射線檢測理論

射線檢測理論第一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第一章射線檢測的物理基礎主要內(nèi)容：

學習原子和原子核結(jié)構(gòu)理論

-----了解射線產(chǎn)生的機理

射線的本質(zhì)與性質(zhì)

射線與物質(zhì)的相互作用

射線照相法的原理與特點第二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第一節(jié)原子與原子結(jié)構(gòu)

主要內(nèi)容：

元素與原子

原子核

元素及元素周期律

放射性衰變第三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日一、元素與原子1、元素是具有相同質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))的同一類原子的總稱。元素又稱化學元素，指自然界中一百多種基本的金屬和非金屬物質(zhì)。一些常見元素的例子有氫，氮和碳。到目前為止，總共有118種元素被發(fā)現(xiàn)，其中94種是天然存在的，人工制造的有10多種。第四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、原子的概念:

定義：是元素的具體存在，是體現(xiàn)元素性質(zhì)的最小微粒，由原子核和核外電子構(gòu)成。在化學反應中，原子的種類和性質(zhì)不發(fā)生變化。3、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；電子在一定軌道上繞核運動。原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。第五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

質(zhì)量：幾乎集中在原子核內(nèi)，核的密度非常大！如果：把核集中在的體積內(nèi)，那么：這的體積內(nèi)核的總重量為噸?。ㄒ蝗f萬噸?。?/p>

大?。涸影霃絚m數(shù)量級。原子核半徑cm數(shù)量級。如果：核的半徑為1mm

電子------------------------------（約100米）倍第六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

電荷：原子核帶正電；電子帶負電；原子為中性。

構(gòu)成：原子核（質(zhì)子+中子）+電子

數(shù)量關系：原子量=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+33Ir192192=77+115Se7575=34+41第七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日4、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：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年玻爾提出了比較完善的原子結(jié)構(gòu)模型

---玻爾模型.第八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日玻爾理論（玻爾模型）的要點：（1）原子中的電子沿著圓形軌道繞核運行，各條軌道有不同的能量狀態(tài)，叫做能級，各能級的能量都是確定的。原子的能級是不連續(xù)的，E1、E2、E3.....En。正常情況下電子總是在能級最低的規(guī)道上運行，這時的原子狀態(tài)稱為基態(tài)。（2）原子從一個能量為En的能級躍遷到Em能級時，它發(fā)射（或吸收）單色的輻射，其頻率υ決定于下列關系式（稱為玻爾頻率條件）：hυ=En-EmEn、Em分別為較高、較低能級的能量值。第九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日5、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)；第十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

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。第十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日KLMNe-高能級低能級第十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日二原子核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cm第十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日5、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；采用人工的方法，以中子或質(zhì)子作為炮彈轟擊原子核，從而改變核內(nèi)質(zhì)子或中子的數(shù)目，便可以制造出新的核素，也可以使穩(wěn)定的核變?yōu)椴环€(wěn)定的核。7、核的能量原子核的能量也是呈不連續(xù)的分布，也存在低能級、高能級、基態(tài)、激發(fā)態(tài)等第十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日8、核內(nèi)的幾種作用力庫侖力：帶正電的質(zhì)子存在庫侖斥力。核力：與庫侖力相比是非常強大的力，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

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+一對中子第十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日三、元素及元素周期律1、元素的概念（1）定義：是具有相同質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))的同一類原子的總稱。例如：所有1個核電荷數(shù)的原子稱為氫元素，所有8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)。第十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日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。如：氫元素有三種原子：同位素分穩(wěn)定的和不穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的同位素稱為放射性同位素。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。第十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日四放射性衰變放射性同位素自發(fā)蛻變，變成另外一種核素，同時放出各種射線的現(xiàn)象。放射性衰變有多種形式，主要有：

α衰變

β衰變

γ衰變第十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日1、α衰變放射性原子核釋放出α粒子的過程稱為α衰變。

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2個，中子數(shù)減少2個，原子量減少4。

α粒子所形成的α射線是一種電離輻射。第十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、β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,一次β衰變：質(zhì)子數(shù)增加一個，原子量不變。例如：第二十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、γ衰變(輻射)

