射线检测原理讲稿

射线检测原理

四川工程职业技术学院第一节原子与原子结构学习原子和原子核结构理论了解射线产生的机理一、原子1元素与原子的概念:定义：元素--所有这些自然界的物体不论形态如何,功能如何,它们都是由一些最简单、最基本的物质，即元素构成。原子－组成单质和化合物分子的最小微粒，由原子核和核外电子构成。第一节原子与原子结构

2原子的构成:原子是由原子核和核外电子所构成。电子围绕原子核作随机运动，相同能量的电子在相同的运动层(即轨道)上出现，有的人说是作行星运动，实质上是不准确的，因为行星运动，是由引力场维持的，而电子与原子核之间是由电场维持的，其本质是不同的；电子在一定轨道上绕核运动。原子是有质量、有尺寸的一种粒子。第一节原子与原子结构

（1）质量：几乎集中在原子核内，核的密度非常大！如果：把核集中在1cm3的体积内，那么：这1cm3的体积内核的总重量为108吨！（2）大小：原子半径10-8cm数量级。原子核半径10-13cm数量级。如果：核的半径为1cm，则原子半径约为1km即10-8/10-13=100000倍

第一节原子与原子结构

（3）电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。（4）构成：原子核（质子+中子）+电子

数量关系：原子量=质子数+中子数A=Z+N质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数

例：Co6060=27+333原子结构理论---玻尔理论（玻尔模型）20世纪初二种不同的原子结构模型1903年：汤姆森假设：核子与电子在原子内均匀分布1911年：卢瑟福模型：行星分布α散射实验否定了汤姆森假设肯定了卢瑟福模型卢瑟福模型不完善，1913年玻尔提出了完善的原子结构模型---玻尔模型.玻尔理论（玻尔模型）的要点：第一节原子与原子结构（1）原子只能存在一些不连续的稳定状态，这些稳定状态各有一定的能量E1、E2、E3.....En。处于稳定状态中运动的电子虽然有加速度，但不发生能量辐射。能量的改变，由于吸收或放射辐射的结果或由于碰撞的结果。（2）原子从一个能量为En的稳定状态过度到能量为Em的稳定状态时，它发射（或吸收）单色的辐射，其频率ν决定于下列关系式（称为玻尔频率条件）：hν=En-EmEn、Em分别为较高、较低能级的能量值。稳定状态的改变（或能量的改变）是不连续的。第一节原子与原子结构4玻尔理论中的几个概念：基态：原子处于最低能量的状态称为基态，是稳定状态；激发态：电子获得能量从低能级轨道进入高能级轨道，该过程称为激发；此时原子处于高能量状态，称为激发态，激发态是不稳定的状态；原子的状态特性：任何不稳定状态的原子必将自动的回到稳定状态即回到基态；该过程将释放出能量，即产生辐射。释放能量的过程可以一次回到基态，也可以逐次回到基态；第一节原子与原子结构第一节原子与原子结构跃迁：电子从一个轨道向另一个轨道的运动，称为跃迁（包括从低到高；或从高到低的运动）；

能级：用平行线表示核外电子所处的能量级别称为能级，外壳层能级最高，但外壳层上的电子结合能最低。

n=2n=1基态n=∞自由电子氢原子的能级图n=3n=410.2ev1.89ev-13.6ev(E1)-3.4ev(E2)-1.51ev(E3)-0.85ev(E4)0ev能量激发态第一节原子与原子结构二、原子核1原子核的结构精确的结构模型至今尚未建立多种模型并存的状态：壳层模型，液滴模型...、2原子核的构成均匀分布不同数量的质子和不同数量的中子构成不同性质（元素）的原子核原子的原子量A代表该原子的原子核的质子和中子的总和:A=Z+N

第一节原子与原子结构3原子核的电荷正电荷=原子序数Z4原子核的半径10-13----10-12cm5原子核的质量原子核的质量>>电子的质量;原子的质量原子核的质量原子核的总质量总是小于它的组成部分的质量和，主要是因为结合能的存在消耗一部分质量当量，由质能公式可算出结合能的大小。

