射线检测课件.ppt

《射线检测课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章射线检测2.1射线检测的物理基础一、射线的种类和频谱在射线检测中应用的射线主要是X射线、γ射线和中子射线。X射线和γ射线属于电磁辐射，而中子射线是中子束流。1)X射线X射线又称伦琴射线，是射线检测领域中应用最广泛的一种射线，波长范围约为0.0006～100nm(见图2-1)。在X射线检测中常用的波长范围为0.001～0.1nm。X射线的频率范围约为3×109～5×1014MHz。图2-1射线的波长分布2)γ射线γ射线是一种波长比X射线更短的射线，波长范围约为0.0003～0.1nm（见图

2、2-1），频率范围约为3×1012～1×1015MHz。工业上广泛采用人工同位素产生γ射线。由于γ射线的波长比X射线更短，所以具有更大的穿透力。在无损检测中γ射线常被用来对厚度较大和大型整体工件进行射线照相。3）中子射线中子是构成原子核的基本粒子。中子射线是由某些物质的原子在裂变过程中逸出高速中子所产生的。工业上常用人工同位素、加速器、反应堆来产生中子射线。在无损检测中中子射线常被用来对某些特殊部件(如放射性核燃料元件)进行射线照相。二、X射线的产生X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的

3、特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。它能使一些结晶物体发生荧光、气体电离和胶片感光。X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶(一般是重金属)上而产生的,见教材p47。图2-2是在35kV的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射线，即Kα线和Kβ线。若要得到钨的Kα线和Kβ线，则电压必须加到70kV以上。图2-2钨与钼的X射线谱1）连续X射线根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐射。

4、在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。在任何X射线管中，只要电压达到一定数值，连续X射线总是存在的。连续X射线具有以下特点：(1)连续X射线的波长与阳极的材料无关。(2)连续X射线的波长在长波方向，理论上可以扩展到λ=∞；而在短波方向，实验证明具有最短波长λmin(见图2-2)，且有（2-1）式中：U为X射线管的管电压，单位为kV。（3）X射

5、线管的效率为（2-2）式中：P=αZIU2为连续X射线的总功率；P0=IU为输入功率；Z为阳极的原子序数；U为管电压，单位为kV；α为常数，约等于1.5×10-6。(4)X射线管的管电压愈高，其连续X射线的强度愈大，而且其最短波长λmin愈向短波方向移动，如图2-3所示。图2-3不同管电压下钨靶连续X射线2）标识X射线根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射谱线的形式放出能量。在X射线管内，高速运动的电子到达阳极靶时将产生连续X射线。如果

6、电子的动能达到相当的数值，可足以打出靶原子(通常是重金属原子)内壳层上的一个电子，该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。于是原子的内壳层上有了一个空位，邻近壳层上的电子便来填空，这样就发生相邻壳层之间的电子跃迁。这种跃迁将发射出线状的X射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关，因此称其为标识X射线或特征X射线。标识X射线通常频率很高，波长很短。三、射线的特性1具有穿透物质的能力2不带电荷、不受电磁场的作用3具有波动性、粒子性，即所谓的二象性4能使某些物质起光化学作用5能使气体电离

7、和杀死有生命的细胞四、射线通过物质的衰减定律1）射线与物质的相互作用射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。这三种过程的共同点是都产生电子，然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆森效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。（1）光电效应。在普朗克概念中每束射线都具有能量为E=hv的光子。光子运动时保持着它的全部动能。光子能够撞击物质中原子轨道上的电子，若撞击

8、时光子释放出全部能量，并将原子电离，则称为光电效应(见图2-4)。光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。当光子的能量低于1MeV时，光电效应是极为重要的过程。另外，光电效应更容易在原子序数高的物质中产生，如在铅(Z＝82)中产生光电效应的程度比在铜(Z=29)中大得多。图2-4光电效应（2）康普顿效应。在康普顿效应(见图2-5)中，一个光子撞击一个电子时只释放出它的一部