第一章射線檢測(cè)物理基礎(chǔ)

1、第一章 射線檢測(cè)(jin c)的物理基礎(chǔ)共七十四頁(yè)本章重點(diǎn)(zhngdin)講述四個(gè)問(wèn)題:1. 射線的性質(zhì)、本質(zhì)和X射線的產(chǎn)生2. 射線譜-連續(xù)譜、特征譜、線狀譜3. 射線與物質(zhì)的相互作用4. 射線照相原理、特點(diǎn)共七十四頁(yè) 第一節(jié) 原子(yunz)和原子(yunz)核結(jié)構(gòu)元素與原子（了解）1 元素構(gòu)成物質(zhì)(wzh)，每一種元素用元素符號(hào)表示（119種） C CO Fe2 原子的概念:定義：體現(xiàn)元素性質(zhì)的最小微粒。 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。共七十四頁(yè)2 原子的構(gòu)成: * 原子是由原子核和核外電子(h wi din z)所構(gòu)成。電子圍繞原子核作行星運(yùn)動(dòng)；電子在一定

2、軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。 鐵原子 銫原子共七十四頁(yè)（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！ （一萬(wàn)萬(wàn)噸?。┫鄬?duì)原子質(zhì)量=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)+電子(dinz)數(shù)（電子質(zhì)量小，忽略）（2）大?。涸影霃?10-8 cm 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核（1cm） 電子(dinz) * -*（約1000米） 10-8/10-13 = 100000 倍原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。 原子質(zhì)量微小 相對(duì)原子質(zhì)量 共七十四頁(yè)（3）電荷：原子核帶正電；電子帶負(fù)電；原子為中性。（4）構(gòu)

3、成：原子核（質(zhì)子 + 中子）+電子 數(shù)量(shling)關(guān)系：原子量 = 質(zhì)子數(shù) + 中子數(shù) A = Z + N 例：鈷60 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) （5）核素 ：凡是具有一定質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)并處于特定能量狀態(tài)的原子或原子核稱為核素。（6）同位素：同一種元素的原子具有相同的核電荷數(shù)，即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)可以不同（中子不帶電）。共七十四頁(yè) 穩(wěn)定核素 不穩(wěn)定 自發(fā)放出、或射線(shxin)變?yōu)榱硪环N元素 放射性核素獲得(hud)： Z83 用高能粒子轟擊穩(wěn)定核素的核質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同（核電荷數(shù)相同而相對(duì)原子質(zhì)量不同）的各種原子互為同位素。 pie 氕

4、 dao 氘 chuan 氚共七十四頁(yè)1913年玻爾提出了完善(wnshn)的原子結(jié)構(gòu)模型 -玻爾模型.3 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(hz)與電子在原子內(nèi)均勻分布 盧瑟福粒子散射試驗(yàn)1911年：盧瑟福模型：行星分布 古典電磁理論 原子的線狀光譜 共七十四頁(yè) 玻爾理論（玻爾模型）的要點(diǎn)：（1）原子中的電子沿著圓形軌道繞核運(yùn)行，各軌道有不同的能量狀態(tài)，叫做能級(jí)，各能級(jí)的能值都是確定的。正常情況下電子在能級(jí)最低的軌道上運(yùn)行，這時(shí)的原子狀態(tài)稱作基態(tài)。（2）原子從外界吸收一定能量時(shí)，電子就由最低能級(jí)跳到較高能級(jí)，這一過(guò)程稱作躍遷

5、，這時(shí)的原子狀態(tài)稱作激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，電子將再次(zi c)躍遷回較低能級(jí)： h=En-Em En、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。共七十四頁(yè)共七十四頁(yè)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(guò)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(txng)：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(guò)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(guò)程可以一次回到基態(tài)，也可以逐次回到基

