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1、关于射线检测的物理基础第1页，讲稿共90张，创作于星期日2第一节第一节 原子与原子结构原子与原子结构一一 原子原子 1 1 原子的概念原子的概念:*定义：组成单质和化合物分子的最小微粒，是元素的具体体现定义：组成单质和化合物分子的最小微粒，是元素的具体体现,是体现是体现元素性质的最小微粒元素性质的最小微粒,由原子核和核外电子构成。由原子核和核外电子构成。2 2 原子的构成：图原子的构成：图11 11 动画演示动画演示*原子是由原子核和核外电子所构成。原子是由原子核和核外电子所构成。*电子围绕原子核作行星运动；电子在一定轨道上饶核运动。电子围绕原子核作行星运动；电子在一定轨道上饶核运动。*原子是
2、有质量、有尺寸的一种粒子。原子是有质量、有尺寸的一种粒子。（1 1）质量：几乎集中在原子核内，核的密度非常大！）质量：几乎集中在原子核内，核的密度非常大！如果：把核集中在如果：把核集中在 1 1cmcm3 3 的体积内，那么：这的体积内，那么：这1 1cmcm3 3 的体积内核的总重的体积内核的总重量为量为 10 108 8 吨！吨！（一万万吨！）（一万万吨！）第2页，讲稿共90张，创作于星期日3（2）大小：原子半径）大小：原子半径 10-8 cm 数量级。数量级。原子核半径原子核半径 10-13cm 数量级。数量级。如果：核的半径为如果：核的半径为 1cm 核（核（1cm）电子电子 n*（约
3、（约1000米）米）n10-8/10-13=100000 倍倍（3）电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。）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）构成：原子核（质子+中子）中子）+电子电子 数量关系：原子量数量关系：原子量=质子数质子数+中子数中子数 A =Z +N 例：例：60钴钴 60 =27 +33质子数质子数Z=核的正电荷数核的正电荷数=电子数电子数=原子序数原子序数第3页，讲稿共90张，创作于星期日原子结构理论原子结构理论.第4页，讲稿共90张，创作于星期日5 3 3 原子结构理论原子结构理论 *20 *20世纪初二种不同的原子结构模型世纪初二种
4、不同的原子结构模型19031903年：汤姆森假设：核子与电子在原子内均匀分布年：汤姆森假设：核子与电子在原子内均匀分布#19111911年：卢瑟福模型：行星分布年：卢瑟福模型：行星分布 图图1111 *散射实验否定了汤姆森假设肯定了卢瑟福模型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，卢瑟福模型不完善，19131913年玻尔提出了完善的原子结构模型年玻尔提出了完善的原子结构模型 -玻尔模型玻尔模型.玻尔理论（玻尔模型）的要点：玻尔理论（玻尔模型）的要点：（1 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）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
5、定的能量E1E1、E2E2、E3.EnE3.En。处于稳定状态中运动的电子虽然有加速度，但不发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，是由于吸收或生能量辐射。能量的改变，是由于吸收或 放射辐射的结果或由于放射辐射的结果或由于碰撞的结果。碰撞的结果。（2 2）原子从一个能量为）原子从一个能量为EnEn的稳定状态过度到能量为的稳定状态过度到能量为EmEm的稳定状态时，它发射的稳定状态时，它发射（或吸收）单色的辐射，其频率（或吸收）单色的辐射，其频率决定于下列关系式（称为玻尔频率条决定于下列关系式（称为玻尔频率条件）：件）：hh（光量子能量）（光量子能量）=En-Em E
6、n=En-Em En、EmEm分别为较高、较低能级的能分别为较高、较低能级的能量值。稳定状态的改变（或能量的改变）是不连续的量值。稳定状态的改变（或能量的改变）是不连续的第5页，讲稿共90张，创作于星期日64 4 玻尔理论中的几个概念：玻尔理论中的几个概念：图图11 11 *基态：原子处于最低能量的状态称为基态，是稳定状态；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 称为激称为激发；此时原子处于高能量状态，称为激发态，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
