射线理论要点2012

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1、第一章射线检测的物理基础1.1射线的产生及性质1.1.1射线的分类射线是宏观上直线高速运动的微观粒子流。物理学上的射线又称辐射。射线种类很多，其性质、产生机理、与物质作用时的行为也各不相同，有人为产生的射线，也有客观存在的射线。按射线粒子是否带有电荷可做如下分类：1、带有电荷的射线带有电荷的射线种类很多。根据所带电荷性质不同又可把它们分为带正电荷的射线和带负电荷的射线。前者如：α射线、质子射线等；后者如β射线（电子束）等。2、不带电荷的射线这类射线如x射线、γ射线、中子射线等。这些微观粒子本身都不带电荷，其中中子射线是一种实际存在的物质粒子，有质量、大小

2、；而x、γ射线是没有静止质量、几何尺寸，但有一定能量的光量子。实质上，x、γ射线的本质都是电磁波的一部分。如图1-1所示：辐射波长单位:埃(Å)10610510410310210110-110-210-310-410-5Å(105)(104)(103)(102)(10)(1)(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)(10-6)nm可x射线无线电波红外线见紫外线γ射线宇宙射线光图1-1电磁波谱因为x、γ射线不带电荷，没有质量，所以它们不受电磁场的影响，在与物质作用时有较强的穿透力，一般射线探伤用的都是x、γ射线，而中子射线和高能射线探伤

3、只在很小范围内使用，所以这里只对x、γ射线进行讨论。1.1.2射线的产生1、X射线（亦称“伦琴射线”）的产生根据经典的电磁理论，高速运动的带电粒子受阻会产生电磁辐射，亦称韧致辐射。在射线管两极高电压的作用下，从阴极发出的电子会得到加速，高速运动的电子在受到阳极靶的阻遏时将产生韧致辐射，使一部分能量转变成x射线，而绝大部分则以热能形式释放出来。产生x射线的基本条件：(1)要有一定数量的电子(2)电子向一定方向高速运动(3)在电子前进的路径上，有阻止电子运动的障碍物。2、γ射线的产生质子数相同而中子数不同的元素称为同位素。同位素有稳定和不稳定两种，不稳定同位

4、素也叫放射性同位素，它会自发蜕变，变成另一种元素，同时放出各种射线，这种现象称为放射性衰变。γ射线是放射性同位素经过衰变（α或β）后，从激发态向稳定态过度的过程中，从原子核内发出的。以放射性同位素Co60为例，Co60经过一次β衰变成为处于2.5兆电子伏特激发态的Ni60，随后放出能量分别为1.17MeV和1.33MeV的两种γ射线而跃迁到基态。1.1.3射线的特性1、射线的能量与强度能量是指单个的光量子的能量或多个光量子的能量的平均值。光量子的能量（E）与频率（υ）成正比。E=hυ=hc/λ(1.1)式中λ—射线的波长c—射线传播速度h—普朗克常数(h

5、=6.625×10-34)X射线的能量由射线管两端所加的电压决定。γ射线的能量由放射性同位素的种类决定。一种放射性同位素可能放出许多种能量的γ射线，对此取其所辐射的所有能量的平均值作为该同位素的辐射能量。例如Co60的平均能量为（1.17+1.33）/2=1.25MeV。能量越高,线质越硬,穿透力越强。x、γ射线的强度是指单位时间内通过单位面积的所有光量子的能量和。10相对8强6度42钨靶35KV(Z=74)钼靶35KV(Z=42)2、射线的谱线特征（1）X射线X射线是由于韧致辐射所产生的，所以它的本质是电磁波，图1-2是x射线的波谱分布图，从图中可以看

6、出x射线分为连续谱和标识谱（特征谱）。00.20.40.60.81.0波长Å当电子（撞击阳极靶）能量（kev）不超过某一限定（靶金属k层结合能）时，仅为连续谱；如超过某一限度则除连续谱以外，还迭加一些标识谱。图1-2x射线波谱分存布u连续谱的产生及特点大量电子与靶相撞，减速过程各不相同，少量电子经一次减速就失去全部动能，而大多数电子经多次制动逐步丧失动能，这就使得能量转换过程中所发出的电磁辐射可以具有各种波长，因此x射线的波谱呈连续分布。连续谱存在着一个最短波长λmin,其数值只依赖于外加电压 V而与靶材料无关，如果一个电子在电场中得到动能E=eV与靶一

7、次撞击,这些动能全部转换为辐射能，则辐射的波长可按下式计算。E=eV=hυ=hc/λmin(1.2)则(1.3)式中：h—普朗克常数(h=6.625×10-34)；C—光速(c=3×108m)；e—电子电量(e=1.6×10-19)；V—管电压(单位：千伏)连续谱中最大强度对应的波长λIM=1.5λmin(1.4)在实际检测中，以最大强度波长λIM为中心的邻近波段的射线起主要作用。连续x射线的总强度IT可用连续谱曲线下所包含的面积表示（积分法）。试验证明，IT与管电流i，管电压V，靶材料原子序数Z有以下关系：IT=KiiZV2(1.5)式中，Ki—比例常

8、数，Ki≈1.1~1.4×109管电流越大，表明单位时间撞击靶的电子数越多；管电