6、態(tài)；* 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。共七十四頁(yè)1901年- W.K Rontgen (倫琴)德國(guó)-發(fā)現(xiàn)X射線 （物理）東尼1903年：安亨利貝克勒爾（法國(guó)）發(fā)現(xiàn)天然放射性；皮埃爾居里（法國(guó)）、瑪麗居里（波蘭(b ln)裔法國(guó)人）發(fā)現(xiàn)并研究放射性元素釙和鐳1904年：瑞利（英國(guó)）氣體密度的研究和發(fā)現(xiàn)氬1906年：約瑟夫湯姆生（英國(guó)）對(duì)氣體放電理論和實(shí)驗(yàn)研究作出重要貢獻(xiàn)并發(fā)現(xiàn)電子1908年E.盧瑟福（英國(guó)人）首先提出放射性元素的蛻變理論1911年

7、M.居里（法國(guó)人）發(fā)現(xiàn)鐳和釙因?qū)射線(shxin)、放射性物質(zhì)及應(yīng)用作出貢獻(xiàn)而獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家共七十四頁(yè)1914年- M.V Laue (勞厄)-發(fā)現(xiàn)晶體的X衍射衍射（物理）1915年-WH.WL.Bragg (布拉格) 用X射線分析晶體結(jié)構(gòu)（物理）1917年-C.G Barkla (巴克拉)-發(fā)現(xiàn)X射線對(duì)元素的特征發(fā)射（物理）1921年：阿爾伯特愛(ài)因斯坦（德國(guó)）他對(duì)數(shù)學(xué)物理學(xué)的成就，特別是光電效應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)1922年：尼爾斯亨利克大衛(wèi)玻爾（丹麥）關(guān)于原子結(jié)構(gòu)以及原子輻射的研究1924年-M.G Siegbahn (塞格巴恩)-（瑞典）研究X射線光譜學(xué)（物理）1925年：弗蘭克赫茲(hz)

8、（德國(guó)）發(fā)現(xiàn)原子和電子的碰撞規(guī)律1927年-A.H Compton (康普頓)-發(fā)現(xiàn)散射X射線的波長(zhǎng)變化（物理）1929年：路易維克多德布羅意（法國(guó)）發(fā)現(xiàn)電子的波動(dòng)性1935年：詹姆斯查德威克（英國(guó)）發(fā)現(xiàn)中子1936年-P.J.W Debye (德拜)-X射線偶極矩和衍射及氣體中的電子研究（化學(xué)）1946年-H.I Muller (馬勒) -X射線輻照引起變異（生理學(xué)或醫(yī)學(xué)）共七十四頁(yè)二 原子核（了解）原子核的構(gòu)成 原子核=質(zhì)子+中子(zhngz) rA1/3 核的密度是相同的2 原子核的質(zhì)量 * 原子核的質(zhì)量組成部分的質(zhì)量和;結(jié)合能把原子核中粒子結(jié)合在一起的吸引力有關(guān)(yugun)的負(fù)電位能

9、的質(zhì)量當(dāng)量。共七十四頁(yè)3 核的穩(wěn)定性 核力 斥力 核 力 核力的性質(zhì):核力與電荷無(wú)關(guān)，無(wú)論中子還是質(zhì)子 都受到核力的作用。 核力是短程力，只在相鄰原子核之間發(fā)生作用核力比庫(kù)侖力約大100 倍，是一種強(qiáng)相互作用力核力能促成(cchng)粒子的成對(duì)結(jié)合和對(duì)對(duì)結(jié)合共七十四頁(yè)核的穩(wěn)定性取決于質(zhì)子與中子數(shù)量的組合(zh) 對(duì)于小質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1 對(duì)于大質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1.6 不穩(wěn)定核素 放射性衰變4 衰變(shuibin) * 放射性原子核釋放出粒子的過(guò)程稱為衰變。 * 衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化： 粒子是氦的原子核（He) 核內(nèi)：2個(gè)質(zhì)子，2個(gè)中子 一次衰變：質(zhì)子數(shù)減少二個(gè)，中子數(shù)減少二個(gè)

