèi):2 個質(zhì)子,2 個中子一次a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。圖13*a粒子所形成的a射線是一種電離輻射。3B衰變*放射性原子核釋放出B粒子的過程稱為B衰變。#*B衰變后,原子核內(nèi)核子數(shù)的變化

8、:B粒子是電子,一次B衰變:質(zhì)子數(shù)增加一個,原子量不變。圖 134丫衰變(輻射)*放射性原子核釋放出丫光子的過程稱為丫衰變(輻射)。*丫衰變通常是在a衰變和B衰變過程中發(fā)生的。*丫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a衰變和B衰變都釋放丫光子。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 的典型衰變圖 25#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 射線和丫射線的本質(zhì)與性質(zhì)1 本質(zhì):電磁波* X 射線、丫射線、可見光、無線電波、紅外線都是電磁波* X 射線和丫射線是波長較短的電磁波無

9、線電波紅外線可見光紫外線 X 射線宇宙射線丫射線2 波動關(guān)系:入入(波長 A ),3 波長單位:=C/uC (光速),u(頻率)1-1.40(T8)-8-7埃 A=10-cm ;納米 nm=10-cm. #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)近似1),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 )能殺傷生物細胞,破壞生物組織,具有輻射生物效應(yīng)。#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1

10、 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。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圖212 連續(xù) X 射線譜及最短波長:圖 22*根據(jù)經(jīng)典電動力學理論,韌致輻射的能量與停速時間1Es- t-連續(xù)變化,E-連續(xù)變化, t E=hu=hc /入 入-連續(xù)變化#*入 min 的導出:電場能=電子動能= 光子能+消耗能12Ue =MV = hu+ p2 t 成反比12hu=MV - p= Ue -pUe U單位:入 min :埃。U :千伏。# 例: U=2

11、00Kv, 入 min =12.4 / 200= 0.062埃*連續(xù)譜變化規(guī)律:1.管電壓變;2.管電流變;3.濾波的影響;4.Z 的影響。圖 22 3 連續(xù) X 射線強度分布曲線及強度計算:圖22*連續(xù)譜曲線 I (入) 極其復雜!總強度:求面積積分*m*I =/ I (入)d 入=K Zi Um =KZiU1(m=2)*入 min式中:K-系數(shù) 1.1-1.4X10-9 /v Z-原子序數(shù); i-管電流;U-管電壓*影響強度的因素 U、Z、i #4 連續(xù) X 射線的效率(轉(zhuǎn)換效率):連續(xù) X 射線強度KZiU2*計算公式n=- =-=KUZ*電功率iU* K 值:K= 1.1-1.4X10

12、-9 /v ;K= 1.1-1.4X10-6 /Kv*影響轉(zhuǎn)換效率的因素K、U、 Z*例:Z=74; U=200;求nn=1.4X10-6X74X200=2%5 連續(xù) X 射線的空間強度分布:圖23*垂直方向不是強度最大方向*實際曝光場是一個橢圓*通過實驗測定曝光場的強度分布#1圖 21如果 p -0he 12.4入 min =-(hUeUeumax =;u=e/ 入h、e、e 均為常數(shù))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)生機理圖 24*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

13、量發(fā)射光子(輻射)。即發(fā)射標識 X 射線。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。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;2 標識譜及其特征圖 24*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,KaKB*入射到 L 層的發(fā)射 L 系標識 X 射線,LaL3*入射到 M 層的發(fā)射 M 系標識 X 射線,MaM3 .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

14、識 X 射線五丫射線)1 產(chǎn)生原理*原子核的重要性質(zhì)-放射性*貝克勒爾發(fā)現(xiàn)a,3,丫射線*原子核的能級a和3衰變后的能級狀況,多余能量的釋放*放射性同位素產(chǎn)生a或3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)),這時發(fā)射丫射線。圖 25#2 衰變規(guī)律與半衰期*衰變規(guī)律:N=Noe-xt式中:No-初始狀態(tài)的放射性原子核數(shù)(或強度);N -t 時間后的放射性原子核數(shù)(或強度) 入-衰變常數(shù)。*并非每一次衰變都發(fā)射丫射線。放射性同位素的能量不隨時間改變。*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 T 。

