射線檢測的物理基礎修改第1頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第2頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四X射線照相檢測原理示意圖第3頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

拍出一張合格的片子對底片質量的主要要求可分為四個方面：理論上射線照相靈敏度應達到規定的要求；黑度應處于規定的范圍；標記系應符合有關的規定；表（外）觀質量應滿足規定的要求。第5頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四影響射線照相靈敏度S的三大要素射線照相對比度ΔD（缺陷影像與其周圍背景的黑度差）；射線照相不清晰度Ug（影像輪廓邊緣黑度過渡區的寬度）；射線照相顆粒度δD（影像黑度的不均勻程度）第6頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第7頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四影響黑度D的要素D=f(It;Υ)第8頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四射線的產生:X

γ射線的傳播：射線的衰減：第9頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四怎樣拍出一張合格的片子（工藝上）1、設備器材：射線機、膠片、增感屏、像質計、鉛字、洗片藥液等；2、透照布置：外透內透、單壁雙壁、單影雙影；3、透照參數：管電壓、曝光量（時間）、焦距；4、輔助措施：如屏蔽散射線措施等第10頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四射線檢測(RT)

第一章射線檢測的物理基礎

第11頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構學習原子和原子核結構理論了解射線產生的機理一、原子1元素與原子的概念:

定義：元素－所有這些自然界的物體不論形態如何,功能如何,它們都是由一些最簡單、最基本的物質，即元素構成。

天然存在90多種，人工制造10多種

原子－組成單質和化合物分子的最小微粒，由原子核和核外電子構成。世界上一切物質都是由元素構成的，原子是元素的具體存在，是體現元素性質的最小微粒。第12頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構

2原子的構成:

原子是由原子核和核外電子所構成。電子圍繞原子核作隨機運動，相同能量的電子在相同的運動層(即軌道)上出現，有的人說是作行星運動，實質上是不準確的，因為行星運動，是由引力場維持的，而電子與原子核之間是由電場維持的，其本質是不同的；電子在一定軌道上繞核運動。原子是有質量、有尺寸的一種粒子。

第13頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四構成原子的微粒電子原子核質子中子電性和電量質量/kg相對質量構成原子的粒子及其性質1個電子帶1個單位負電荷1個質子帶1個單位正電荷不顯電性9.109×10-311.673×10-271.675×10-271/18361.0071.008第14頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構

（1）質量：幾乎集中在原子核內，核的密度非常大！如果：把核集中在1cm3

的體積內，那么：這1cm3

的體積內核的總重量為108噸！（2）大小：原子半徑10-8cm數量級。原子核半徑10-13cm數量級。如果：核的半徑為1cm，則原子半徑約為1km

即10-8/10-13=100000倍

第15頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構

（3）電荷：原子核帶正電；電子帶負電；原子為中性。（4）構成：原子核（質子+中子）+電子數量關系：質量數=質子數+中子數A=Z+N

質子數Z=核的正電荷數=電子數=原子序數

例：Co6060=27+33第16頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3原子結構理論第一節原子與原子結構原子結構模型的演變第17頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四玻爾理論（玻爾模型）

20世紀初二種不同的原子結構模型1903年：湯姆森假設：核子與電子在原子內均勻分布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年玻爾提出了完善的原子結構模型---玻爾模型.玻爾理論（玻爾模型）的要點：第一節原子與原子結構第18頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構電子層(軌道）:核外電子運動的特定區域.第19頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（1）原子只能存在一些不連續的穩定狀態，這些穩定狀態各有一定的能量E1、E2、E3.....En。處于穩定狀態中運動的電子雖然有加速度，但不發生能量輻射。能量的改變，由于吸收或放射輻射的結果或由于碰撞的結果。（2）原子從一個能量為En的穩定狀態過度到能量為Em的穩定狀態時，它發射（或吸收）單色的輻射，其頻率ν決定于下列關系式（稱為玻爾頻率條件）：