10、，原子量減少4。* 粒子所形成的射線是一種電離輻射。共七十四頁(yè)5 衰變 * 放射性原子核釋放出粒子(lz)的過(guò)程稱為衰變。* 衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化： 粒子是電子, 一次衰變：質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，原子量不變。6 衰變(輻射) * 放射性原子核釋放出光子的過(guò)程稱為衰變(輻射)。衰變通常是在衰變和衰變過(guò)程中發(fā)生(fshng)的。并非每一個(gè)衰變和衰變都釋放光子。 射線的釋放不影響原子核的核子數(shù)，僅減少原子核的強(qiáng)度。 共七十四頁(yè)共七十四頁(yè) 第二節(jié) 射線(shxin)的種類和性質(zhì)一、 X射線和射線的本質(zhì)與性質(zhì)（理解）1 本質(zhì)： 電磁波* X射線、射線、可見(jiàn)光、無(wú)線電波、紅外線都是電磁波* X射線和射線

11、是波長(zhǎng)較短的電磁波；區(qū)別(qbi)在于波長(zhǎng)不同以及產(chǎn)生方法不同。共七十四頁(yè)2 波動(dòng)(bdng)關(guān)系：=C/ （波長(zhǎng)(bchng) A），C（光速），（頻率）3 波長(zhǎng)單位： 埃 A=10-8 cm ；納米 nm=10-7 cm. 4 X射線和射線性質(zhì)： （1）不可見(jiàn)，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），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)。共七十四頁(yè)X射線的產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)理：作加速運(yùn)動(dòng)(ji s yn dn)的

12、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。 連續(xù)譜 最短波長(zhǎng)與外加電壓有關(guān)X射線(shxin)譜 特征譜 波長(zhǎng)位置取決于靶材料 共七十四頁(yè)連續(xù)X射線（白色X射線，多色X射線） 1、軔致輻射：帶電粒子在加速或減速時(shí)必然伴隨著電磁輻射，當(dāng)帶電粒子與原子相碰撞（更確切地說(shuō)是與原子核的庫(kù)倫場(chǎng)相互作用）發(fā)生驟然減速時(shí)，由此伴隨產(chǎn)生的輻射 。 X射線產(chǎn)生的波譜呈連續(xù)分布。連續(xù)譜存在著一個(gè)最短波長(zhǎng)(bchng)min=12.4/V（）,連續(xù)譜中最大強(qiáng)度對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)IM=1.5 min 連續(xù)X射線的總強(qiáng)度IT=KiZiV2i變大 電子數(shù)增多

13、 I變大V變大 電子能量變大 短波成分射線增大 I變大Z越高 核庫(kù)侖場(chǎng)越強(qiáng) 軔致輻射作用越強(qiáng) I變大 共七十四頁(yè)2、 連續(xù)(linx)X射線譜及最短波長(zhǎng)：1.管電流變；2.管電壓變；3.濾波的影響； 4.Z的影響影響強(qiáng)度(qingd)的因素 U、Z、i共七十四頁(yè)3 、連續(xù)X射線的效率（轉(zhuǎn)換效率）： 連續(xù)X射線強(qiáng)度 KZiU2 * 計(jì)算公式 =- =KUZ * 電功率 iU * K值：K= 1.11.410-9 /v； K= 1.1-1.410-6 /Kv* 影響(yngxing)轉(zhuǎn)換效率的因素 K、 U、 Z * 例：Z=74；U=200；求 =1.410-6 74200=2% 共七十四頁(yè)（5

14、）X射線管采用金屬鎢作靶的原因：X射線管采用金屬鎢作靶的原因：Z=74較大，產(chǎn)生X射線的轉(zhuǎn)換效率高；鎢的熔點(diǎn)(rngdin)高，不易熱損；鎢的飽和蒸氣壓低，能夠使射線管保持高的真空度；鎢具有良好的導(dǎo)熱性。共七十四頁(yè)三 標(biāo)識(shí)X射線（特征(tzhng)X射線，線狀X射線，單色X射線）標(biāo)識(shí)X射線產(chǎn)生機(jī)理 VVK 標(biāo)識(shí)譜 VK 激發(fā)電壓 不同靶材VK各不相同共七十四頁(yè)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(chy)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。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)X射線強(qiáng)度少，能量