放射性原子核釋放出γ光子的過程稱為γ衰變(輻射)。－－電磁輻射。

γ衰變總是伴隨著α衰變和β衰變而發(fā)生。母核經(jīng)α衰變或β衰變得到的子核處于激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的核是不穩(wěn)定的，它要通過γ衰變過渡到穩(wěn)定狀態(tài)。所以，γ射線是原子核由高能級躍遷到低能級而產(chǎn)生的。

γ射線的釋放不影響原子核的核子數(shù)，衰變前后核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不發(fā)生改變。并非每一個α衰變和β衰變都釋放γ光子。第二十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第二節(jié)射線的種類和性質(zhì)一、X射線和γ射線的本質(zhì)與性質(zhì)1、本質(zhì)：電磁波

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。

無線電波紅外線可見光紫外線X射線宇宙射線

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γ射線第二十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、波動關系：λ=C/υλ（波長?），C（光速C=3×M），υ（頻率）3、波長單位：埃?，納米nm

1?=mm；

1nm=mm；

1nm=10?第二十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日4、X射線和γ射線的（共同）性質(zhì)：

（1）在真空中以光速直線傳播；（2）不帶電，不受電場和磁場的影響；（3）具有某些光學特性：產(chǎn)生漫反射（一般不會產(chǎn)生鏡面反射），折射（折射系數(shù)近似1）；（4）能夠產(chǎn)生干涉和衍射（在鋁合金和不銹鋼中產(chǎn)生衍生斑紋）；（5）不可見，具有極大的能量，能穿透可見光不能穿透的物體；（6）在穿透物質(zhì)的過程中，會與物質(zhì)發(fā)生復雜的物理和化學作用，例如：電離作用、熒光作用、熱作用及光化學作用。（7）能殺傷生物細胞，破壞生物組織，具有輻射生物效應。第二十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日★射線照相應用了射線的那些性質(zhì)？

（1）在真空中以光速直線傳播；（2）不帶電，不受電場和磁場的影響；（3）不可見，具有極大的能量，能穿透可見光不能穿透的物體；（4）在穿透物質(zhì)的過程中，會與物質(zhì)發(fā)生復雜的物理和化學作用，例如：電離作用、熒光作用、熱作用及光化學作用。

第二十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日二、X射線的產(chǎn)生

1895年倫琴（）研究陰極射線管時，發(fā)現(xiàn)一種有穿透力的肉眼看不見的射線。由于它的本質(zhì)在當時是一個"未知數(shù)"，故稱之為X射線。這一偉大發(fā)現(xiàn)當即在醫(yī)學上獲得非凡的應用——X射線透視技術(shù)。1912年勞埃(M.VonLaue）以晶體為光柵，發(fā)現(xiàn)了晶體的X射線衍射現(xiàn)象，確定了X射線的電磁波性質(zhì)。此后，X射線的研究在科學技術(shù)上給晶體學及其相關學科帶來突破性的飛躍發(fā)展。由于X射線的重大意義和價值，所以人們又以它的發(fā)現(xiàn)者的名字為其命名，稱之為倫琴射線。第二十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第二十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

陰極電子束陽極靶X射線X射線管結(jié)構(gòu)原理圖外殼高電壓（KV）+-陰極燈絲低壓第二十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第二十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日1、連續(xù)譜的產(chǎn)生機理及特點

根據(jù)經(jīng)典電動力學理論，帶電粒子作加速或減速運動時，必然產(chǎn)生電磁輻射，當高速運動的電子與原子碰撞時，與原子核外庫侖場作用，而產(chǎn)生的電磁輻射，稱為韌致輻射。波長λ相對強度I第三十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

在射線管中，當燈絲加熱后將發(fā)射電子，這些電子在射線管上施加的高壓作用下，高速飛向陽極，到達陽極時具有的動能為

如果電子在一次撞擊過程損失了它全部的動能，那么從能量守恒定律來看，產(chǎn)生的軔致輻射的光子的最短波長和加速電壓之間應有下述關系

第三十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

其中：V：管電壓，單位：kV

：最短波長，單位：?