En、Em分別為較高、較低能級的能量值。穩定狀態的改變（或能量的改變）是不連續的。第一節原子與原子結構ΔE=En

－

Em=hν

第20頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四4玻爾理論中的幾個概念：基態：原子處于最低能量的狀態稱為基態，是穩定狀態；激發態：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；此時原子處于高能量狀態，稱為激發態，激發態是不穩定的狀態；原子的狀態特性：任何不穩定狀態的原子必將自動的回到穩定狀態即回到基態；該過程將釋放出能量，即產生輻射。釋放能量的過程可以一次回到基態，也可以逐次回到基態；第一節原子與原子結構第21頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構

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合能最低。

第22頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四氫原子的能級圖第一節原子與原子結構第23頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四二、原子核1原子核的結構精確的結構模型至今尚未建立多種模型并存的狀態：殼層模型，液滴模型...、2原子核的構成均勻分布不同數量的質子和不同數量的中子構成不同性質（元素）的原子核原子的原子量A代表該原子的原子核的質子和中子的總和:A=Z+N

第一節原子與原子結構第24頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3原子核的電荷正電荷=原子序數Z4原子核的半徑10-13----10-12cm5原子核的質量原子核的質量>>電子的質量;原子的質量原子核的質量原子核的總質量總是小于它的組成部分的質量和，主要是因為結合能的存在消耗一部分質量當量，由質能公式可算出結合能的大小。

6核的穩定性核的穩定性取決于質子與中子數量的組合質子與中子數量：

2、8、20、28、50、82、126最穩定。第一節原子與原子結構E=mc2

第25頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四7核內的幾種作用力庫侖力核力：存在于質子和中子間，是核穩定性的重要因素核力的性質：（1）核力與電荷無關；（2）核力是短程力；（3）核力

100倍庫侖力，是強相互作用力；（4）核力促成核子的二種結合形式成對結合：質子+中子對對結合：一對質子+一對中子

第一節原子與原子結構第26頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三、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：只有一個核電荷數的原子稱為氫元素，所有八個核電荷數的原子稱為氧元素。（2）元素符號:表示某種元素的一個符號，如H、O、Co（鈷）、Cs（銫）、Ir（銥）、Se（硒）、Tm（銩）、Yb（鐿）等A：原子量（原子質量數）。Z：原子序數：原子在元素周期表中的排列序號。原子核所帶的正電荷數。第一節原子與原子結構第27頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2核素：具有一定數目的質子和一定數目的中子的一種原子。如1H(H)、2H(D)、3H(T)就各為一種核素。氕[piē]氘[dāo]氚[chuān]

3同位素同一元素的不同核素之間互稱同位素。

如：H11，H12，H13

4元素周期律

1869門捷列夫發現元素周期律。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：元素的性質是隨著元素原子序數的增加而呈現出周期性的變化，這一變化的原因是它們的原子結構隨著原子序數的增加而呈現周期變化的規律。

第一節原子與原子結構第28頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四、放射性衰變原子核的重要性質—放射性1核的穩定性概念處于基態的原子核穩定性的。處于激發態的原子核是不穩定的。總是通過衰變釋放能量，變成另一種核素回歸到基態。衰變的定義：放射性元素放射出粒子后變成另一種元素的現象。也叫蛻變。不穩定(即具有放射性)的原子核在放射出粒子及能量后可變得較為穩定，這個過程稱為衰變(Radioactivedecay)。這些粒子或能量(后者以電磁波方式射出)統稱輻射(radiation)。由不穩定原子核發射出來的輻射可以是α粒子、β粒子、γ射線或中子。衰變方式分自然衰變與人工衰變。衰變模式有α衰變、β衰變、γ衰變。

第一節原子與原子結構第29頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第一節原子與原子結構輻射：射線由射線源向外發射的過程。帶電離子貫穿物質的本領較差2射線和輻射不帶電離子電中性貫穿物質的本領較強廣泛用于無損檢測第30頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3α衰變

放射性原子核釋放出α粒子的過程稱為α衰變。α衰變后，原子核內核子數的變化：α粒子是氦的原子核（He）核內：2個質子，2個中子。一次α衰變：質子數減少二個，中子數減少二個，原子量減少4。