15、低，在工業(yè)射線檢測(cè)中不起作用。2 標(biāo)識(shí)譜特征1、每一譜線都有特定(tdng)的波長(zhǎng)，電子撞擊的物質(zhì)不同，這些特定(tdng)波長(zhǎng)的值也不同。2、特征譜可以分成若干系，每一系的譜線都有自己特定的結(jié)構(gòu)和激發(fā)電壓，只有電子的加速電壓超過(guò)激發(fā)電壓時(shí)，才能產(chǎn)生該系的特征譜線。共七十四頁(yè)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(b tn). （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射線五 射線（理解）1 產(chǎn)生原理(yunl) 射線是放射性同位素經(jīng)過(guò)或衰變后，在激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過(guò)渡的過(guò)程中從原子核內(nèi)發(fā)出的。* 放射性同位素產(chǎn)生或衰變之后，若仍處于高

16、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)發(fā)射射線。共七十四頁(yè)核內(nèi)能級(jí)之間的躍遷與核外電子躍遷相同點(diǎn)：放出光子， h=En-Em 不同點(diǎn)：核外電子躍遷h neV 核內(nèi)能級(jí)躍遷h nKeVn10MeV射線能量取決于放射性同位素種類，射線能譜為線狀譜，譜線只出現(xiàn)在特定波長(zhǎng)的若干點(diǎn)上。一種放射性同位素放出多種能量射線輻射能量的平均值 同位素的輻射能量放射性同位素輻射能量不會(huì)(b hu)衰減，不隨時(shí)間而改變 nKeV共七十四頁(yè)2 衰變規(guī)律與半衰期衰變定律：在一定(ydng)量的放射性元素中，雖然所有的核都有可能發(fā)生衰變，但各個(gè)核并不是同時(shí)衰變的，而是有先有后，在一定(ydn

17、g)的時(shí)間內(nèi)，存在確定的幾率。* 衰變規(guī)律： N=Noe-t式中：No-初始狀態(tài)的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）； N -t 時(shí)間后的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）； -衰變(shuibin)常數(shù)。 越大，物質(zhì)衰變(shuibin)的快* 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T 。共七十四頁(yè)* 半衰期公式(gngsh)的推導(dǎo)： N 1- = - = e-T No 2二邊取自然對(duì)數(shù)，Ln(1/2)=-T - Ln2=0.693所以： 0.693 T= - 例：Co60 T=5.3年=0.693/5.3年=0.130

18、/年* 半衰期的簡(jiǎn)便(jinbin)計(jì)算公式 N 1-=(-)t/T （t/T）即有多少個(gè)半衰期 No 2共七十四頁(yè)3 射線的能量 能量決定(judng)穿透力 * 穿透力取決于源的種類和性質(zhì)4 射線的強(qiáng)度 * 單位時(shí)間落到單位面積上的光子數(shù)盧瑟福1898年發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是帶正電的射線，極易吸收的，他稱之為射線；另一種帶負(fù)電的射線，有較強(qiáng)的穿透能力，他稱之為射線。1900年由法國(guó)科學(xué)家P.V.維拉德（Paul Ulrich Villard）發(fā)現(xiàn)，將含鐳的氯化鋇通過(guò)陰極射線，從照片記錄上看到輻射穿過(guò)0.2毫米的鉛箔，拉塞福稱這一貫穿力非常強(qiáng)的輻射為射線，共七十

19、四頁(yè)5 X射線和射線比較 （理解） * 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）都是電離輻射能對(duì)人和生物造成危害； *（5）穿過(guò)(chun u)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）能量不同：X-可控，可調(diào)，取決于管電壓； * -不可控，不可調(diào)，取決于源的性質(zhì)；*（3）強(qiáng)度不同：X-可控，可調(diào)，取決于U，i, Z； * -隨時(shí)間變化； *（4）波譜形式不同。共七十四頁(yè) 第三節(jié) 射線(shxin)與物質(zhì)的相互作用射線(shxin)強(qiáng)度減弱散射吸收射線與物質(zhì)的主要作用形式光電效應(yīng)瑞利散射 康普頓效

20、應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)共七十四頁(yè)一 瑞利散射和湯姆森散射 （了解）* 入射光子與原子碰撞,碰撞類型(lixng)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。* 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。共七十四頁(yè) 瑞利散射效應(yīng)示意圖瑞利散射特點(diǎn)散射過(guò)程(guchng)中束縛電子未脫離原子瑞利散射是相干散射的一種（散射線與入射線波長(zhǎng)相同）瑞利散射的概率與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射光子