第三十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

X射線連續(xù)譜中的最短波長只依賴于管電壓V而與靶材料無關。

連續(xù)譜中最大強度對應的波長與最短波長之間近似有下述關系

在實際檢測中，以最大強度波長為中心的鄰近波段的射線起主要作用。

第三十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日連續(xù)譜分布的特點可以如下理解。在一定加速電壓下獲得一定能量的大量電子，在靶面上的減速過程將是各種各樣的。不同的減速過程發(fā)生的可能性不同，極少量的電子在一次或很少次數(shù)的撞擊過程損失了全部能量，多數(shù)電子需經(jīng)過多次撞擊過程逐漸損失掉全部能量，因此，輻射的光子能量將是各種各樣，這樣就形成了連續(xù)譜輻射。稱白色射線第三十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日對于射線管，其發(fā)出的連續(xù)譜射線的總強度I為連續(xù)波譜曲線下包含的面積表示，即：

實踐證明，存在如下關系：式中：i——管電流，mA；

Z——靶物質(zhì)的原子序數(shù)；

V——管電壓，kV；

——比例系數(shù)（約為）第三十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日給出了連續(xù)X射線譜的強度與管電壓、管電流和靶物質(zhì)原子序數(shù)關系的基本特點。第三十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

X射線的轉(zhuǎn)換效率η

在射線管中，連續(xù)譜射線的轉(zhuǎn)換效率η是連續(xù)譜射線的總強度I與射線管輸入功率—管電流與管電壓的乘積之比，顯然它等于：可見，為了得到較高的轉(zhuǎn)換效率，應采用原子序數(shù)高的靶物質(zhì)材料。在較低的管電壓下，不可能得到較高的轉(zhuǎn)換效率，也就是大部分的電子能量轉(zhuǎn)換成了熱量。第三十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

X射線的產(chǎn)生效率與管電壓和靶材料原子序數(shù)成正比。管電壓的高壓波形越接近恒壓，X射線的產(chǎn)生效率越高。例：鎢靶Z=74；V=200；求ηη=1.4×10-6×74×200=2%

高能X射線的產(chǎn)生效率很高，如4MeV高能射線加速器的轉(zhuǎn)換效率約為36％第三十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日由于輸入的能量絕大部分轉(zhuǎn)換為熱能，所以，X射線管必須有良好的冷卻裝置，以保證陽極不會被燒壞。第三十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日X射線連續(xù)譜的產(chǎn)生機理：

X射線連續(xù)譜是韌致輻射產(chǎn)生的。是高速運動的帶電粒子在與靶材料原子碰撞的過程中產(chǎn)生的電磁輻射。連續(xù)譜中存在各種波長的X射線，而且存在一個最短波長第四十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、標識X射線的產(chǎn)生和特點當X射線管所加的電壓超過某一臨界值VK時，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)原子向低能級躍遷的過程中釋放能量發(fā)射光子（輻射）。把這種標識靶材料特征的波譜稱為標識譜。第四十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日VK稱為激發(fā)電壓，不同靶材料的激發(fā)電壓不同。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；

產(chǎn)生標識X射線的條件：

管電壓>VK

標識譜（光子）的能量：hμ=En-Em第四十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日標識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...第四十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日特征譜線產(chǎn)生示意圖第四十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日標識X射線的產(chǎn)生機理：

處于激發(fā)態(tài)的原子在向穩(wěn)定態(tài)（低能級）躍遷的過程中要釋放能量，該能量以一個光子的形式向外輻射，此即標識X射線?；蛘哒f，X射線的標識譜是原子能級之間的躍遷而產(chǎn)生的。標識X射線是線狀譜，而不是連續(xù)譜。光子能量：幾eV~幾千eV第四十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日連續(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，標識X射線的強度只占X射線強度的極少一部分，能量也很低，所以，在工業(yè)射線檢測中，標識X射線不起作用。第四十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、γ射線的產(chǎn)生及特點放射性同位素產(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)），這時發(fā)射γ射線。不同的原子核具有不同的能級結(jié)構(gòu)，所以，不同的放射性元素輻射的射線具有不同的能量，其射線為線狀譜。射線也是波長很短的電磁波，在本質(zhì)上與X射線相同。