α粒子所形成的α射線是一種電離輻射。α射線穿透能力很小，在空氣中也只能飛行幾個厘米，但電離能力很強。第一節原子與原子結構第31頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四4β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，β衰變后，原子核內核子數的變化：質子數增加一個，中子數減少一個，原子量不變。

β-衰變

β+衰變

β粒子所形成的β射線也是一種電離輻射。

β射線是正電子流或負電子流,它穿透能力較大，可穿透幾毫米厚的鋁，但電離作用較弱。

第一節原子與原子結構第32頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四5γ衰變

放射性原子核釋放出γ光子的過程稱為γ衰變(輻射)。

γ衰變通常是在α衰變和β衰變過程中發生的。

γ射線的釋放不影響原子核的核子數，僅減少原子核的能量。并非每一個α衰變和β衰變都釋放γ光子。

γ射線是波長很短的電磁波，穿透物體的能力很強，甚至可以穿透幾個厘米厚的鉛板，但電離作用很小。

第一節原子與原子結構第33頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四5人工放射性用高能粒子轟擊穩定原子核，使其變成不穩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：第一節原子與原子結構60CoT1/2=5.3年γ：1.17MeVβ：0.31MeVγ：1.33MeV第34頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

了解射線的各種性質及應用一、X射線和γ射線的本質與性質1本質：是電磁波從科學的角度來說，電磁波是能量的一種，凡是能夠釋出能量的物體，都會釋出電磁波。正像人們一直生活在空氣中而眼睛卻看不見空氣一樣，人們也看不見無處不在的電磁波。電磁波為橫波。

第35頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四電磁波的磁場、電場及其行進方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變（如圖所示），其強度與距離的平方成反比，波本身帶動能量，任何位置之能量功率與振幅的平方成正比。磁能隨著電場與磁場的周期變化以電磁波的形式向空間傳播出去，不需要介質也能向外傳遞能量，這就是一種輻射。如太陽與地球之間的距離非常遙遠，但在戶外時，我們仍然能感受到太陽光的光與熱。由于輻射強度隨頻率的減小而急劇下降，因此波長為幾百千米（105米）的低頻電磁波強度很弱，通常不為人們注意。

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。第二節射線的種類和性質

第36頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

第37頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四了解波長：

無線電波3000米～0.3毫米。

紅外線0.3毫米～0.75微米。

可見光0.7微米～0.4微米。

紫外線0.4微米～10毫微米

X射線100毫微米～0.001毫微米

γ射線0.1毫微米～0.0001毫微米

高能射線小于0.001毫微米

傳真（電視）用的波長是3～6米；

雷達用的波長更短，3米到幾毫米。第二節射線的種類和性質

第38頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

2波動關系：λ（波長?），C（光速），ν（頻率）3波長單位：埃?=10-10m=10-8cm；納米nm=10-9m。

4性質：（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）具有某些光學特性：反射，折射（折射系數近1），有干涉和衍射；（4）具有極大的能量，能穿透物體；（5）能與物質發生復雜的物理和化學作用：如電離作用、熒光作用、熱作用和光化學作用；（6）能殺傷生物細胞，破壞生物組織，具有輻射生物效應。第39頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

二X射線的產生及其特點第二節射線的種類和性質

陽極高電壓陰極電子-+X射線發生器曝光記錄設備X射線產生示意圖輻射滲透試樣X射線的產生：陰極燈絲通電加熱---放出電子---在高壓下高速撞擊陽極靶面---部分以X射線能量形式輻射出來第40頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四1連續X射線（白色X射線，多色X射線）

X射線:射線束中包括---連續X射線和特征X射線產生機理：根據電動力學理論，作加速運動（包括負加速運動）的帶電粒子將產生電磁輻射。X射線管內高速運動的電子與靶原子碰撞時，與原子核外庫侖場作用，而產生電磁輻射，稱為韌致輻射(產生了X射線）。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（韌致輻射）。第二節射線的種類和性質