21、能量有關(guān)Z2 隨能量增大急劇減小共七十四頁(yè)共七十四頁(yè)二 光電效應(yīng) （了解(lioji)） * 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； * h = 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 hEi 入射光子能量電子結(jié)合能 共七十四頁(yè)海因里希魯?shù)婪蚝掌潱℉einrich Rudolf Hertz，1857年（丁巳年）2月22日1894年（甲午年）1月1日），德國(guó)物理學(xué)家，于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在。并對(duì)電磁學(xué)有很

22、大的貢獻(xiàn)，故頻率的國(guó)際單位制單位赫茲以他的名字命名。赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)定律Ek=hv-w Ek是吸收光子而出射的電子的動(dòng)能 v是光波的頻率 h是普朗克常數(shù) W是被光照射的金屬的逸出功。阿爾伯特愛(ài)因斯坦（1879.3.14-1955.4.18）猶太裔物理學(xué)家。他于1879年出生于德國(guó)烏爾姆市的一個(gè)猶太人家庭（父母均為猶太人)，1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國(guó)籍(guj)。1905年，獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，愛(ài)因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)，同年，創(chuàng)立狹義相對(duì)論。1915年創(chuàng)立廣義相對(duì)論。1共七十四頁(yè)光電效應(yīng)示

23、意圖自由電子： 稱為光電子入射光子共七十四頁(yè)2 光子不能與自由電子相互作用，不能保持動(dòng)量守衡；3 光電效應(yīng)伴隨二次標(biāo)識(shí)(biozh)X射線和俄歇電子的發(fā)生； * 二次標(biāo)識(shí)X射線： 俄歇電子：二次標(biāo)識(shí)X射線俄歇電子：二次光電子共七十四頁(yè)共七十四頁(yè)共七十四頁(yè)共七十四頁(yè)4 光電效應(yīng)發(fā)生的幾率(j l)* Z5 1/h 即：與原子序數(shù)的5次方成正比，與入射光子能量h 成反比。5光電效應(yīng)可以在原子的任何一個(gè)殼層發(fā)生。共七十四頁(yè)三 康普頓效應(yīng)（散射） （了解） * 康普頓發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)增長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)方向改變現(xiàn)象(xinxing)* 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(zhǎng)變長(zhǎng)）并

24、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)：=-。* 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(shn xi)的是散射光子的能量。2 =0.0242(1-COS) 與入射光子能量無(wú)關(guān)與有關(guān)共七十四頁(yè)3 與散射角關(guān)系：=0 =0 無(wú)散射線=180 =20.0242 背散射！=90 =0.02424 Z越大，康普頓效應(yīng)(xioyng)（散射）的幾率越大；入射光子的能量越大，幾率越小。入射光子散射光子反沖電子外層電子或自由電子康普頓效應(yīng)示意圖共七十四頁(yè)吳有訓(xùn)（1897.4.26-197

25、7.11.30），字正之，江西高安(o n)人，聞名世界的物理學(xué)家中國(guó)近代物理學(xué)奠基人，科學(xué)家，教育家。中國(guó)科協(xié)副主席、中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、研究員。吳有訓(xùn)在物理學(xué)領(lǐng)域中的重要成就是：在參與康普頓的X射線散射研究的開(kāi)創(chuàng)工作時(shí)，他以精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)(jsh)和卓越的理論分析，驗(yàn)證了康普頓效應(yīng)。共七十四頁(yè)四 電子對(duì)效應(yīng)(xioyng) 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)。入射光子能量=電子對(duì)靜止質(zhì)量+動(dòng)能* 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