第四十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日放射性原子核的衰變過程是自發(fā)進行的，但衰變過程遵循一定的統(tǒng)計規(guī)律。式中N0——初始時刻（t=0）放射性物質(zhì)未發(fā)生衰變的原子核的數(shù)量；

N——t時刻放射性物質(zhì)尚未發(fā)生衰變的原子核的數(shù)量；

t——經(jīng)過的衰變時間；

——衰變常數(shù)，單位時間內(nèi)原子核發(fā)生衰變的幾率。第四十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

*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,。*γ射線是原子核能級之間的躍遷產(chǎn)生的。經(jīng)常采用半衰期描述放射性衰變的快慢，半衰期表示放射性原子核數(shù)目因衰變減少至原來數(shù)目一半時所需的時間，通常采用符號T1/2表示半衰期。按照半衰期的定義，當t=T1/2時，放射性原子核的數(shù)目應減少至開始時數(shù)目的一半，即第四十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日兩邊取自然對數(shù)，由于 ln2=0.693 最后得到

放射性元素衰變的方式和速率是由原子核本身決定，與原子核所處的物理狀態(tài)或化學狀態(tài)無關，外界條件（如溫度、壓力等）也不能改變它的衰變方式和速率。下圖是60Co和137Cs的衰變方式。從圖中可見，60Co的衰變過程是，先經(jīng)過一次衰變，然后再經(jīng)過二次衰變，變?yōu)榉€(wěn)定的60Ni。137Cs的衰變過程則有兩種，一種是只經(jīng)過一次衰變就變?yōu)榉€(wěn)定的137Ba，另一種是先經(jīng)過一次衰變后再經(jīng)過一次衰變變?yōu)榉€(wěn)定的137Ba。不同放射性元素的半衰期差別很大，例如，放射性元素60Co的半衰期為5.3年，而放射性元素192Ir的半衰期僅為74天。這些都是它們固有的，不能通過某些方法、手段加以控制或改變。第五十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第五十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日γ射線的產(chǎn)生機理：

γ射線是放射性同位素經(jīng)過α衰變或β衰變后，在激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過渡的過程中從原子核內(nèi)發(fā)出的，這一過程成為γ衰變，或γ躍遷。

γ射線是原子核由高能級躍遷到低能級而產(chǎn)生的。與x射線標識譜的產(chǎn)生機理相似，不同的是，x射線標識譜是原子的核外電子能級（原子能級）之間的躍遷，光子能量：幾eV~幾千eV，而γ射線光子能量：幾千eV~MeV第五十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日X射線和γ射線的相同點：（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.第五十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日X射線和γ射線的不同點（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；

γ--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；

γ--隨時間變化；（4）波譜形式不同。

第五十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日射線的能量與強度能量與強度是一種力和量的量度，能量是力量的質(zhì)的體現(xiàn)；強度是力量的量的體現(xiàn)。例：100kg的人壓斷一塊木板；10kg的人壓不斷一塊木板，但是，10個10kg的人同樣壓斷一塊木板。100kg和10kg是人的質(zhì)的體現(xiàn)，相當于能量的概念；1x100kg和10x10kg相當于強度的概念。第五十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日射線對物質(zhì)的穿透能力，能量或者說是線質(zhì)起主要作用；底片黑度，在能量不變的情況下，強度起主要作用；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)，因此透澈的理解能量與強度概念，是十分重要的。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)；hυ

能量的單位：eV/MeV或爾格

爾格。第五十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

X射線（光子）能量的表達與計算

E=hυ=hc/λ=12.4/λ

或者λ=12.4/E（與λmin=12.4/V有本質(zhì)區(qū)別）這里：E的單位：KeV;λ的單位：?