第41頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

2連續X射線譜及最短波長：根據經典電動力學理論，韌致輻射的能量與停速時間Δt成反比E∽1/ΔtΔt--連續變化，E--連續變化，

λ--連續變化

λmin的導出：電場能=電子動能=光子能+消耗能,消耗能遠小于光子能，故忽略消耗能，由此推導出最短波長如下：

連續譜的最短波長單位：λmin：埃。U：千伏。

例：U=200Kv,λmin=12.4/200=0.062埃

第42頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

連續譜中最大強度對應的波長不同管電壓下鎢靶連續X射線

第43頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

3連續X射線強度分布曲線及強度計算：連續譜曲線極其復雜！通過求面積積分導出總強度的公式：

連續x射線總強度式中：K--系數1.1--1.4×10-6

Z--原子序數；i--管電流；U--管電壓影響強度的因素U、Z、i大家要了解并會運用這個公式，對于特定的射線機，其強度與管電壓的平方成正比。曝光量E＝It也就是說曝光時間與管電壓的平方成反比。現舉例說明，希望大家能在實際工作中運用自如，第44頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

管電壓、管電流變化對X射線譜的影響第45頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四例：某單位用X射線機透照一工件，在150KV的管電壓下，曝光5分鐘，得2.5的黑度值，其它透照參數不變，現將管電壓提到180KV，要得到相同的黑度值(沖洗條件一樣），其曝光時間應為多少分鐘？解：由題意已知，U1＝150KV

t1=5E1=E2(黑度相同）U2＝180KV求t2=？由公式E=ItI=KZiU2

可推導出：KZiU12t1=

KZiU22t2t2=U12t1/U22=(150/180)2×5=3.5分鐘答：180KV時的曝光時間應為3.5分鐘。第二節射線的種類和性質

第46頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

4連續X射線的效率（轉換效率）：

x射線轉換效率

影響轉換效率的因素K、U、Z

例：Z=74；U=200；求ηη=1.4×10-6×74×200=2%

第47頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四三標識X射線（特征X射線，線狀X射線，單色X射線）1標識X射線產生機理能量較大的電子入射到靶材料的原子中，與殼層電子碰撞，擊出內電子，使原子處于激發態（吸收）；激發態原子釋放能量發射光子（輻射）。即發射標識X射線。

第二節射線的種類和性質

第48頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四產生標識X射線的條件：管電壓>某一臨界值時，才能產生標識X射線。標識射線的波長是不連續的。它取決于靶面的材料。它通常用于對材料的化學成分進行定性分析。在無損檢測中，因強度低，幾乎不起作用。例：W靶：69.5KV開始產生標識X射線；Mo靶：20KV開始產生標識X射線；

第二節射線的種類和性質

第49頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2標識譜及其特征標識X射線譜是疊加在連續譜上的單色譜。其線系為：入射到K層的發射K系標識X射線，KαKβ…

入射到L層的發射L系標識X射線,LαLβ...

入射到M層的發射M系標識X射線,MαMβ....

第二節射線的種類和性質

第50頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四四連續X射線與標識X射線的區別（1）產生機理不同.（2）能量與波譜不同.（3）強度不同.X射線管產生的X射線包括：連續X射線和標識X射線。

第二節射線的種類和性質

第51頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四五γ射線1產生原理原子核的重要性質----放射性放射性同位素產生α或β衰變之后，若仍處于高能級的激發狀態，必定要釋放多余的能量回到低能級的穩定狀態（基態），這時原子核發射γ射線釋放多余的能量，其機理是核內能級之間的躍遷產生的。第二節射線的種類和性質

第52頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

2衰變規律與半衰期放射性同位素的衰變服從指數規律:

式中：No--初始狀態的放射性原子核數（或活度）；

N–經過t時間后的放射性原子核數（或活度）；

λ--衰變常數。并非每一次衰變都發射γ射線。放射性同位素的能量不隨時間改變。

第53頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

半衰期的定義：放射性同位素原子核數（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T1/2。例：Co60T1/2=5.3年

λ=0.693/5.3年=0.130/年衰變的簡便計算公式

第54頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四3γ射線譜---線狀譜

Co60:2根；Ir192:24根；Cs137:1根；4γ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5γ射線的強度單位時間落到單位面積上的光子數第二節射線的種類和性質

第55頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四6X射線和γ射線比較相同點:

（1）都是電磁波，本質相同；（2）都具有反射，折射等光學性質；（3）都能使膠片感光；（4）都是電磁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律.