6核的稳定性核的稳定性取决于质子与中子数量的组合质子与中子数量：2、8、20、28、50、82、126最稳定。第一节原子与原子结构7核内的几种作用力库仑力核力：存在于质子和中子间，是核稳定性的重要因素核力的性质：（1）核力与电荷无关；（2）核力是短程力；（3）核力100倍库仑力，是强相互作用力；（4）核力促成核子的二种结合形式成对结合：质子+中子对对结合：一对质子+一对中子

第一节原子与原子结构三、元素及元素周期律1元素的概念（1）定义：具有相同核电荷的一类原子称为元素。例如：只有一个核电荷数的原子称为氢元素，所有八个核电荷数的原子称为氧元素。（2）元素符号:表示某种元素的一个符号，如H、O、Cl、N等A：原子量（原子质量数）。Z：原子序数：原子在元素周期表中的排列序号。原子核所带的正电荷数。第一节原子与原子结构2同位素质子数相同而质量数不同的元素称为同位素。

如：H11，H12，H13

3元素周期律1869门捷列夫发现元素周期律。自然定律:玻尔理论对元素周期律的科学解释。元素周期律揭示了：元素的性质是随着元素原子序数的增加而呈现出周期性的变化，这一变化的原因是它们的原子结构随着原子序数的增加而呈现周期变化的规律。

第一节原子与原子结构四、放射性衰变原子核的重要性质—放射性1核的稳定性概念处于基态的原子核稳定性的。处于激发态的原子核是不稳定的。总是通过衰变释放能量，变成另一种核素回归到基态。衰变的定义：在无外界作用下，不稳定原子核自发释放出中子、质子或电子，转变为另一种核素的原子核，这种现象称为衰变。衰变方式分自然衰变与人工衰变。衰变模式有α衰变、β衰变、γ衰变。

第一节原子与原子结构衰变形成的产物即为辐射，又称射线，是由微观粒子组成的运动束流。如无线电波，红外线，可见光，α、β、γ射线，X射线，宇宙射线等。凡能引起物质损伤的射线，均属于电离辐射。反之，则为电磁辐射。一般实物粒子构成的射线属于电离辐射；如α、β、质子、中子等射线属于电离辐射；红外线，可见光、X射线，γ射线则电磁辐射。

第一节原子与原子结构2α衰变放射性原子核释放出α粒子的过程称为α衰变。α衰变后，原子核内核子数的变化：α粒子是氦的原子核（He）核内：2个质子，2个中子。一次α衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原子量减少4。α粒子所形成的α射线是一种电离辐射。

第一节原子与原子结构3β衰变放射性原子核释放出β粒子的过程称为β衰变。β粒子是电子，β衰变后，原子核内核子数的变化：质子数增加一个，中子数减少一个，原子量不变。β粒子所形成的β射线也是一种电离辐射。

第一节原子与原子结构4γ衰变(辐射)放射性原子核释放出γ光子的过程称为γ衰变(辐射)。γ衰变通常是在α衰变和β衰变过程中发生的。γ射线的释放不影响原子核的核子数，仅减少原子核的能量。并非每一个α衰变和β衰变都释放γ光子。

第一节原子与原子结构5人工放射性用高能粒子轰击稳定原子核，使其变成不稳定的具有放射性的原子核，这些原子核具有人工放射性。钴60的典型衰变：第一节原子与原子结构钴60的蜕变图β1.33Mev1.17Mevγγ0.31Mev5.3年第二节射线的种类和性质

了解射线的各种性质及应用一、X射线和γ射线的本质与性质1本质：是电磁波从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波为横波。

电磁波的磁场、电场及其行进方向三者互相垂直。振幅沿传播方向的垂直方向作周期性交变（如图所示），其强度与距离的平方成反比，波本身带动能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁波的形式向空间传播出去，不需要介质也能向外传递能量，这就是一种辐射。如太阳与地球之间的距离非常遥远，但在户外时，我们仍然能感受到太阳光的光与热。由于辐射强度随频率的减小而急剧下降，因此波长为几百千米（105米）的低频电磁波强度很弱，通常不为人们注意。X射线、γ射线、可见光、无线电波、红外线都是电磁波。X射线和γ射线是波长较短的电磁波。第二节射线的种类和性质