第五十七頁，共一百零八頁，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:0.66MeV*192Ir: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第五十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日當量能：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。如何確定220KV射線的能量：先求:λmin=12.4/V=0.05636(?)再求:最短波長所對應的射線能量

Emax=hυ/λmin=0.220(MeV)即：220kv管電壓產(chǎn)生的X射線光子最大能量0.22MeV=220KeV。第五十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日*例：CO60:1.25MeV137Cs:0.66MeV192Ir:0.35MeV220KV管壓發(fā)射的X射線（0.22MeV）；

250KV管壓發(fā)射的X射線（0.25MeV）；

300KV管壓發(fā)射的X射線（0.3MeV）；工業(yè)電子回旋加速器所產(chǎn)生的射線能量的大小4MeV、5MeV、6MeV、7.5MeV、10MeV最大能量4MeV5MeV6MeV7.5MeV10MeV最大穿透150mm200mm250mm300mm350mm第六十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、強度

X射線強度：單位時間內(nèi)，通過垂直于X射線傳播方向的單位面積的X射線總能量，以J/cm2·s為單位。線狀譜：

連續(xù)譜的射線總強度：

射線對膠片的感光取決于它的強度。

強度分絕對強度和相對強度。強度的量度常用相對強度，相對強度無量綱。第六十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日

γ射線的強度：

γ射線的強度有二個不同的概念放射強度：（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。單位：居里Ci

比活度：每克放射性物質(zhì)的放射強度稱為比活度。單位：Ci/g居里/克。

同樣放射強度的源，比活度大的源體積小，照射焦點小。第六十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第三節(jié)射線與物質(zhì)的相互作用當射線、射線射入物體后，將與物質(zhì)發(fā)生復雜的相互作用。這些作用從本質(zhì)上說是光子與物質(zhì)原子的相互作用，包括光子與原子、原子的電子及自由電子、原子核的相互作用。其中主要的作用是：光電效應、康普頓效應、電子對效應和瑞利散射。由于這些相互作用，一部分射線被物質(zhì)吸收，一部分射線被散射，使得穿透物質(zhì)的射線強度減弱。第六十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日1、光電效應射線在物質(zhì)中傳播時，如果入射光子的能量大于軌道電子與原子核的結(jié)合能，入射光子與原子的軌道電子相互作用，把全部能量傳遞給這個軌道電子，獲得能量的電子克服原子核的束縛成為自由電子，入射光子消失，這種作用過程稱為光電效應。在光電效應中，釋放的自由電子稱為光電子。第六十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第六十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日發(fā)生光電效應時，處于激發(fā)態(tài)的原子退激的過程有兩種：一種是外層電子向內(nèi)層躍遷，來填補空缺，使原子回到低能穩(wěn)定狀態(tài)，伴隨著發(fā)射標識X射線（又稱次級X射線、熒光X射線）另一過程是原子的激發(fā)能也可能交給外殼層電子，使它從原子中發(fā)射出來，這種電子稱為俄歇電子。第六十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日光電效應的特征：（1）光子的全部能量被原子吸收；

hυ=Ee+Ei入射光子能量=電子動能+電子結(jié)合能產(chǎn)生光電效應的條件：hυ>Ei（2）光子不能與自由電子相互作用；（3）光電效應伴隨二次標識X射線和俄歇電子的發(fā)生；（4）光電效應發(fā)生的幾率τ可以理論計算（5）光電效應可以在原子的任何一個殼層(不包括最外層)發(fā)生。第六十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日2、康普頓效應

康普頓效應由美國物理學家康普頓首先發(fā)現(xiàn)，我國物理學家吳有訓在證實這種現(xiàn)象和其規(guī)律性的研究方面作出了重要的貢獻。入射光子與受原子核束縛較小的外層軌道電子或自由電子發(fā)生的相互作用稱為康普頓效應，也常稱為康普頓散射。

第六十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日在這種相互作用過程中，入射光子與原子外層軌道電子碰撞之后，它的一部分能量傳遞給電子，使電子從原子的電子軌道飛出，這種電子稱為反沖電子，同時，入射光子的能量減少，成為散射光子，并偏離了入射光子的傳播方向。反沖電子和散射光子的方向都相關于入射光子的能量，隨著入射光子能量的增加，反沖電子和散射光子的偏離角都減少。第六十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日康普頓效應（散射）的特征：（1）產(chǎn)生康普頓效應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。（2）Z越大，康普頓效應（散射）的幾率越大；入射光子的能量越大，幾率越小。（3）由工件產(chǎn)生的大量散射線都落到膠片上，前屏除了增感效應外，另一個重要效應就是吸收效應―――吸收波長較長的散射線。第七十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日3、電子對效應