7、；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；该过程将释放出原子高于基态的能量，即产生辐射。释放能量的到基态；该过程将释放出原子高于基态的能量，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；过程可以一次回到基态，也可以逐次回到基态；*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）；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，外壳层能能级：用
8、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。级最高，但外壳层上的电子结合能最低。第6页，讲稿共90张，创作于星期日7二二 原子核原子核 1 1 原子核的结构原子核的结构 *精确的结构模型自今尚未建立精确的结构模型自今尚未建立 *多种模型并存的状态：壳层模型，液滴模型多种模型并存的状态：壳层模型，液滴模型.、2 2 原子核的构成原子核的构成 图图13 13 *均匀分布均匀分布 *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）的原子核核 *原子的原子量原子的原子量A A代表该原子的原子核的质子和中
9、子的总和代表该原子的原子核的质子和中子的总和:A=Z+NA=Z+N 3 3 原子核的电荷原子核的电荷 正电荷正电荷=原子序数原子序数 Z Z 4 4 原子核的半径原子核的半径 10 10-13-13-10-10-12-12 cmcm 5 5 原子核的质量原子核的质量 原子核的质量原子核的质量 电子的质量电子的质量;原子的质量原子的质量 原子核的质量原子核的质量第7页，讲稿共90张，创作于星期日8 6 6 核的稳定性核的稳定性 *核的稳定性取决于质子与中子数量的组合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：质子与中子数量：2 2、8 8、2020、2828、5050、8282、126
10、 126 最稳定。最稳定。7 7 核内的几种作用力核内的几种作用力 *库仑力：库仑力：库仑力是静电力，是电荷间的作用力库仑力是静电力，是电荷间的作用力 *核力核力 ：存在于质子和中子间，是核稳定性的重要因素：存在于质子和中子间，是核稳定性的重要因素 核力的性质：核力的性质：（1 1）核力与电荷无关；）核力与电荷无关；（2 2）核力是短程力；）核力是短程力；（3 3）核力比库仑力约大）核力比库仑力约大100100倍，是强相互作用力；倍，是强相互作用力；（4 4）核力促成粒子的二种结合形式）核力促成粒子的二种结合形式 成对结合：成对结合：质子质子+中子中子 对对结合：对对结合：一对质子一对质子+一
11、对中子一对中子第8页，讲稿共90张，创作于星期日9三三 元素及元素周期律元素及元素周期律 1 1 元素的概念元素的概念 （1 1）定义：具有相同核电荷的一类原子称为元素。）定义：具有相同核电荷的一类原子称为元素。例如：所有一个核电荷数的原子称为例如：所有一个核电荷数的原子称为 氢元素，氢元素，所有八个核电所有八个核电荷数的原子称为氧元素荷数的原子称为氧元素.（2 2）元素符号）元素符号:表示某种元素的一个符号表示某种元素的一个符号 A A：原子量（原子质量数）。原子量（原子质量数）。Z Z：原子序数：原子在元素周期表中的排列序号。原子核所带的正电原子序数：原子在元素周期表中的排列序号。原子核所
12、带的正电荷数。荷数。图图1212 2 2 同位素同位素 *质子数相同而质量数不同的元素称为同位素。质子数相同而质量数不同的元素称为同位素。如：如：1 1H H，2 2H H，3 3H H 图图1212第9页，讲稿共90张，创作于星期日103 3 元素周期律元素周期律 *1869 *1869门捷列夫发现元素周期律门捷列夫发现元素周期律 *自然定律自然定律:玻尔理论对元素周期律的科学解释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而呈现出周期性的变化
13、，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。子序数的增加而呈现周期变化的规律。四四 放射性衰变放射性衰变 1 1 原子核的重要性质原子核的重要性质-放射性放射性 *核的稳定性概念核的稳定性概念 *处于基态的稳定性原子核处于基态的稳定性原子核.*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。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和衰变的定义：在无外界作用下，不稳定原子核自发释放出中子和质子，转变为另一种元素的原子核，这种现象称为衰变。质子，转