了解波长：

无线电波3000米～0.3毫米。

红外线0.3毫米～0.75微米。

可见光0.7微米～0.4微米。

紫外线0.4微米～10毫微米

X射线10毫微米～0.1毫微米

γ射线0.1毫微米～0.001毫微米

高能射线小于0.001毫微米

传真（电视）用的波长是3～6米；

雷达用的波长更短，3米到几毫米。第二节射线的种类和性质

2波动关系：λ=C/νλ（波长Ǻ），C（光速），ν（频率）3波长单位：埃Ǻ=10-8cm；纳米nm=10-7cm。

4性质：（1）不可见，在真空中以光速传播；（2）不带电，不受电场和磁场的影响；（3）具有某些光学特性：反射，折射（折射系数近似1），有干涉和衍射；（4）具有极大的能量，能穿透物体；（5）能使物质电离，能产生热效应和光化作用；（6）能杀伤生物细胞，破坏生物组织，具有辐射生物效应。

第二节射线的种类和性质

二连续X射线（白色X射线，多色X射线）X射线:射线束中包括---连续X射线和特征X射线产生机理：根据电动力学理论，作加速运动（包括负加速运动）的带电粒子将产生电磁辐射。X射线管内高速运动的电子与靶原子碰撞时，与原子核外库仑场作用，而产生电磁辐射，称为韧致辐射(产生了X射线）。这种辐射又由于是电子急剧停速引起的所以又称停速辐射。第二节射线的种类和性质

第二节射线的种类和性质

2连续X射线谱及最短波长：根据经典电动力学理论，韧致辐射的能量与停速时间Δt成反比E∽1/ΔtΔt--连续变化，E--连续变化，E=eV=hν=hc/λλ--连续变化λmin的导出：电场能=电子动能=光子能+消耗能,消耗能远小于光子能，故忽略消耗能，由此推导出最短波长如下：λmin==(h、c、e均为常数）单位：λmin：埃。U：千伏。

例：U=200Kv,λmin=12.4/200=0.062埃3连续X射线强度分布曲线及强度计算：连续谱曲线极其复杂！通过求面积积分导出总强度的公式：I=KZiU2

式中：K--系数1.1--1.4×10-6

Z--原子序数；i--管电流；U--管电压影响强度的因素U、Z、i大家要了解并会运用这个公式，对于特定的射线机，其强度与管电压的平方成正比。曝光量E＝It也就是说曝光时间与管电压的平方成正比。现举例说明，希望大家能在实际工作中运用自如，第二节射线的种类和性质

例：某单位用X射线机透照一工件，在150KV的管电压下，曝光5分钟，得2.5的黑度值，其它透照参数不变，现将管电压提到180KV，要得到相同的黑度值(冲洗条件一样），其曝光时间应为多少分钟？解：由题意已知，U1＝150KVt1=5E1=E2(黑度相同）U2＝180KV求t2=？由公式E=ItI=KZiU2可推导出：KZiU12t1=

KZiU22t2t2=U12t1/U22=(150/180)2×5=3.5分钟答：180KV时的曝光时间应为3.5分钟。第二节射线的种类和性质

思考：透照厚度是否属于透照参数？此类计算是否适用于不同X射线机上？选用不同类型的胶片时是否也适用？思考题：用X射线机透照一厚度为12mm的钢焊缝工件，在130KV的管电压下，管电流为5mA，曝光5分钟，得2.5的黑度值，其它透照参数不变，现用同样的X射线机透照厚度为20mm的钢焊缝工件，将管电压提到180KV，要得到相同的黑度值(冲洗条件一样），其曝光时间应为多少分钟？注:半值层为4mm。第二节射线的种类和性质

第二节射线的种类和性质

4连续X射线的效率（转换效率）：连续X射线强度

计算公式η==KZU

影响转换效率的因素K、U、Z例：Z=74；U=200；求ηη=1.4×10-6×74×200=2%

5连续X射线的空间强度分布：垂直方向不是强度最大方向实际曝光场是一个椭圆通过实验测定曝光场的强度分布

第二节射线的种类和性质

三标识X射线（特征X射线，线状X射线，单色X射线）1标识X射线产生机理能量较大的电子入射到靶材料的原子中，与壳层电子碰撞，击出内电子，使原子处于激发态（吸收）；激发态原子释放能量发射光子（辐射）。即发射标识X射线。