能量高于1.02MeV的光子入射到物質(zhì)中時，與物質(zhì)的原子核或電子發(fā)生相互作用，光子放出全部能量，轉(zhuǎn)化為一對正、負電子，這就是電子對效應。在電子對效應中，入射光子消失，產(chǎn)生的正、負電子對在不同方向飛出，其方向與入射光子的能量相關。第七十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日電子對效應只能發(fā)生在入射光子的能量不小于1.02MeV時，這是因為電子的靜止質(zhì)量相當于0.51MeV能量，一對電子的靜止質(zhì)量相當于1.02MeV的能量，從能量守恒定律，顯然，只有入射光子的能量不小于1.02MeV時才可能轉(zhuǎn)化為一對正、負電子，多余的能量將轉(zhuǎn)換為電子的動能。入射光子與原子的電子發(fā)生作用也可以產(chǎn)生電子對效應，但其發(fā)生的可能性遠小于入射光子與原子核相互作用過程，并且，入射光子的能量應不小于2.04MeV。第七十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日電子對效應發(fā)生的可能性與物質(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，因此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。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；正電子很容易和金屬材料中的自由電子結(jié)合，形成兩個新的光子而消失，這種現(xiàn)象叫湮滅。第七十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日4、瑞利散射瑞利散射是入射光子與原子內(nèi)層軌道電子作用的散射過程。在這個過程中，一個束縛電子吸收入射光子后躍遷到高能級，隨即又釋放一個能量約等于入射光子能量的散射光子，光子能量的損失可以不計。簡單地說，也可以認為這是光子與原子發(fā)生的彈性碰撞過程。瑞利散射發(fā)生的可能性與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射光子的能量相關，與原子序數(shù)的平方近似成正比，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。在入射光子能量較低（例如0.5～200keV）必須注意瑞利散射。第七十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日5、各種相互作用發(fā)生的相對幾率第七十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日鐵中各種效應發(fā)生的幾率與入射光子能量的關系1251251251251σPH光電效應σR瑞利散射σC康普頓散射σp電子對效應020406080100(%)發(fā)生幾率光子能量MeV×0.01×0.1×1×10×100第七十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日幾種效應與物質(zhì)原子序數(shù)的關系：光電效應、康普頓效應、電子對效應和瑞利散射發(fā)生的幾率均隨著原子序數(shù)的增大而增大。幾種效應與入射光子能量的關系：

光電效應：當光子能量在10keV時，占絕對優(yōu)勢，隨著隨著光子能量的增大而減小。

康普頓效應：當光子能量在1MeV時，占絕對優(yōu)勢；在1MeV以下，隨著光子能量的增大而增大；在1MeV以上，隨著光子能量的增大而減小。第七十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日電子對效應：在高能區(qū)，尤其是光子能量在10MeV以上占絕對優(yōu)勢；隨著光子能量的增大而增大。瑞利散射：發(fā)生在0.1MeV附近區(qū)域，發(fā)生的幾率最大不超過10％，并隨光子能量的增大而急劇減小。第七十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日射線與物質(zhì)相互作用示意圖初始X射線I0熱能透射線熒光X射線電子散射線反充電子俄歇電子光電子正、負電子熒光X射線又稱標識X射線或次級X射線T第七十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日6、單色窄束射線衰減規(guī)律探測器KT源鉛準直器鉛準直器吸收體獲得窄束輻射的裝置示意圖第八十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日窄束：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單色窄束射線的衰減規(guī)律：式中:I0——入射射線強度；I——透射射線強度；T——吸收體厚度（cm）；

μ——線衰減系數(shù)。第八十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日線衰減系數(shù)μ：當T=1μ=Ln(Io/I)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，康普頓效應，電子對效應和瑞利散射是造成射線衰減的主要原因，所以線衰減系數(shù)包含四個效應的作用。因此：μ=μ光電+μ康普頓+μ電子對＋μ瑞利第八十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日質(zhì)量衰減系數(shù)