14、变为另一种元素的原子核，这种现象称为衰变。*自然衰变与人工衰变自然衰变与人工衰变 *稳定同位素与不稳定同位素稳定同位素与不稳定同位素 *放射性同位素与人工放射性同位素放射性同位素与人工放射性同位素.第10页，讲稿共90张，创作于星期日射线和辐射射线和辐射射线射线:由各种放射由各种放射性核素发射出的性核素发射出的、具有特定能量、具有特定能量的粒子或光子束的粒子或光子束流。流。辐射：射线由射辐射：射线由射线源向外发射的线源向外发射的过程。过程。带电离子带电离子贯穿物质的本领较差贯穿物质的本领较差不带电离子不带电离子电中性电中性贯穿物质的本领较强贯穿物质的本领较强广泛用于无损检测广泛用于无损检测第1
15、1页，讲稿共90张，创作于星期日122 衰变衰变 *放射性原子核释放出放射性原子核释放出粒子的过程称为粒子的过程称为衰变，放出带衰变，放出带2个正电荷的氦核。个正电荷的氦核。*衰变后，原子核内核子数的变化：衰变后，原子核内核子数的变化：粒子是氦的原子核（粒子是氦的原子核（He)核内：核内：2个质子，个质子，2个中子个中子 一次一次衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原 子量减少子量减少4。图。图13 *粒子所形成的粒子所形成的射线是一种电离辐射。射线是一种电离辐射。射线穿透能力很小，在空气中也只能飞行几个厘米，但电射线穿透能力很小，在空气中也只能飞行几
16、个厘米，但电离能力很强。离能力很强。3 衰变衰变n放射性原子核释放出放射性原子核释放出粒子的过程称为粒子的过程称为衰变。衰变。*衰变后，原子核内核子数的变化：衰变后，原子核内核子数的变化：粒子是电子粒子是电子,一次一次衰变：质子数增加一个，原子量不变。衰变：质子数增加一个，原子量不变。图图13 粒子所形成的粒子所形成的射线也是一种电离辐射。射线也是一种电离辐射。射线是正电子流或负电子流射线是正电子流或负电子流,它穿透能力较大，可穿透几毫米厚的铝，但电离作用较弱。它穿透能力较大，可穿透几毫米厚的铝，但电离作用较弱。第12页，讲稿共90张，创作于星期日134 衰变衰变(辐射辐射)放射性原子核释放出
17、放射性原子核释放出光子的过程称为光子的过程称为衰变衰变(辐射辐射)。衰变通常是在衰变通常是在衰变和衰变和衰变过程中发生的。衰变过程中发生的。射线的释放不影响原子核的核子数，仅减少原子核的能量。射线的释放不影响原子核的核子数，仅减少原子核的能量。*并非每一个并非每一个衰变和衰变和衰变都释放衰变都释放光子。光子。射线是波长很短的电磁波，穿透物体的能力很强，甚至可以穿透几个厘米厚的铅板，射线是波长很短的电磁波，穿透物体的能力很强，甚至可以穿透几个厘米厚的铅板，但电离作用很小但电离作用很小。5 人工放射性人工放射性n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，这用高能粒子轰击稳定原子
18、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。些原子核具有人工放射性。n*钴钴60的典型衰变的典型衰变 图图251.钴钴60是由稳定同位素钴是由稳定同位素钴59被中子照射后被中子照射后形成的。形成的。2.钴钴60不稳定，放出不稳定，放出粒子变成同位素镍粒子变成同位素镍60，受激状态的镍，受激状态的镍60，连续放出，连续放出2个各带有个各带有1.17和和1.33MeV的的射线光子后变为稳定状态。射线光子后变为稳定状态。第13页，讲稿共90张，创作于星期日14原子结构汇总第14页，讲稿共90张，创作于星期日15 第二节第二节 射线的种类和性质射线的种类和性质*了解射线的各种性质
19、及应用了解射线的各种性质及应用一、一、X X射线和射线和射线的本质与性质射线的本质与性质 1 1 本质：本质：电磁波电磁波 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。出能量的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在正像人们一直生活在空气空气中而中而眼睛眼睛却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的却看不见空气一样，人们也看不见无处不在的电磁波。电磁波为横波。电磁波。电磁波为横波。第15页，讲稿共90张，创作于星期日电磁波的磁场、电场及其行进方向三者电磁波的磁场、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