第二节射线的种类和性质

产生标识X射线的条件：管电压>某一临界值时，才能产生标识X射线。标识射线的波长是不连续的。它取决于靶面的材料。它通常用于对材料的化学成分进行定性分析。在无损检测中，因强度低，几乎不起作用。例：W靶：69.5KV开始产生标识X射线；Mo靶：20KV开始产生标识X射线；

第二节射线的种类和性质

2标识谱及其特征标识X射线谱是叠加在连续谱上的单色谱。其线系为：入射到K层的发射K系标识X射线，KαKβ…入射到L层的发射L系标识X射线,LαLβ...入射到M层的发射M系标识X射线,MαMβ....

第二节射线的种类和性质

四连续X射线与标识X射线的区别（1）产生机理不同.（2）能量与波谱不同.（3）强度不同.X射线管产生的X射线包括：连续X射线和标识X射线。

第二节射线的种类和性质

五γ射线1产生原理原子核的重要性质----放射性放射性同位素产生α或β衰变之后，若仍处于高能级的激发状态，必定要释放多余的能量回到低能级的稳定状态（基态），这时原子核发射γ射线释放多余的能量，其机理是核内能级之间的跃迁产生的。第二节射线的种类和性质

2衰变规律与半衰期衰变规律：N=Noe-λt式中：No--初始状态的放射性原子核数（或强度）；N–经过t时间后的放射性原子核数（或强度）；λ--衰变常数。并非每一次衰变都发射γ射线。放射性同位素的能量不随时间改变。半衰期的定义：放射性同位素原子核数（或强度）衰变到一半时所需的时间称为该同位素的半衰期。记以T1/2。

第二节射线的种类和性质

第二节射线的种类和性质

半衰期公式的推导：==e-λT1/2

二边取自然对数，ln(1/2)=-λT1/2---->ln2=0.693所以：T1/2=例：Co60T1/2=5.3年λ=0.693/5.3年=0.130/年半衰期的简便计算公式

3γ射线谱---线状谱Co60:2根；Ir192:24根；Cs137:1根；4γ射线的能量能量决定穿透力穿透力取决于源的种类和性质（后面专题讨论）5γ射线的强度单位时间落到单位面积上的光子数（后面专题讨论）

第二节射线的种类和性质

6X射线和γ射线比较相同点:（1）都是电磁波，本质相同；（2）都具有反射，折射等光学性质； （3）都能使胶片感光；（4）都是电磁辐射能对人和生物造成危害；（5）穿过物体时具有相同的衰减规律.不同点:（1）产生方式不同；（2）能量变化不同：X--可控，可调，取决于管电压；γ--不可控，不可调，取决于源的性质；（3）强度变化不同：X--可控，可调，取决于U，i,Z；γ--随时间变化；（4）波谱形式不同。

第二节射线的种类和性质

7工业探伤用的放射性同位素常用γ源：Co60，Cs137,Ir192,Tm170.Se75…半衰期:Co605.3年，Cs13733年，Ir19275天，Se75120天制取方式:天然；人工人工制取是利用中子轰击使其发生核反应。核反应不能逆转，不能恢复！第二节射线的种类和性质

思考题：测得Ir192源1m处的初始强度为80Ci，问50天后，0.5m处的强度为多少Ci？注:Ir192半衰期为75天。第二节射线的种类和性质

六、射线的种类及其在探伤中的应用1种类：（1）电磁波类：X射线，γ射线，以及红外线，紫外线，微波等...（2）粒子类：α射线，β射线（电子射线），质子射线，中子射线等2中子射线的衰减特性：（1）衰减系数与Z之间没有规律;（2）有些重元素中衰减小，有些轻元素中衰减大。