26、能量越大，產(chǎn)生電子對(duì)的可能性越大。e+eKLM電子對(duì)效應(yīng)示意圖共七十四頁(yè) 趙忠堯，男，（1902年6月27日1998年5月28日），浙江諸暨人。中科院院士、核物理學(xué)家，中國(guó)核物理研究的開(kāi)拓者，中國(guó)核事業(yè)的先驅(qū)之一，南京大學(xué)杰出校友。1930年最先觀察到射線通過(guò)重物質(zhì)(wzh)時(shí)的反常吸收和特殊輻射，這是正負(fù)電子對(duì)的產(chǎn)生和湮滅過(guò)程的最早實(shí)驗(yàn)證據(jù)。1936年，為了表彰正電子的發(fā)現(xiàn)這一重要成就，瑞典皇家科學(xué)院把諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了1932年在云霧室中觀測(cè)到正電子徑跡的安德遜，而不是1930年首先發(fā)現(xiàn)了正負(fù)電子湮滅的趙忠堯。共七十四頁(yè)五、各種( zhn)相互作用發(fā)生的相對(duì)幾率各種( zhn)效應(yīng)幾率低

27、能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)中等能量和原子序數(shù)低的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)高能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)共七十四頁(yè)五、各種效應(yīng)相互作用發(fā)生(fshng)的相對(duì)幾率常見(jiàn)材料(cilio)鐵的各種效應(yīng)發(fā)生幾率10KeV：光電效應(yīng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)100KeV：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)各占50%1MeV：康普頓效應(yīng)發(fā)生幾率最大10MeV：康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)各占50%10K 100K 1M共七十四頁(yè)各種效應(yīng)的發(fā)生對(duì)射線檢測(cè)(jin c)照相底片質(zhì)量的影響提高照相(zho xing)對(duì)比降低照相對(duì)比度：康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)1MeV左右能量射線照相，其對(duì)比度往往不如較低能量或較高能量的

28、射線照相，這些都是康普頓效應(yīng)的影響造成的。這是一種成像質(zhì)量較差的放射源共七十四頁(yè)射線的衰減：由于物質(zhì)對(duì)光子的吸收和散射，使得穿過(guò)物質(zhì)的射線強(qiáng)度低于入射線強(qiáng)度，這種現(xiàn)象(xinxing)稱為射線衰減。初始X射線強(qiáng)度Io熱能熒光X射線穿透X射線強(qiáng)度IIoe-T電子散射X射線相干的不相干的光電子反沖電子俄歇電子X(jué) 射線與物質(zhì)相互作用示意圖T一次射線共七十四頁(yè)六窄束、單色射線(shxin)的強(qiáng)度衰減規(guī)律（理解）透射(tu sh)射線和散射線： 穿過(guò)物質(zhì)后射線通常由兩部分組成:一部份是未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子,其能量和方向均未發(fā)生變化,稱為透射射線(又稱一次射線);另一部份是發(fā)生過(guò)一次或多次康普頓效應(yīng)

29、的光子,其能量和方向都發(fā)生了改變,稱為散射線。 射線分類(按能量)單色射線：指由單一波長(zhǎng)的電磁波組成的射線，即只含有一種能量的光子，又稱單能輻射。是線狀譜。如CO60放射的射線就是線狀光譜。連續(xù)譜射線：指包含連續(xù)分布能量的射線，即含有不同能量的光子，或者說(shuō)，包含一段波長(zhǎng)范圍。是一個(gè)連續(xù)譜。例如；通常的 X 射線就是連續(xù)譜射線。1、單色射線和連續(xù)譜射線共七十四頁(yè)2、窄束射線(shxin)和寬束射線(shxin)窄束射線(shxin)：不包括散射線成分在內(nèi)的射線束，又稱透射射線。即通過(guò)物質(zhì)后的射線束，僅由未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子組成。寬束射線：是包含了散射線成分在內(nèi)的射線束，它既含有未與物質(zhì)發(fā)生

30、相互作用的一次透射線，又含有與物質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的散射線。吸收體源鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器探測(cè)器T獲得窄束輻射的裝置示意圖射線分類(考慮散射線)共七十四頁(yè)六、單色窄束射線衰減(shui jin)規(guī)律衰減(shui jin)公式：線衰變系數(shù)：是一個(gè)重要的系數(shù)，其表示入射光子通過(guò)單位厚度的物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)平均發(fā)生各種相互作用的可能性。 I = Io e -T 共七十四頁(yè)線衰減系數(shù)： 線衰減系數(shù)與射線光子的能量，物質(zhì)的原子序數(shù)和密度有關(guān)。大致存在以下(yxi)關(guān)系：質(zhì)量(zhling)衰減系數(shù)m： 對(duì)于同一種物質(zhì)，射線能量不同時(shí)衰減系數(shù)不同。對(duì)于同一能量的射線，通過(guò)不同物質(zhì)時(shí)，其線衰減系數(shù)也不同。=光電+