不同點:（1）產生方式不同；（2）能量變化不同：X--可控，可調，取決于管電壓；γ--不可控，不可調，取決于源的性質；（3）強度變化不同：X--可控，可調，取決于U，i,Z；γ--隨時間變化；（4）波譜形式不同。

第二節射線的種類和性質

第56頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四7工業探傷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轟擊使其發生核反應。核反應不能逆轉，不能恢復！第二節射線的種類和性質

第57頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四思考題：測得Ir192源1m處的初始強度為80Ci，問50天后，1m處的強度為多少Ci？注:Ir192半衰期為75天。第二節射線的種類和性質

第58頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四八射線的能量與強度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，因此透徹的理解能量與強度概念，是十分重要的。如紅燈、黃燈代表不同波長,即不同能量。而這些燈可以有5w,50w,500w,這代表強度。第二節射線的種類和性質

第59頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四能量強度數目能量射線的穿透能力底片的黑度x管電壓γ源的種類第60頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四1能量射線的穿透力取決于射線的能量,猶如人說話一樣，說話聲音大，所發出的能量高，聲音就傳導得更遠。能量也稱為線質；能量的單位：ev或爾格1ev=1.6x10-12

爾格。射線穿透物質后，能量是不變的，只有強度發生變化（射線根數減少）。

X射線（光子）能量的表達與計算

E=hν=hc/λλ=12.4/E（與λmin=12.4/U有本質區別）這里：E的單位：Kev;λ的單位：埃。

第二節射線的種類和性質

第61頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

連續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；

60Co：1.17Mev1.33Mev。137Cs:0.66Mev192Ir: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。

第二節射線的種類和性質

第62頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四如何確定220KV射線的能量：先求:λmin=12.4/U=0.05636埃再求:最短波長所對應的射線能量Emax=hν/λmin=0.220(Mev)即：220kv管電壓產生的X射線光子最大能量0.22Mev。第二節射線的種類和性質

第63頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2強度射線對膠片的感光取決于它的強度。在日常生活中我們經常碰到強度這一概念，但大家恐怕對強度這一概念的具體定義或含意不一定了解準確。力學性能中的強度，電流強度（電流），電場強度，聲強、壓強，光強等都是強度，均與面積密切相關，是單位面積存在或通過多少的一個量度，是一個統計概念。就燈泡來說，一定瓦數的燈，決定了它發出可見光的根數大小，靠近燈我們會感覺發熱，是因為我們在單位面積上接收的根數多。強度的測量主要用計數器的方法。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。第二節射線的種類和性質

第64頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四連續X射線的強度I=KZiU2

γ射線的強度γ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生衰變的次數稱為放射強度。常用居里作為單位。1居里（Ci)=3.7×1010

次/秒（Bq)放射強度隨時間的改變而改變，其變化規律為：I=Ioe-λt

比活度：每克放射性物質的放射強度稱為比活度，單位：居里/克。

第二節射線的種類和性質

第65頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（B）照射強度：（又稱輻照強度，照射量率）單位時間內落在一定距離的照射面上(嚴格定義應為“標準狀況下，一立方厘米空氣內）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。第二節射線的種類和性質

第66頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

（3）放射強度和照射強度的轉換關系a)通過放射常數Kr（又稱特征強度）轉換。轉換公式：

（倫/時）

A-放射強度,R-距源距離,對每種γ射線源來說，Kr是常數。Kr的含義：放射強度為1居里的γ源，相距1米處的照射強度值稱為特征強度，或放射常數Kr.