第二节射线的种类和性质

3应用内部缺陷的探测：X,γ,中子表面缺陷的探测：微波，红外线，激光特殊结构的探测：炮弹（中子）金属构件的探测：X,γ,中子非金属构件的探测：微波，激光

第二节射线的种类和性质

八射线的能量与强度

能量与强度是一种力量的量度，能量是力量的质的体现；强度是力量的量的体现。射线对物体的穿透和对胶片的感光，是其能量和强度的具体表现，因此透彻的理解能量与强度概念，是十分重要的。如红灯、黄灯代表不同波长,即不同能量。而这些灯可以有5w,50w,500w,这代表强度。第二节射线的种类和性质

1能量射线的穿透力取决于射线的能量,犹如人说话一样，说话声音大，所发出的能量高，声音就传导得更远。能量也称为线质；能量的单位：ev或尔格1ev=1.6x10-12尔格。射线穿透物质后，能量是不变的，只有强度发生变化（射线根数减少）。X射线（光子）能量的表达与计算E=hν=hc/λ=0.0124/λ或λ=0.0124/E以上二式中，E的单位：Mev;λ的单位：埃。或者λ=12.4/E（与λmin=12.4/U有本质区别）这里：E的单位：Kev;λ的单位：埃。

第二节射线的种类和性质

连续X射线的能量取决于管电压；

标识X射线的能量达到临界电压后与管电压变化无关；标识X射线的能量与靶材料有关；γ射线的能量（穿透力）取决于源的种类和性质；60Co：1.17Mev1.33Mev。137Cs:0.66Mev192Ir:0.35Mev（实际上有12组不同的能量）平均能量Co60:（1.17Mev+1.33Mev）/2=1.25Mev当量能：γ射线的穿透力相当于X射线同等穿透力所对应的管电压值，称为当量能。

第二节射线的种类和性质

如何确定220KV射线的能量：先求:λmin=12.4/U=0.05636埃再求:最短波长所对应的射线能量Emax=hν/λmin=0.220(Mev)即：220kv管电压产生的X射线光子最大能量0.22Mev。第二节射线的种类和性质

2强度射线对胶片的感光取决于它的强度。在日常生活中我们经常碰到强度这一概念，但大家恐怕对强度这一概念的具体定义或含意不一定了解准确。力学性能中的强度，电流强度（电流），电场强度，声强、压强，光强等都是强度，均与面积密切相关，是单位面积存在或通过多少的一个量度，是一个统计概念。就灯泡来说，一定瓦数的灯，决定了它发出可见光的根数大小，靠近灯我们会感觉发热，是因为我们在单位面积上接收的根数多。强度的测量主要用计数器的方法。强度的量度常用相对强度，相对强度无量纲。绝对强度常用次/秒或伦琴。强度的变化因素：强度-距离平方反比律I1/I2=(F2/F1)2穿过物体后的强度衰减规律

第二节射线的种类和性质

连续X射线的强度I=KZiU2

γ射线的强度γ射线的强度有二个不同的概念（A）放射强度：（又称活度，活性）放射性同位素单位时间产生衰变的次数称为放射强度。常用居里作为单位。1居里（Ci)=3.7×1010次/秒（Bq)放射强度随时间的改变而改变，其变化规律为：I=Ioe-λt

比活度：每克放射性物质的放射强度称为比活度，单位：居里/克。

第二节射线的种类和性质

（B）照射强度：（又称辐照强度，照射量率）单位时间内落在一定距离的照射面上(严格定义应为“标准状况下，一立方厘米空气内）的射线量，称为照射量率或照射强度。照射强度的常用单位为：伦琴（R）/小时。照射强度的变化规律：（A）距离--平方反比律；（B）穿过物体时的衰减规律(后面讨论)

第二节射线的种类和性质

第二节射线的种类和性质

（3）放射强度和照射强度的转换关系a)通过放射常数Kr（又称特征强度，或记为rhm）转换。转换公式：

I=（伦/时）

A-放射强度,R-距源距离,对每种γ射线源来说，Kr（rhm）是常数。Kr（rhm）的含义：放射强度为1居里的γ源，相距1米处的照射强度值称为特征强度，或放射常数Kr.