15、# *半衰期公式的推導:N 1入T=cNo 2二邊取自然對數(shù),Ln(1/2)=-入 T - Ln2=0.693所以: 0.693T=- 例:Co60 T =5.3 年入入=0.693/5.3 年=0.130/ 年*半衰期的簡便計算公式N 1=()t/T(t/T )即有多少個半衰期No 2#3丫射線譜-線狀譜*60Co: 2 根;192lr:24 根; 137Cs:1 根; 圖 254丫射線的能量 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)5丫射線的強度*單位時間落到單位面積上的光子數(shù)(后面專題討論)6X 射線和丫射線比較*相同點*(1)都是電磁波,本質(zhì)相同;*(2)都具有反射,

16、折射等光學性質(zhì);*(3)都能使膠片感光;*(4)都是電離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;3-1.2 (T371)*(2)能量不同:X-可控,可調(diào),取決于管電壓;*丫 -不可控,不可調(diào),取決于源的性質(zhì);*(3)強度不同:X-可控,可調(diào),取決于 U, i, Z ;*丫 -隨時間變化;*(4 )波譜形式不同。7 工業(yè)探傷用的放射性同位素* 常用丫源:C06O, Cs137,lr192,Tm170.*衰變規(guī)律:要求了解 Co60 和 Cs137. 圖 25*能量#*半衰期*放射常數(shù)(特征強度)Kr.(詳細內(nèi)容在后面介紹)*制取方式:天

17、然;中子激活(轟擊):Co59+no-Co60;Ir191+ no-lr192;核反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn),不能恢復!*1-1.37(T27)核裂變:Cs137:U235裂變生成 Cs137.六波粒二象性1 波動特性電磁波和機械波二大類波;無質(zhì)量、無電荷的振動 傳播具有波長、波速、頻率;C=入u#2 粒子特性:a粒子,B粒子,中子,質(zhì)子等有質(zhì)量的粒子發(fā)射。量子化能量E= hu一份一份傳播3波粒二象性的體現(xiàn):E= hu= he/入4 波粒二象性的推廣:一切微觀粒子都具有波粒二象性5X 射線,丫射線,中子射線,a射線,B射線 具有波粒二象性 七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,

18、丫射線,以及紅外線,紫外線,微波等 (2)粒子類:a射線,B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; 圖 27(2)有些重元素中衰減小,有些輕元素中衰減大。3 應(yīng)用*內(nèi)部缺陷的探測:X,Y,中子*表面缺陷的探測:微波,紅外線,激光*特殊結(jié)構(gòu)的探測:炮彈(中子)*金屬構(gòu)件的探測:X,Y,中子*非金屬構(gòu)件的探測:微波,激光3-1.1(T370) #八 射線的能量與強度*能量與強度是一種力量的量度,能量是力量的質(zhì)的體現(xiàn);強度是力量的量的體現(xiàn)。*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),因此透測的理解能量與強度概念,分重要

19、的。1 能量*射線的穿透力取決于射線的能量,能量也可稱為線質(zhì);*能量的單位:ev 或 爾格 1ev=1.6x10-12爾格。* X 射線(光子)能量的表達與計算*E = hu= he / 入=0.0124/ 入 2-1.11(T139)*或 入=0.0124 / E*以上二式中,E 的單位:Mev;入的單位:埃。*或者 入=12.4 / E (與入 min=12.4/U有本質(zhì)區(qū)別)*這里:E 的單位:Kev;入的單位:埃。*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(guān);*標識 X 射線的能量與靶材料有關(guān);1-1.42(T12)*丫射線的能量(穿透力)取

20、決于源的種類和性質(zhì);*60Co :1.17Mev 1.33Mev。137 Cs: 0.66Mev*192lr: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:丫射線的穿透力相當于X 射線同等穿透力所對應(yīng)的管電壓值,稱為當量能。1-1.23( T14), 1-1.39(T15)#*如何確定 220KV 射線的能量:*先求:入 min = 12.4 / U= 0.05636(AO )*再求:最短波長所對應(yīng)的射線能量*Emax= hu/ 入 min=0.220 (Mev)*即: 220kv 管電壓產(chǎn)生的 X 射