第67頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第二節射線的種類和性質

b)通過克鐳當量轉換轉換公式：I=(倫琴/時)對每種γ射線源來說，M是常數。M的含義：根據測定：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毫克鐳當量。例如：Co60，用Kr系數計算，1居里Co60在1厘米處的照射強度為13000R/h。相當于13000/8.4=1547.6毫克鐳，即1.54克鐳.結論為：1居里Co60相當于1.54克鐳的照射強度。

第68頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第三節射線與物質的相互作用

學習射線與物質的作用效應理論與射線能量的關系與物質性質的關系作用；學習射線與物質相互作用的目的解釋與計算穿透時的衰減現象，感光作用等。

第69頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

一、射線通過物質的衰減

射線穿過物質時，與物質中的原子發生撞擊、產生能量轉換，引發能量的衰減和以下種種物理效應。

1、射線與物質的相互作用

射線與物質的相互作用主要有三種過程：光電效應、康普頓效應和電子對的產生。這三種過程的共同點是都產生電子，然后電離或激發物質中的其他原子；此外，還有少量的瑞利散射（湯姆遜效應)。光電效應和康普頓效應隨射線能量的增加而減少，電子對的產生則隨射線能量的增加而增加，四種效應的共同結果是使射線在透過物質時強度產生衰減。

第70頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

每束射線都具有能量為E=hv的光子。光子運動時保持著它的全部動能。光子能夠撞擊物質中原子軌道上的電子，若撞擊時光子釋放出全部能量，將所有能量傳給電子，使其脫離原子而成為自由電子，光子本身消失。

這種現象稱為光電效應。光子的一部分能量把電子從原子中逐出去，剩余的能量則作為電子的動能被帶走，于是該電子可能又在物質中引起新的電離。當光子的能量低于1MeV時，光電效應是極為重要的過程。（1）光電效應

光電效應

光電子光子第71頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四光電效應的特點光子消失。能量全部轉移到光電子上。伴有特征射線產生（電子躍遷輻射）。由于內層軌道電子被出軌道，在內層軌道上產生空位，外層軌道上的電子將躍遷到內層軌道去補充空位，并釋放出多余的能量，產生熒光（特征）X射線，或稱熒光輻射。發生概率與光子能量和物質的原子序數有關。低能光子與高原子序數的物質原子作用時，發生光電效應的概率較高。光電子的發射方向與光子能量有關。光子能量越高，光電子發射的方向越接近光子的入射方向。

第72頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（2）康普頓效應在康普頓效應中，一個光子撞擊一個電子時只釋放出它的一部分能量，結果光子的能量減弱并在和射線初始方向成θ角的方向上散射，而電子則在和初始方向成φ角的方向上散射。這種現象稱為康普頓效應。這一過程同樣服從能量守恒定律，即電子所具有的動能為入射光子和散射光子的能量之差，最后電子在物質中因電離原子而損失其能量。康普頓效應

反沖電子

光子

第73頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

康普頓效應的特點主要與受原子核束縛較弱的外層軌道電子和自由電子相互作用；有反沖電子產生；光子能量降低且改變方向形成散射線；這種散射線在探傷中對射線照相質量影響最大。發生康普頓效應的概率與光子能量和物質的原子序數相關；原子序數低的元素康普頓效應發生的可能性很高；對中等能量的光子，康普頓效應對各種元素都是主要的作用。第74頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（3）電子對的產生

在原子核場的作用下，一個具有足夠能量的光子釋放出它的全部動能而轉化具有同樣能量的一對正負電子，光子則完全消失，這樣的過程稱為電子對的產生。產生電子所需的最小能量為0.51MeV，所以光子能量hv必須大于等于1.02MeV。

電子對的產生和消失

第75頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四

電子對效應的特點產生電子對。光子能量必需大于1.02MeV。產生一對正負電子所需要的能量是1.02MeV，其余能量轉化為電子的動能。正電子的壽命很短，在產生后的極短時間內會與附近的負電子結合而消失，與之同時產生兩個能量分別為0.51MeV的光子向相反方向輻射出去。這個現象稱為電子湮沒。發生電子對效應的幾率與物質原子序數的平方成正比，近似與光子能量的對數成正比，所以電子對效應在光子能量較高、原子序數較高時是一種重要的作用。第76頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四（4）瑞利散射