第三节射线与物质的相互作用

学习射线与物质的作用效应理论与射线能量的关系与物质性质的关系作用；学习射线与物质相互作用的目的解释与计算穿透时的衰减现象，感光作用等。

第二节射线的种类和性质

b)通过克镭当量转换转换公式：I=(伦琴/时)对每种γ射线源来说，M是常数。M的含义：根据测定：1毫克镭在1厘米处的照射强度为8.4R/h。任何放射源在1厘米处的照射强度若为8.4R/h，则该源与1毫克镭当量。例如：Co60，用Kr系数计算，1居里Co60在1厘米处的照射强度为13000R/h。相当于13000/8.4=1547.6毫克镭，即1.54克镭.结论为：1居里Co60相当于1.54克镭的照射强度。

第三节射线与物质的相互作用

学习射线与物质的作用效应理论与射线能量的关系与物质性质的关系作用；学习射线与物质相互作用的目的解释与计算穿透时的衰减现象，感光作用等。

第三节射线与物质的相互作用

一瑞利散射和汤姆森散射在黑夜里，用手电筒向空中照射，可以看到一束光柱。人们也曾看到过夜空中探照灯发出粗大光柱。那么，为什么我们会看见这些光柱呢？这是因为有许多烟雾、灰尘等微小颗粒浮游于大气之中，光照射在这些颗粒上，产生了散射，就射向了四面八方。这个现象是由瑞利最先发现的，所以人们把这种散射命名为“瑞利散射”。一旦粒子受到具有一定波长的光照射，而照射光的频率与该粒子固有振动频率相同，就会引起共振。粒子内的电子便以该振动频率开始振动，结果是该粒子向四面八方散射出光，入射光的能量被吸收而转化为粒子的能量，粒子又将能量重新以光能的形式射出去。因此，对于在外部观察的人来说，看到的好像是光撞到粒子以后，向四面八方飞散出去了。这与光的反射有本质的区别。入射光子与原子碰撞:碰撞类型与能量的关系:当入射光子的能量较小时光子不能碰出轨道电子只能产生散射现象1871年瑞利提出入射光与微粒间的散射理论....瑞利散射：光子与内层电子作用时，电子吸收光子能量从低能级跃迁到高能级，同时释放出一个散射光子，其能量与入射光子的能量相同。汤姆森散射：光子与自由电子碰撞，使电子作同频率振动并释放出与入射光子能量相同的散射线。外层电子通常认为是自由电子。瑞利散射和汤姆森散射几率小，射线照相中可忽略，但能量在200KV以下时不可忽略。

第三节射线与物质的相互作用

第三节射线与物质的相互作用

光电效应光照射到某些物质上，引起物质的电性质发生变化。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应。有内、外光电效应之分，外光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。内光电效应是光电效应的一种，主要由于光量子作用，引发物质电化学性质变化。内光电效应又可分为光电导效应和光生伏特效应。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性作用.

入射到物体内的光子与原子中的束缚电子（轨道电子）发生碰撞，光子的全部能量传递给束缚电子（轨道电子）使电子发射出去，这一过程称为光电效应，光电效应发射出去的电子称为光电子。（实质是外光电效应）。

光电效应里，电子的射出方向不是完全定向的，与光照方向无关,光是电磁波，但是光是高频震荡的正交磁场，振幅很小，不会对电子射出方向产生影响.

第三节射线与物质的相互作用

光电效应的特征：1光子的全部能量被原子吸收；hν=Ee+Ei入射光子能量=电子动能+电子结合能产生光电效应的条件是hν>Ei入射光子能量>电子结合能2光子不能与自由电子相互作用；因为不能保持动量守衡！

第三节射线与物质的相互作用

3光电效应伴随标识X射线和俄歇电子的发生；标识X射线：发射出去的光电子留下的空穴，由高能级电子回补，同时发射出标识X射线，释放能量，使原子由激发态回到基态。俄歇电子：另一释放激发能的过程是将能量传给外壳层电子，使外壳层电子脱离原子，该种电子称为俄歇电子。

