射線檢測原理講課提綱

1、射線檢測原理屠耀元華東理工大學(xué)無損檢測教研室1995.10-2010.8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)生的機理 原子原子的概念 : 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。 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。 1）質(zhì)量：幾乎集中在原子核內(nèi)， 體積內(nèi)核的總重量為 10 8（ 2 ）大小：原子半徑 10核（ 1cm）*噸！-8cm核的密度非常大！如果：把核集中在（一萬萬噸?。?數(shù)量級。 原子核半徑 10- 13cm 數(shù)量級。如果：核的半徑為 電子（約

2、 1000 米）1cm3 的體積內(nèi)，那么：這 1cm3 的1cm-8 -1310-8/10 -13 = 100000 倍（ 3 ）電荷：原子核帶正電；（ 4 ）構(gòu)成：原子核（質(zhì)子 數(shù)量關(guān)系：原子量 = 質(zhì)子數(shù) + 中子數(shù)電子帶負電；原子為中性。+ 中子） + 電子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

3、善， 1913 年玻爾提出了完善的原子結(jié)構(gòu)模型 - 的要點：（ 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 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 碰撞的結(jié)果。玻爾模型 .E1、E2、玻爾理論玻爾模型）E3En放射輻射的結(jié)果或由于。處于穩(wěn)定（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）：h u4=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。 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

4、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

5、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 -12 cm5 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)；（2 ）核力是短程力

6、；（3）核力 & 100x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#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：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)）。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)。圖122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女 口： 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

7、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。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 . 2 a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：

8、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。3 3衰變*放射性原子核釋放出 3粒子的過程稱為3衰變。#* 3衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化：3粒子是電子 , 一次 3 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3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3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

9、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=C/ u入（波長A）, C （光速），u （頻率）1-1.40（T8）3 波長單位： 埃 A=10 -8 cm ；納米 nm=10 -7 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(xué)特性：

10、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X射線管1產(chǎn)生機理：根據(jù)電動力學(xué)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。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(xué)理論，韌致輻射的能量與停速時間 t成反比1Es-

11、t E=h* 入min的導(dǎo)出:1 t-連續(xù)變化，E-連續(xù)變化，u =he /入 入-連續(xù)變化#電場能=電子動能=光子能+消耗能圖21如果p ->0則h heu max : Ue12.4u max =c/入入 min =-Ue 單位：入min :埃。 例： U=200Kv, *連續(xù)譜變化規(guī)律:(hUU :千伏。e、e均為常數(shù)）入 min =12.4 / 200= 0.062Ue =MV2h u =MV - p= Ue -pUe1.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)oo極其復(fù)雜！總強度：求面積

12、積分*I =/ I（入）d入=K Zi Um =KZiU2 (m=2)*入min式中：K-系數(shù)1.1-1.4X 10-9 /vZ-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KZiU* 計算公式n =KUZ* 電功率iU * K 值：K= 1.1-1.4 X10-9 /vK= 1.1-1.4 X 10-6 /Kv* 影響轉(zhuǎn)換效率的因素K 、 U 、 Z* 例：Z=74; U=200;求 nn =1.4 X 10-6 X 74 X 200=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

13、一個橢圓* 通過實驗測定曝光場的強度分布 #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，K a K B*入射到L層的發(fā)射L系標識X射線，L a L 3* 入射

14、到M層的發(fā)射M系標識X射線，M a M3 .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 -"t式中： No- 初始狀態(tài)的

15、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 '。 #* 半衰期公式的推導(dǎo)：N 1= e-No 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'No 2(t/

16、T ')#即有多少個半衰期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）6 X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，折射等光學(xué)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；*

17、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：Co60, 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 : 天然； 中子激活（轟擊） ： Co59+no->Co60;lr191+no->lr192；核反應(yīng)不能逆轉(zhuǎn)，不能恢復(fù)！*1-1.37（T27）核裂變： Cs137:U235 裂變生成 Cs