20、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能量，任何位置之能量功率与振幅的平方成正比。平方成正比。磁能随着电场与磁场的周期变化以电磁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，波的形式向空间传播出去，不需要介不需要介质也能向外传递能量质也能向外传递能量，这就是，这就是一种一种辐射辐射。如。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
21、频电磁波强度很弱，通常不为人们注意。第16页，讲稿共90张，创作于星期日.*X X射线、射线、射线、可见光、无线电波等都是电磁波射线、可见光、无线电波等都是电磁波 *X X射线和射线和射线是波长较短的电磁波射线是波长较短的电磁波 第17页，讲稿共90张，创作于星期日了解波长：了解波长：无线电波无线电波 3000米米0.3毫米。毫米。红外线红外线 0.3毫米毫米0.75微米。微米。可见光可见光 0.7微米微米0.4微米。微米。紫外线紫外线 0.4微米微米10毫微米毫微米X射线射线 10毫微米毫微米0.1毫微米毫微米射线射线 0.1毫微米毫微米0.001毫微米毫微米高能射线高能射线 小于小于0.0
22、01毫微米毫微米传真传真（电视电视）用的波长是）用的波长是36米；米；雷达雷达用的波长更短，用的波长更短，3米到几毫米。米到几毫米。第18页，讲稿共90张，创作于星期日192 2 波动关系：波动关系：=C/=C/（波长波长 A A），），C C（光速），光速），（频率）频率）3 3 波长单位：波长单位：埃埃 =10=10-10-10m=10m=10-8-8 cm cm；纳米纳米 nm=10nm=10-10-10m=10m=10-7-7 cm.cm.4 4 性质：性质：（1 1）不可见，在真空中以光速传播；）不可见，在真空中以光速传播；（2 2）不带电，不受电场和磁场的影响；不带电，不受电场和磁
23、场的影响；（3 3）具有某些光学特性：产生漫反射（不能产生镜面反射）和折射（折射系数）具有某些光学特性：产生漫反射（不能产生镜面反射）和折射（折射系数近似近似1 1）；）；（4 4）能产生干涉和衍射（在铝合金和不锈钢中产生衍射斑纹）；）能产生干涉和衍射（在铝合金和不锈钢中产生衍射斑纹）；（5 5）具有极大的能量，能穿透物体；）具有极大的能量，能穿透物体；（6 6）能使物质电离，能产生热效应和光化作用；）能使物质电离，能产生热效应和光化作用；（7 7）能杀伤生物细胞，破坏生物组织，具有辐射生物效应。）能杀伤生物细胞，破坏生物组织，具有辐射生物效应。第19页，讲稿共90张，创作于星期日20射线的种
24、类和性质射线的种类和性质二二 X射线的产生及其特点射线的产生及其特点X X X X射线的产生：射线的产生：射线的产生：射线的产生：阴极灯丝通电加热阴极灯丝通电加热阴极灯丝通电加热阴极灯丝通电加热-放出电放出电放出电放出电子子子子-在高压下高速撞击阳极在高压下高速撞击阳极在高压下高速撞击阳极在高压下高速撞击阳极靶面靶面靶面靶面-部分以部分以部分以部分以X X X X射线能量形射线能量形射线能量形射线能量形式辐射出来式辐射出来式辐射出来式辐射出来 阳极 高电压 阴极电子-+X射线发生器曝光记录设备X射线产生示意图辐射渗透试样第20页，讲稿共90张，创作于星期日21二二连续连续X X射线（白色射线（
25、白色X X射线，多色射线，多色X X射线）射线）*X X射线射线:射线束中包括射线束中包括连续连续X X射线和特征射线和特征X X射线射线1 1 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。带电粒子将产生电磁辐射。X X射线管内高速运动的电子与靶原子碰撞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。这种时，与原子核外库仑场作用，而产生电磁辐射，称为韧致辐射。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图辐射又由于是电子急剧停速引起的所以又称停速辐射图
26、21 21 2 2 连续连续X X射线谱及最短波长：图射线谱及最短波长：图2222 *根据经典电动力学理论，韧致辐射的能量与停速时间根据经典电动力学理论，韧致辐射的能量与停速时间 tt成成反比反比 E1/t t-E1/t t-连续变化，连续变化，E-E-连续变化，连续变化，E=h=hc/-E=h=hc/-连续变化连续变化第21页，讲稿共90张，创作于星期日22*minmin的导出：电场能的导出：电场能=电子动能电子动能 =光子能光子能+消耗能消耗能 eV=MV eV=MV2 2/2=h+p /2=h+p 图图2121 h=MVh=MV2 2/2-p=eV p/2-p=eV p 消耗能远小于光子