第三节射线与物质的相互作用

4光电效应发生的几率σph可以理论计算σph∝Z5/hν（1－3.5）

即：与原子序数的5次方成正比，与入射光子能量hν成反比。5光电吸收系数的变化规律与发生几率是一致的。6光电效应可以在原子的任何一个壳层发生。第三节射线与物质的相互作用

三康普顿效应（散射）他认为这是光子和电子碰撞时，光子的一些能量转移给了电子，康普顿假设光子和电子、质子这样的实物粒子一样，不仅具有能量，也具有动量，碰撞过程中能量守恒，动量也守恒．按照这个思想列出方程后求出了散射前后的波长差，结果跟实验数据完全符合。与光电效应一样，有力证明了光子的粒子性。康普顿-吴有训发现波长增长、运动方向改变现象

入射光子总是与束缚最小的外层轨道电子碰撞，轨道电子脱离轨道成为反冲电子，入射光子能量降低（波长变长）并改变运动方向成为散射线，这一现象称为康普顿效应（散射）。波长变长：Δλ=λ'-λ。第三节射线与物质的相互作用

康普顿效应（散射）的特征1产生康普顿效应的入射光子能量较大，其能量一部分克服轨道电子的结合能，另一部分作为反冲电子的动能，剩下的是散射光子的能量。2Δλ=0.0242(1-COSθ)λΔλ与入射光子能量无关与θ有关3Δλ与散射角关系：θ=0Δλ=0无散射线θ=180Δλ=2×0.0242产生背散射！θ=90Δλ=0.0242入射光子散射光子反冲电子φθ原子核第三节射线与物质的相互作用

4Z越大，康普顿效应（散射）的几率越大；入射光子的能量越大，几率越小。5康普顿衰减系数包括康普顿散射系数和康普顿吸收系数，它们与入射能量之间的关系：康普顿散射系数随入射能量的增大而减小；而康普顿吸收系数则随入射能量的增大先增大后减小。

第三节射线与物质的相互作用

四电子对效应当入射光子的能量>1.022Mev时，在原子核附近由于核库仑场的作用将产生一对正、负电子，这种现象称为电子对效应。电子质能0.511Mev特征：1电子对的寿命很短，它们很快湮灭生成二个能量分别为0.511Mev的新的光子；2能量越大，产生电子对的可能性越大。

第三节射线与物质的相互作用

五各种相互作用发生的相对几率三种效应的几率与入射光子的能量和原子序数有关Z较小时，康普顿效应（散射）是主要的；Z较大时：低能：光电中能：康普顿高能：电子对

第三节射线与物质的相互作用

六窄束，单色射线的强度衰减规律1概念窄束：不包括散射线在内的穿过射线束，即仅由未与物质发生相互作用的射线束组成。单色：由单一波长组成的射线束成为单色射线；衰减规律：I=Ioe–μd

第三节射线与物质的相互作用

3线衰减系数μ：d=1cmμ=ln(Io/I)μ的物理意义：穿过1cm厚的物体时，穿过前后射线强度比值的自然对数，即为线衰减系数。线衰减系数的构成：因为：光电效应，康普顿效应，电子对效应是造成射线衰减的主要原因，所以线衰减系数包含三个效应的作用。（此处忽略瑞利散射的作用）因此：μ=μ光电+μ康普顿+μ电子对

第三节射线与物质的相互作用

4质量衰减系数μm=μ/ρ混合物的质量衰减系数等于各部分质量衰减系数与其含量百分比乘积的总和：μ/ρ=（μ1/ρ1）α1+（μ2/ρ2）α2+…μ/ρ的变化规律μ/ρ=KZ3λ3

第三节射线与物质的相互作用

6半值层穿过物体后的射线强度为入射强度一半时的穿透厚度，称为半值层（又可称为半价层，半衰减层等），记为Th。Th的计算:I=Ioe-µd1/2=I/Io=e-µTh

