特种设备高级考试-章节第一章射线

原子与原子结构

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原子与原子结构

原子的质氢原子的质量为1.673×10-24g૟素૟૟۱（质量为1.993×10-23g）的1/12（1.667×10-24g）为1u。૟原子 原子与原子结构

原子的 原+ + 电子 原子与原子结

电电子的质量极轻，为9.109×10- 原+ +1.602×10-19C）- 原子与原子结构

核电荷如氢，核电荷数为1，核外1个电子氧，核电荷数为8，核外8个电 原子与原子结 成了镍元素૟૟૟૟β→ 原子与原子结

原子核的构原子核由更小的两种粒 中 原原子外电质子 原子与原子结构

质中 质 原子与原子结构

质子、中子的质 中 质电子太轻（1/1837），电子 原子与原子结构

质子：决定元素的种类，与中子同决 中质原子的相对原子质质 ૟૟ 中子：决定原子的种类 。 ૟૟ ૟૟电子：最外层电子数决定元素的化学质H+，Cl电子 原子与原子结构

核XXZ质量数（A）质子数（Z）中子数如：27

，质量数为60，质子数为27，中子=60-27=33工程应用时可直接书写元素符号和质量数来某一核素，如Co59或Co60 原子与原子结构

同位ଵ同位ଵ，ଶܪ，ଷܪ——质子数、电子数相同，中子数分别为ଵଵ、1、2233原子与原子结构

如：૟૟૟૟β→放射性核素分为天然的和人工制造两类，前粒子轰击稳定核素的核，使其变成放射性核•原子与原子结构

20世纪初几种不同的原子结；； 1.1原子与原子结

波光玻尔理论（玻尔模型）的概波光 1.1原子与原子结

吸收吸收吸收吸收吸收辐射自由4激发 2基1

氢原子能

0---- 原子与原子结构

道只是在三找到该运动电子的某个区 原子与原子结构

NML主量子数n——电子层和轨道能级（K、L、M、K>磁量子数m 原子与原子结构

原子与原子结构

原子的半径10-8cm数量级；原子核半径10-13cm数量级，原 如果：把核集中在1cm3 原子与原子结构

有关的负电૟如 ૟૟ 1个质子p+1个中子૟ૢ=

૟

૟=00 原子与原子结构

核力与电荷无关核力是短程核力促成粒子的成对结合以及对对结合质子+质子+ 原子与原子结构

带正电的质子之库仑力,质子间相互排粒子间存在核力，促结 原子与原子结构

带正电的质子之库仑力,质子间相互排粒子间存在核力，促结小质量数的核：N/Z=1附近较稳定大质量数的核：N/Z=1.6附近较稳定 原子与原子结构

放射性。 原子与原子结构

放射性原子核释放出α粒子的过程称为α衰变α粒子是氦的原子核（He)，核内：2个质子，2个中原子核内核子数的变。α粒子所形成的α射线是一种电离辐α 原子与原子结构

包括β-衰变、β+衰变和轨道电子俘获β- 原子与原子结构

γγ衰变总是伴随着α衰变和β衰变而发生母核经α衰变和β衰变到子核的激发态。激发态不稳定，通过γ衰变到正常态。所以γ射线是原子核由高能级跃迁到低能级产生的。并非每一个α衰变和β衰变都释放γ光子 射线的种类和性 1.2.1Xγ射线的种类和性X射线、γ射线、可见光、无线电波、红外线都是电磁波，区别在于波长同以及产生的方法不高高能低能γ射X射紫外红外微无线长 短 射线的种类和性 1.2.1Xγ射线的种类和性——波速（光速 射线的种类和性 1.2.1Xγ射线的种类和性在真空中以光速直 本身不带电具有某些光学特性：反射（漫反射）射（折射系数近似1），折射方向改变不明可以发 和衍射现象（在非常小的光阑中不可见，能 可见光不 的物质具有辐射生物效应， 生物细胞，破坏生物组织 射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性； 形成管电流；

阳极+X射

阴极- 射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性特征谱相对强度大，但总的

射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性。电子初速度不同，过程不同，撞击次ܧ =ߥܪ= =૟૟=ଵଶ.ସ×ଵ૟షళ=

电 能量转 射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性ܧ

=ℎߥ

ߣ୫୧୬=

c——光速

×10ૢ

=12.4=射线的种类和性

ߣߣૢ连续谱中最大强度对应的波长ߣ૟与最ߣૢெૢ=连续Xૢ

ஶܫߣܫන=ૢૢ与管电流ૢ=

管电压、靶原子序数的关系：数 ୬ ૟ 射线的种类和性质X射线强度与管电 电、靶材料射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性ૢ ܭߟ=