31、康普頓+電子對(duì) m = / /= K Z 33 共七十四頁(yè)半價(jià)層(半值層)：指入射射線的強(qiáng)度(qingd)減少一半時(shí)穿過(guò)的吸收物質(zhì)厚度。（或指使入射射線的強(qiáng)度(qingd)減弱到其值的二分之一時(shí)，穿過(guò)的物質(zhì)厚度），記為Th。 I=Io e -d 1/2=I / Io = e -Th Th = Ln2 / = 0.693 / 共七十四頁(yè)【例】 1 已知某窄束單能射線穿過(guò)20mm的鋼后，強(qiáng)度(qingd)減弱到原來(lái)的20，求該射線在鋼中的線衰減系數(shù)。解1：已知：I / I0 = 0.20，T = 2 cm， 線衰減系數(shù)表示入射光子在物體中，穿透單位距離時(shí)(例如1cm)，平均發(fā)生(fshng)各種相

32、互作用的可能性。 由公式： II0 eT I / I0 eT e20.2兩邊取自然對(duì)數(shù): ln e2 ln0.2 2 ln0.2 故：1/2ln0.20.80 (cm1) 答：- 。共七十四頁(yè)【例】2 已知某窄束單能射線(shxin)穿過(guò)20mm的鋼后，強(qiáng)度減弱到原來(lái)的20，求該射線在鋼中的線衰減系數(shù)。解2：設(shè)射線穿過(guò)n個(gè)半價(jià)層后，強(qiáng)度(qingd)衰減到原來(lái)的20%，則有： 即 20mm（2 cm ）鋼，相當(dāng)于2 .32個(gè)半價(jià)層， 則：半價(jià)層Th厚度為0.86 cm 。 由公式： Th = 0.693 / ，得 0.693 / Th0.80 (cm1) 答：- 共七十四頁(yè)七 寬束多色射線(s

33、hxin)的強(qiáng)度衰變規(guī)律（了解） 工業(yè)射線檢驗(yàn)(jinyn)中應(yīng)用的不可能是單色窄束射線,而是包含著散射線成分在內(nèi)的多色寬束射線。 具有連續(xù)波長(zhǎng)射線(如X射線)也稱為白色射線。 多色寬束射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，不同能量的射線衰減程度各不相同，因此，窄束單色射線衰減規(guī)律公式將不適應(yīng)。1、散射線和散射比散射線成分熒光X射線 能量很低，容易被吸收光電子反沖電子俄歇電子散射光子(散射X射線)很易被物質(zhì)本身或空氣吸收，一般不會(huì)對(duì)照相的質(zhì)量構(gòu)成影響。照相的質(zhì)量主要影響源共七十四頁(yè)1、散射線(shxin)和散射比寬束射線(shxin)的強(qiáng)度：散射比： 散射比n的大小與射線能量，穿透物質(zhì)種類，穿透厚度等諸多因素有關(guān)。2、平均衰減系數(shù) ：n = Is / Ip 共七十四頁(yè)3、寬束多色射線強(qiáng)度(qingd)衰減規(guī)律 ： I（寬束）= Is（散射線(shxin)）+ Ip（窄束）= n Ip + Ip =（1+n）Ip =（1+n）Ioe -T共七十四頁(yè)工件(gngjin)源探測(cè)器Tn Ip + Ip =（1+n）Ip =（1+n）Ioe -T 共七十四頁(yè) 第四節(jié) 射線(shxin)照相法的原理與特點(diǎn)射線照相法原理 （掌握） * 底片圖像構(gòu)成的二個(gè)基本因數(shù)(ynsh)：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一 強(qiáng)度衰減原理 I0入射強(qiáng)度I0入射