21、線光子最大能量 0.22Mev。*比較:CO60 ; 220KV 管壓發(fā)射的 X 射線;15Mev 加速器所產(chǎn)生的射線能量的大小。2 強度*射線對膠片的感光取決于它的強度。*強度的量度:計數(shù)器,次/秒。*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。#*強度的變化因素:(A)強度-距離平方反比律圖 26(B)穿過物體后的強度衰減規(guī)律*連續(xù) X 射線的強度 I =KZiU2 1-1.43(T11)*標識 X 射線的強度 I =ai(U-U 激發(fā))2*丫射線的強度丫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

22、用居里作為單 位。1 居里(Ci)=3.7X1010 / 秒*放射強度隨時間的改變而改變,其變化規(guī)律為:*l=loe -入 t#*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。(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(yīng)為 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。*照射強度的變化規(guī)律:(A) 距離-平方反比律;(B)穿過物體時的衰減規(guī)律圖 26#(3) 放射強度和照射強度的轉(zhuǎn)換關(guān)系*(A)通過放射常數(shù) Kr (又稱特征強度,或記為rhm)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換公式:AKrI =- (倫/時)

23、RR*對每種丫射線源來說, Kr (rhm)是常數(shù)。*Kr(rhm)的含義:放射強度為 1 居里的丫源,相距 1 米處的照射強度值稱為特征強度,或放射常數(shù) Kr.以 Co60 為例:,Co60 源 1米 |1.32 R/h*(1 居里)*-1*單位為:居里,米時 Kr 為:1.32(mx mx R/hx居里)毫居里,厘米時 Kr 為:13.2(cmx cmx R/hx毫居里)#60Co 137Cs170Tm192Ir*Kr(rhm): 13.23.280.0134.72*例:5 居里 60CO 源, 3 米處的照射強度是多少?*5居里=5000 毫居里*5000(毫居里)x13.2(cmxcm

24、xR /hx毫居里)*I =-*300cmx300cm*= 0.73R/h例 2: 10 居里的 192lr 源,3 米處的照射強度各是多少?標準狀*10000(毫居里)x4.72(cmxcmx R /hx毫居里)*I =-*300cmx300cm*= 0.52R/h(B)通過克鐳當量轉(zhuǎn)換*轉(zhuǎn)換公式:Mx8.4I =-(倫琴/時)RxR*對每種丫射線源來說,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:60 CO,用 Kr 系數(shù)計算,1 居里 60CO 在 1 厘米

25、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 60CO 相當于 1.54 克鐳的照射強度。 #(見:96009-4 (2)第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用*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,感光作用一瑞利散射和湯姆森散射圖 31*入射光子與原子碰撞:碰撞類型與能量的關(guān)系:當入射光子的能量較小時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,電子吸收光子能量從低能級躍遷到高

26、能級,同時釋放出一個散射光子, 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并釋放出與入射光子能量相同的散射線。外層電子通常認為是自由電子。二光電效應(yīng)圖 31*入射到物體內(nèi)的光子與原子中的軌道電子發(fā)生碰撞,光子的全部能量傳遞給軌道電子使電子脫離軌道成為光電子,這一現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。*光電效應(yīng)的特征:1 光子的全部能量被原子吸收;*hu= Ee + Ei*入射光子能量=電子動能+電子結(jié)合能生光電效應(yīng)的條件是huEi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;不能保持動量守衡!3 光電效應(yīng)伴隨二次標識 X 射線和俄歇電子的發(fā)生;X 射線:俄歇電

27、子:圖 314 光電效應(yīng)發(fā)生的幾率T可以理論計算xZ5 /hu *即:與原子序數(shù)的 5 次方成正比,與入射光子能量hu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。1-1.31(T21) 6 光電效應(yīng)可以在原子的任何一個殼層發(fā)生。3-1.6(T375), 2-1.19(T138)#三康普頓效應(yīng)(散射)圖 31*康普頓-吳有訓發(fā)現(xiàn)波長增長、運動方向改變現(xiàn)象*入射光子與軌道電子碰撞,軌道電子脫離軌道成為反沖電子,入射光子能量降低 (波長變長) 并改變運動 方向成為散射線, 這一現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng) (散射)。 1-30 (T20) , 2-18(T148)*波長變長:入=入-入。*康普頓效應(yīng)