二边取自然对数Th=Ln2/μ=0.693/μ这里：μ=KρZ3λ3

Th的简便算法I/Io=（1/2）NN=d/Th（计算有多少个半值层）强度与曝光量是相对应的。第三节射线与物质的相互作用

影响半值层Th的因素：能量愈大（λ愈小），半值层愈厚；半值层不是一个常数.....,只有射线波长为常数时半值层才可能是一个常数。对于宽束多色X射线（工业探伤用X射线），因为由多种能量成分的X射线组成，大部分波长较长，能量较低的X射线经过一个半价层后，已被吸收或衰减掉，此时强度衰减一半所需要的厚度值较小，剩余能量较高的X射线再继续穿过物质，强度再衰减一半所需要的厚度值与第一半价层相比就要大些，因此，对于特定管电压下的宽束多色X射线而言，半价层厚度数值随半价层序数值的增大而增大。另外，半价层厚度数值随透照能量的增大而增大。第三节射线与物质的相互作用

七宽束多色射线的强度衰减规律1宽束：包括散射线在内的射线束称为宽束；多色：包括所有波长的连续X射线称为多色或白色。2散射线与散射比散射线的组成：康普顿散射；瑞利散射等。n--散射比Is=nIpn=Is/Ip散射源：工件（最大散射源）；地面；周围物品。散射线的屏蔽：铅增感；滤板；底部垫铅板…

第三节射线与物质的相互作用

3宽束多色射线的强度衰减规律I（宽束）=Is（散射线）+Ip（窄束）=nIp+Ip=（1+n）Ip=（1+n）Ioe–μd这里：μ--平均衰减系数4线质硬化（连续X射线均匀化）线质：线质是射线能量（或穿透力）的度量，能量（或穿透力）大的，可称为线质硬；反之则称为线质软。连续X射线的波长：从λmin---->∞波长不连续μ是变量计算困难通过加滤板的方法，滤去软射线部分使连续X射线的λ和μ趋于常数，这一过程称为线质硬化或连续X射线均匀化。第三节射线与物质的相互作用

八吸收（衰减）曲线1吸收（衰减）曲线：射线穿透厚度与穿透射线相对强度自然对数间的关系曲线称为吸收或衰减曲线。2衰减曲线方程ln(I/Io)=-μd相当于y=-ax直线方程3衰减曲线的形式如果μ是变量：曲线是弯曲的；如果μ是常数：曲线是直的；均匀化后的衰减系数是常数：平均衰减系数μ。第三节射线与物质的相互作用

4平均衰减系数的计算(略)5有效能量：平均衰减系数μ与某一能量的单色射线的衰减系数μ的数值相同，则可用此单色射线的能量值来表示连续X射线的平均能量，该能量又称为有效能量。思考题：已知2.5mm厚的铅吸收相当于30mm厚钢的吸收，如果原来使用6毫米厚的铅板作防护，现改用钢板的话，应用多厚的钢板可以代替原来的铅板？

6实验数据与结论（略）第四节射线照相法的原理与特点

射线检测方法的分类与基本原理一射线检测方法的分类1按射线种类分电磁辐射：X射线；γ射线；散射线粒子辐射：中子射线；β射线（电子射线）2按观察方式分胶片照相法；相纸照相法；荧屏实时法3按能量分高能射线；低能射线4按成像方式分二维平面成像；三维层析摄影5按检测功能分工业探伤；测厚；应力分析

第四节射线照相法的原理与特点

二射线照相法原理底片图像构成的二个基本因数：黑度与形状决定黑度的是射线的强度变化决定形状的是射线的几何投影1强度衰减原理由前面公式可知：I=(1+n)Ioe-μTIp1=Ioe-μTIp2=Ioe-μ(T-ΔT)-μ'ΔT

ΔI＝Ip2－Ip1ΔI/I=(e(μ-μ')ΔT-1)/(1+n)≌（μ-μ'）ΔT/(1+n)上式按级数展开近似求得的。T∆TIoIoIp1Ip2第四节射线照相法的原理与特点

当μ>>μ'时，忽略μ'，则得如下近似公式：ΔI/I≌μΔT/(1+n)ΔI/I定义为主因对比度（主因衬度）定义主因对比度为“穿过被检体被选定的一些部分后射线强度之比（或此比的对数）”，射线强度差异是底片产生对比度的根本原因。影响主因对比度的主要因数由μ=Kρλ3Z3公式可知：影响主因对比度的主要因数是：ρ，λ，Z，Δd，n。