=与管

射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性X射线极电X射线极电光当X射线管的管电压超过某临界值૟标识谱产生的条件：管电压>૟ 射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性钨：૟=69.51KV，钼：在相同管电压35KV时，钼靶有标识谱，钨靶没有 射线的种类和性 射线的种类和性 射线的种类和性 1.2.2X射线的种类和性 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性γ射线是放射性同位素经过α衰变或β衰变后的过程中，从原子核内发出的，这一过程称作γ衰变，又叫γ跃迁 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性 ૟૟૟૟β→ γ射线为线状谱波长上 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性设在dt的时间内发生核衰变数目为-dN，它必定正比于当时存在的原数N，也正比于时间dt，即−==૟，则上式积分后=૟ ૢ即，放射性同位素的衰变服从指数规律衰变常数反映了放射性物质的固有属性。越大，该特质越不稳定，越快 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性放射性同位素衰变掉原有核

=ଵ/ଶ时，

ૢ= 2

ߣ

射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性[例]已知Co60的半衰期为5.3年，其衰变常数是多少？8年后其放射强变为初始强度的百分之解

ߣ=

得93=0.693=0.131/૟ =ૢ 得૟

答：Co60的衰变常数为0.131/年。8年后其放射强度衰变为初始强度的35 射线的种类和性 1.2.3γ射线的种类和性1 3强度不同：X射线--可控，取决于U、i、 234都是电离辐射，能对人和生物5 射线的种类和性 ૟ૢ૟૟+૟→૟૟૟૟+ 变成同位素 光 光 射线的种类和性 是U235裂变时的一种产物。U235裂变生成Cs137核核反应不转，不能恢 射线的种类和性 射线的种类和性 Tm170（铥Se75（硒 射线的种类和性质

。 射线的种类和性

波动性 (油膜 光波动性:衍 射线的种类和性质

射线的种类和性

光子能量E和动量P的公式：ܧ光子动量公式 H——普朗克常νλ——波

粒子 波动ℎℎߥ=૟ఒ૟ఒ 射线的种类和性质

短光曝双狭 时间胶 时间短，表现为粒子性 时间长，表现为波动性 射线的种类和性质

实物粒子（电子、中子、质子、α粒子、β粒子…）的波称作物质波，与电波（光子）的差别在质量方面：光子静止质量为零，而实物粒子均有质在与物质相互作用方 射线的种类和性质

子核内发出的。α粒子就是氦的原子核。可以通过放射性同位素 或核反应堆获得 射线的种类和性质

1.2.5 缺陷 能力 射线的种类和性质

1.2.5中子射线与物质的相互作用不同于X射线和γ射线， 低原子序数的材料，适用于一些特殊材料和场合。中子照相法检 铁外 填充 射线的种类和性质

射线对物质 射线的种类和性质

射线 射线能量的单位：eV，1电子伏相当于1个电子通过电势差为1伏的电场时所获减少的能1eV=（1.602×10-19）C×1V=1.602×10-19式中，h=6.626×10-34

c=3×108当E的单位取KeV时，分子才是

ߣ୫୧୬=

当E的单位J时，分子＝h·c=6.626×10-34×3×108

压的单位૟=૟=૟૟=૟૟૟૟或，૟૟ 射线的种类和性质根据公式1-4，有ߣ୫୧୬=૟૟ଵଶ.ସ= 最短波长对应的射线能量：ܧ୫ୟ୶ ૢ

=即：200KV管电压产生的X射线光子的最大能量为Co60的射线波长 ૢ 射线的种类和性质γ 射线的种类和性质强度

射线的种类和性质连续X射线的强度：ܫૢ=

=૟ૢૢ 距离平方反比穿过物体后的强度衰减规 射线的种类和性质ܫ=ேૢ对于每种γ射线源，Kr（rhm）为常数 ：

单位：R·ଶ/ℎ·ܫ× 5×ܫ 射线与物质的相互作用光子与物质作用的主要形式有：光电效应，康普顿效应，电子对效应和射线通过物质时强度衰减遵循指数规律，衰减情况不仅与吸收物质的性质度有关，还取决于辐射自身 射线与物质的相互作用