28、(散射)的特征1產(chǎn)生康普頓效應(yīng)的入射光子能量較大,其能量一部二次標識T分克服軌道電子的結(jié)合能,另一部分作為反沖電子的動能,剩下的是散射光子的能量。1-1.28(T18),1-1.27(T17)2入=0.0242(1-COS)(A) 入與入射光子能量無關(guān)與有關(guān) #3入與散射角關(guān)系: =0入=0 無散射線=180 入=2X0.0242 背散射!=90 入=0.02424Z 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。圖 365 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)系如圖36:康普頓散射系數(shù)隨入射能量的增大而減??;而康普頓吸收系數(shù)則隨入射能量

29、的增大先增大后減小。四電子對效應(yīng)圖 31*當入射光子的能量1.022Mev 時,在原子核附近由于核庫侖場的作用將產(chǎn)生一對正、負電子,這種現(xiàn)象稱 為電子對效應(yīng)。#*電子質(zhì)能 0.511Mev*特征:1 電子對的壽命很短,它們很快湮滅生成二個能量分別為 0.511Mev 的新的光子;五相互作用的相對幾率圖 32*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,康普頓效應(yīng)(散射)是主要的;* Z 較大時:*低能:光電*中能:康普頓*高能:電子對 3-1.9(T379) #六窄束,單色射線的強度衰減規(guī)律1 概念*窄束:不包括散射線在內(nèi)的穿過射線束*單色:由單一波長組成的射線束成為單色射線;

30、1-1.14(T140)2衰減規(guī)律:-1dI=Io e3線衰減系數(shù)1:d=1i=Ln (lo/l)*1的物理意義:穿過 1cm 厚的物體時,穿過前后射線強度比值的自然對數(shù),即為線衰減系數(shù)。*線衰減系數(shù)的構(gòu)成:因為:光電效應(yīng),康普頓效應(yīng),電子對效應(yīng)是造成射線衰減的主要原因,所以線衰減系數(shù)包含三個效應(yīng)的作用。因此:卩=卩光電+卩康普頓+電子對#4質(zhì)量衰減系數(shù)卩 m=卩/p*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:1 /p=(卩 1/p1 )a1+ (卩 2/p2 )a2+.*4-1.15(T436)5i/p的變化規(guī)律33*1/p= KZ 入 所以:l=lo e - kp

31、Z3 入 3d 6 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2 能量越大,產(chǎn)生電子對的可能性越大。3-1.8(T377),記為半價層,半衰減層等)為 Th。* Th 的計算* I=Io e-id1/2=I / Io = e-iTh二邊取自然對數(shù)Th=Ln2 /i=0.693/i這里:i=KpZ3 入 3 #* Th 的簡便算法* I/ Io= (1/2 ) N N=d/Th(計算有多少個半值層)*影響半值層 Th 的因素能量愈大(入愈小),半值層愈厚;半值層不是一個常數(shù).,只有射線波長為常數(shù)時半值層才可能是一個常數(shù)。七 寬束多色射線的強度衰減規(guī)律* 1 寬束:

32、包括散射線在內(nèi)的射線束稱為寬束;*多色:包括所有波長的連續(xù) X 射線稱為多色或白色。*3-1.10(T380),2-1.22(T145) #2 散射線與散射比圖 33*散射線的組成:康普頓散射;瑞利散射等。*n- 散射比Is=nipn=Is /Ip 2-1.23(T141)*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3 寬束單色射線的強度衰減規(guī)律*I (寬束):=Is(散射線) + Ip(窄束)*=nI p+Ip=(1+n)Ip=(1+n)Ioe_1d4寬束多色射線的強度衰減規(guī)律*I (寬束):=Is(散射線) + Ip(窄束)*=nI p+Ip=(1

33、+n)Ip=(1+n)Ioe -1d*這里:*1_-平均衰減系數(shù)5 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:從入 min-a圖 22*波長不連續(xù)是變量計算困難*通過加濾板的方法,濾去軟射線部分使連續(xù)X 射線的入和趨于常數(shù),這一過程稱為線質(zhì)硬化或連續(xù)射線均勻化。圖 34 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強度自然對數(shù)間的關(guān)系曲線稱為吸收或衰減曲線。圖 352 衰減曲線方程I*Ln(-)=-d 相當于 y=-ax 直線方程*Io 3 衰減曲線的型式*如果1是變量:曲線是彎曲的;*如果1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)4 平均衰減系數(shù)的計算*Ln 11-L nl2圖 35d2-d1_ Lgl1-Lgl2或i=2.3-d2-d1#5 有效能量:平均衰減系數(shù)1與某一能量的單色射線的衰減

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