μm=μ/ρ

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α乘積的總和：μ/ρ=（μ1/ρ1）α1+（μ2/ρ2

）α2+....…第八十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日對于常用的能量和常見的物質(zhì)，實驗研究證實如下關系：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，半衰減層等），記為T1/2。第八十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日T1/2的簡便算法（計算有n個半值層公式）第八十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日影響半值層T1/2的因素:能量愈大（λ愈?。胫祵佑?；穿透物質(zhì)的原子序數(shù)Z越大，半值層越??；穿透物質(zhì)的密度越大，半值層越小；*針對某一被穿透物質(zhì)，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)。第八十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日7、寬束多色射線的強度衰減規(guī)律

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。散射線與散射比：對寬束射線，一次透射射線IP

和散射線IS同時到達探測器，設到達探測器的射線總強度為

I，則I=IP+IS=IP（1+IS/IP）=IP（1+n）

n＝IS/IP散射比

Ip：透射線強度，Is：散射線強度第八十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日實驗證明n>1,甚至n》1，說明散射線非常嚴重！一般來說，厚工件的散射線要大于薄工件的散射線，這也是為什么厚工件照射底片灰霧度大的原因。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；鉛托板…第八十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日窄束多色射線的強度衰減規(guī)律線質(zhì)硬化

:多色射線穿透物質(zhì)時，能量較低的射線（軟射線）衰減較多，而能量較高的射線（硬射線）衰減較少，這樣，透射射線的平均能量高于初始射線的平均能量，此過程被稱為射線穿透物質(zhì)過程的線質(zhì)硬化。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。

第八十九頁，共一百零八頁，2022年，8月28日通過加濾板的方法，濾去軟射線部分使連續(xù)X射線的λ和μ趨于常數(shù)，這一過程稱為線質(zhì)硬化或連續(xù)X射線均勻化。

隨著穿透厚度的增加，線質(zhì)逐漸變硬，平均衰減系數(shù)逐漸減小，而平均半價層逐漸增大。第九十頁，共一百零八頁，2022年，8月28日寬束多色射線的強度衰減規(guī)律第九十一頁，共一百零八頁，2022年，8月28日第四節(jié)射線照相法的原理與特點一、射線照相法原理源被檢工件T射線束膠片第九十二頁，共一百零八頁，2022年，8月28日膠片布置示意圖標記暗袋膠片前屏后屏第九十三頁，共一百零八頁，2022年，8月28日射線檢測基本原理圖ΔTTI0I0IPIP'第九十四頁，共一百零八頁，2022年，8月28日射線在穿透物體過程中會與物體發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強度減弱。底片上各點的黑化程度－黑度D，取決與射線照射量，又稱曝光量－射線強度與透照時間的乘積。對比度：底片上相鄰區(qū)域的黑度差。把底片放到觀片燈上，觀察透射光線，可以看到由對比度構(gòu)成的不同形狀的影像，評片人員據(jù)此判斷缺陷情況并評價試件質(zhì)量。底片圖像構(gòu)成的二個基本因數(shù)：黑度與形狀。決定形狀的是射線的幾何投影。第九十五頁，共一百零八頁，2022年，8月28日定量分析：主因?qū)Ρ榷龋害/I射線強度差異是底片產(chǎn)生對比度的根本原因。先決條件：缺陷的存在不影響n值；且不影響達到膠片的散射量。T:工件厚度；

ΔT:缺陷在透照方向的尺寸n：散射比；

μ：線衰減系數(shù)；μˊ：缺陷的線衰減系數(shù)；IP:無缺陷部位一次透射線強度；IPˊ

:缺陷部位一次透射線強度；I：透射線總強度第九十六頁，共一百零八頁，2022年，8月28日主因?qū)Ρ榷鹊耐茖н^程第九十七頁，共一百零八頁，2022年，8月28日而把展為級數(shù)：第九十八頁，共一百零八頁，2022年，8月28日如果μ’與μ相比極小