18、137.六 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U2粒子特性：a粒子，3粒子，中子，質(zhì)子等有質(zhì)量的粒子發(fā)射。量子化能量E= h u 一份一份傳播3 波粒二象性的體現(xiàn)：E= h u = 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5 X射線，丫射線，中子射線，a射線，3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，丫射線，以及紅外線，紫外線，微波等 (2) 粒子類： a 射線， 3 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

19、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

20、-12爾格。* X 射線(光子)能量的表達與計算* E = h u = 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)取決于源的種類和性質(zhì)；* 60Co ： 1.17Mev 1.33Mev。137 Cs: 0.66Mev* 192Ir

21、: 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(dāng)量能：丫射線的穿透力相當(dāng)于 X射線同等穿透力所對應(yīng)的管電壓值，稱為當(dāng)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(A0 )*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

22、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 = a i（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。常用居里作為單 位。1 居里（Ci）=3.7 X 1010 / 秒-xt放射強度隨時間的改變而改變，其變化規(guī)律為:I=Ioe*

23、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 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。* 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：AKr*I -（倫/時）*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

24、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/h X居里）毫居里，厘米時 Kr為：13.2（cmx cmx R/h x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）x 13.2（cm x cm x R /h x 毫居里）* I =* 300cmx 300cm* = 0.73R/h例 2：10 居里的 192Ir

25、 源，3 米處的照射強度各是多少 ?* 10000（毫居里）X 4.72（cm x cmx R /h x 毫居里）* I =* 300cmx 300cm* = 0.52R/h（B） 通過克鐳當(dāng)量轉(zhuǎn)換* 轉(zhuǎn)換公式：Mx 8.4I = （ 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(dāng)量。* 例如：60 CO，用Kr系數(shù)計算，1居里60CO在 1厘米處的照射強度為 13000R/h。相當(dāng)于13000/8.4=1547.6 毫克鐳

26、，即 1.54 克鐳 .* 結(jié)論為：1居里60CO相當(dāng)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(xué)習(xí)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(dāng)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能級，同時釋放出一個散射光子， 其能量與入射光子的能

27、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*產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是 h u >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； 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；*二次標

28、識X射線：俄歇電子：圖314光電效應(yīng)發(fā)生的幾率 T可以理論計算*T 'x Z5 /h u '*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(xùn)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(T1

29、48)* 波長變長：入=入'-入。* 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 A入與散射角關(guān)系：=0入=0無散射線=180 A入=2X 0.0242 背散射！ =90 入=0.02424 Z 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

30、普頓散射系數(shù)隨入射能量的增大而減?。欢灯疹D吸收系數(shù)則隨入射能量的增大先增大后減小。四 電子對效應(yīng) 圖 31* 當(dāng)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；2 能量越大，產(chǎn)生電子對的可能性越大。 3-1.8(T377)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

31、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；1-1.14(T140)2 衰減規(guī)律：I=Io e3 線衰減系數(shù)卩:d=1卩=Ln(lo/l)*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：= 光電+卩康普頓+ （1電子對#4 質(zhì)量衰減系數(shù)i m= 1 / 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

32、乘積的總和：1 / p =（ 1 1/ p 1 ） a 1+ （ i 2/ p 2 ） a 2+.*4-1.15（T436）5 1 /p 的變化規(guī)律* i / p = KZ3 入 3所以：l=lo e - k p Z3 入 3d 6 半值層，記* 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，半衰減層等） 為 Th 。* Th 的計算* l=lo e-1d1/2=l / lo = e-1Th二邊取自然對數(shù)Th=Ln2 /1 =0.693/ i 這里：i =Kp Z3 入 3 #* Th 的簡便算法* l/ lo=（1/2）NN=d/Th（計算有多少個半值層）* 影

33、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：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 ls=nlp n=ls / lp 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* l （寬束）

34、= ls （散射線） + lp （窄束）* =nlp+lp=（1+n）lp= （1+n）loe- 1 d4 寬束多色射線的強度衰減規(guī)律* l （寬束） = ls （散射線） + lp （窄束）* =nlp+lp=（1+n）lp= （1+n）loe - 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) 1 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i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(dāng)于y=-ax直線方程* Io3 衰減曲線的型式*如果卩是變量：曲線是彎曲的；*如果是常數(shù)：