子的动能 射线与物质的相互作用

射线与物质的相互作

标识标识X线） 射线与物质的相互作用

。ߪ૟૟ହ，ߪ૟૟∝1/ℎߥ~1/ℎߥ入射光子能量增大，ߪ૟૟变小。 射线与物质的相互作用

） 射线与物质的相互作用

射线与物质的相互作用

ܧ=ℎߥ−ܧ ૟ܧ1+ ଶ1−૟ܧ

1

2

1−=0.0242×(1−∆ߣ与散射角的关系：ߠ=0时，∆ߣ=0ߠ=90时，∆ߣ=ߠ=180时，∆ߣ=2×0.0242 射线与物质的相互作用

1−=0.0242×(1−解 ߣ୫୧୬=ଵଶ.ସ=ଵଶ.ସ= ∆ߣ=ߣᇱ−ߣ=0.242 1− =0.0242ᇱ=

=ܧ=12.4 =189 E 射线与物质的相互作用

发生条件：ℎߥ> 必须有第三者——原子核参加，满足动量和能量守 射线与物质的相互作用

量为0.51ܸ݁ߪ૟∝ଶܧ，当ℎߥ≫

૟ଶߪ૟∝ 射线与物质的相互作用

射线与物质的相互作 与原子序数、入射光子能量有 射线与物质的相互作 射线与物质的相互作 射线与物质的相互作 未发生效 散

透 吸 射线与物质的相互作 不包括散射成分的射线束。仅由未与物质发生相互作用的光子组成由单一波长电磁波组成的射

射线与物质的相互作 射线通过薄层物质时强度减弱与物质厚度及始辐射初始强度成正比，同时有关为线

ૢૢ૟

放射性同位减公：૟ ૢ 射线与物质的相互作 。果：ߤ=ߤ૟૟ߤ૟ߤ૟ 射线与物质的相互作

ૢߤ=૟ߤ ߤ૟=ૢ=ߤ

ଵ=⋯+ߙߤ+ߙ

ଶ+ߙ

+ ૟ ૟ ߤ૟ଵ 射线与物质的相互作

射线与物质的相互作放射性同位素衰期：భ⁄మ放射性同位素衰期：భ⁄మૢ

使入射射线强度减少一半的吸收物质厚૟=

的简便算法：计算有多少个半మ૟ܫ૟

ଵ

其中：

=ଶ –能量愈大，半值层愈厚（ߤ越小–半价层不是一个常数，只有射线波长为常数时半值层才可能是一个常 射线与物质的相互作 解 由ܫ=ܫ૟ૢ已知0.20，T=2cmଶૢఓ×ଶ=0.2，ߤ=−૟૟૟.ଶ=ଶଵ=0.2，=૟૟ହ=2.32， =0.86(

ૢ

=0.80（ 射线与物质的相互作 射线与物质的相互作 白白多૟多 射线与物质的相互作 散射

射线与物质的相互作 散射比૟+௦=૟૟ 射线与物质的相互作 平均衰减系 ૢ૟ 射线与物质的相互作 线质硬线质，是射线能量（ 力）的度量，能量大的，可称为线质硬，反称为线质软。硬化过程平均衰减系数逐小，半价层逐渐增长变 射线与物质的相互作 线质硬通过加滤板的方法，滤去软射线部分，使连续X射线的λ和μ趋于常这一过程称为线质硬化或连续射线的均匀 射线与物质的相互作 宽束、多色射线强度衰减规૟=

射线与物质的相互作 射线与物质的相互作射线强度吸收（衰减）曲线——多色曲线上任一点切线的斜率即为该点对应 厚度上的μߤ̅，计算公式ଶ−ܫߤ

=ଶ−

ଶ− 射线与物质的相互作X射线机对吸收曲 射线与物质的相互作由表中数据可知（无散射线吸收系数随T增大而减小，半价层厚度随T的增大而增大。说明连续X定的，线质 工件的过程中逐渐硬化 厚度增大到一定程度后，吸收系数 厚度的变化不明显了，说明射线束中波长线质硬 射线与物质的相互作钢板厚度与吸收系数关系 射线与物质的相互作连续X射线有效能 射线与物质的相互作用截面

⁄ܫ∆表示强度为的光子穿过单位体积内靶原子数为、靶厚度为的物质时，有ߪ是面积量纲，称为靶恩，符号为

1= 射线与物质的相互作用截面

∆=ߪܫ

ૢ=ܫ

ૢ= 射线与物质的相互作 电辐分 射线与物质的相互作 带电粒子容易与原子的核外电子发生相互作很快失去动能，所以带电粒 能