入射光子與束縛較牢固的內層軌道電子發生彈性碰撞過程，束縛電子只是吸收入射光子后躍遷到高能級隨即放出一個能量約等于入射光子的散射光子，并沒有脫離原子，所以散射線與入射線具有相同的波長，能發生干涉的散射過程。

第二章射線檢測第77頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四瑞利散射的特點

發生幾率和物質的原子序數及入射光子的能量有關。大致與物質原子序數Z的平方成正比，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。入射光子能量在200KV以下時瑞利散射影響不可忽略。第78頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四光子與物質相互作用的比較效應光子能量作用對象作用產物光電效應較低內層軌道電子光電子俄歇電子熒光射線康普頓效應中等外層軌道電子、自由電子散射光子反沖電子電子對效應≥1.02MeV原子核或電子正負電子對瑞利散射低內層軌道電子光子第79頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四光子和物質間的相互作用與光子能量及物質原子序數之間的關系：第80頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四A.吸收：主要是電子獲取了光子的全部或部分能量，光子的能量降低或消失，而電子的能量又被物質吸收。

B.散射：光子與核外電子相互作用后，失去部分能量，且改變傳播方向，形成散亂射線。

C.衰減：由于光子能量被物質吸收，或改變傳播方向，致使直接透過物體的一次射線強度低于入射射線強度，這稱為射線強度發生了衰減。衰減=吸收+散射2射線的衰減第81頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四穿過物體后透射射線的組成：入射線一次射線熒光輻射散射線電子（熒光電子、反沖電子、電子對）第82頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四二射線強度的衰減規律1單色、窄束射線強度的衰減規律所謂單色射線是指：能量（波長）單一的射線。所謂窄束射線是指：在射線穿過物質后到達膠片的只有直透射線，而沒有其它散亂射線的射線束。膠片吸收體工件吸收體窄束射線的產生工件膠片寬束射線第83頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四射線穿過物質后其強度的衰減與物質的性質、厚度及射線光子的能量相關。單色窄束射線在穿過物質的過程中，光子能量不發生改變，衰減系數不變。在厚度很小的均勻介質中射線強度的衰減量與射線強度和穿過物質的厚度成正比，與物質的吸收系數成正比。即：對上式積分可得：第84頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四窄束、單色射線的強度衰減公式:式中：I0—入射射線強度I—透射射線強度T—穿過的物質厚度μ—線衰減系數e—自然對數的底，約等于2.718第85頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四窄束射線的衰減曲線第86頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四2衰減系數μ衰減系數表示射線穿過物質的過程中，射線光子與物質原子發生作用的概率（可能性）。線衰減系數μ：入射光子在物質中穿過單位距離（如1cm）時，平均發生各種相互作用的概率。線衰減系數μ可用下式表示：μ＝τ＋σC＋σR＋κ式中：τ—光電效應的線衰減系數

σC—康普頓效應的線衰減系數

σR—瑞利散射的線衰減系數

κ—電子對效應的線衰減系數也可表示為：

μ＝τ＋σ（線吸收系數+線散射系數）第87頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四質量衰減系數μm：線衰減系數除以物質密度所得的值。即：μm＝μ/ρ

（ρ為物質密度）μm＝τm＋σm對于常用的能量和常見的物質，μm與物質的原子序數Z和光子能量（波長λ）的關系可近似以下式表示：對同樣能量的射線，物質原子序數越大，物質的密度越大，射線在物體中受到的衰減越大；對不同能量的射線，穿過同一物體時，能量低的射線將受到更大的衰減。第88頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四以下是鐵的線衰減系數曲線，圖中，R曲線是瑞利散射部分，PE曲線是光電效應部分，C曲線是康普頓效應部分，PP曲線是電子對效應部分，T曲線是總衰減系數。第89頁，共97頁，2023年，2月20日，星期四第三節射線與物質的相互作用

3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