27、能，故忽略消耗能消耗能远小于光子能，故忽略消耗能,即：即：p p 0 0 则则 hhmax max eV eV maxmax=eV/h;=c/=eV/h;=c/minmin=hc/eV=12.4/V (h=hc/eV=12.4/V (h、c c、e e均为常数）均为常数）单位：单位：minmin：埃。埃。U U：千伏。千伏。例：例：U=200kV,U=200kV,minmin=12.4/200=0.062 =12.4/200=0.062 埃埃第22页，讲稿共90张，创作于星期日23*连续谱连续谱 变化规律：变化规律：1.1.管电压变化；管电压变化；2.2.管电流变化；管电流变化；3.3.滤波的
28、影响；滤波的影响；4.4.靶材料原子序数靶材料原子序数Z Z的影响。的影响。图图22223 3 连续连续X X射线强度分布曲线及强度计算：图射线强度分布曲线及强度计算：图22 22 *连续谱曲线连续谱曲线 I I（）极其复杂！极其复杂！n总强度：总强度：求面积积分求面积积分n*n*I=II=I（）d=KZi V d=KZi V2 2 n*min min n式中：式中：K-K-系数系数 1.1-1.410 1.1-1.410-6 6 /Kv/Kv Z-Z-原子序数原子序数 ；i-i-管电流管电流(mA)mA)；V-V-管电压管电压(kV)kV)*影响强度的因素影响强度的因素 V V、Z Z、i
29、i第23页，讲稿共90张，创作于星期日24管电压、管电流变化对X射线谱的影响大家要了解并会运用大家要了解并会运用这个公式，对于特定这个公式，对于特定的射线机，其强度与的射线机，其强度与管电压的平方成正比。管电压的平方成正比。曝光量曝光量EIt也就是说曝光时间与也就是说曝光时间与管电压的平方成反比。管电压的平方成反比。第24页，讲稿共90张，创作于星期日25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，U1150KVt1=5E1=E2(黑
30、度相同）U2180KV求t2=？由公式E=It I=KZi U2 可推导出：可推导出：KZi U12t1=KZi U22t2t2=U12t1/U22=(150/180)25=3.5分钟答：180KV时的曝光时间应为3.5分钟第25页，讲稿共90张，创作于星期日264 4 连续连续X X射线的效率（转换效率）：射线的效率（转换效率）：*计算公式计算公式 =连续连续X X射线强度射线强度/电功率电功率 =KZiV=KZiV2 2/iV=KVZ/iV=KVZ *K *K值：值：K=1.1-1.410K=1.1-1.410-9-9 /v /v；K=1.1-1.410 K=1.1-1.410-6-6 /
31、Kv /Kv *影响转换效率的因素影响转换效率的因素 K K、V V、Z Z *例：例：Z=74Z=74；V=200kVV=200kV；求求 =1.410 =1.410-6-6 74200=2%74200=2%5 5 连续连续X X射线的空间强度分布：图射线的空间强度分布：图2323 *垂直方向不是强度最大方向垂直方向不是强度最大方向 *实际实际曝曝光场是一个椭圆光场是一个椭圆 *通过实验测定通过实验测定曝曝光场的强度分布光场的强度分布第26页，讲稿共90张，创作于星期日27三三 标识标识X X射线（特征射线（特征X X射线，线状射线，线状X X射线，单色射线，单色X X射线）射线）1 1 标
32、识标识X X射线产生机理图射线产生机理图24 24 *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（辐射）。即发射标识X X射线。射线。产生标识产生标识X X射线的条件：管电压射线的条件：管电压 某一临界值时，才能产生标识某一临界值时，才能产生标识X X射线。射线。在无在无损检测中，因强度低，几乎不起作用损检测中，因强度低，几乎不起作用 例例 ：W W 靶：靶：69.569.5KV KV
33、开始产生标识开始产生标识X X射线；射线；MoMo靶：靶：2020KV KV 开始产生标识开始产生标识X X射线；射线；2 2 标识谱及其特征图标识谱及其特征图2424 *标识标识X X射线谱是叠加在连续谱上的单色谱。其线系为：射线谱是叠加在连续谱上的单色谱。其线系为：*入射到入射到K K层的发射层的发射K K系标识系标识X X射线，射线，K KK K *入射到入射到L L层的发射层的发射L L系标识系标识X X射线射线,L L.L L.第27页，讲稿共90张，创作于星期日28四四 连续连续X X射线与标识射线与标识X X射线的区别射线的区别 （1 1）产生机理不同产生机理不同.（2 2）能量
34、与波谱不同能量与波谱不同.（3 3）强度不同强度不同.X X射线管产生的射线管产生的X X射线包括：连续射线包括：连续X X射线和标识射线和标识X X射线射线五五射线射线 1 1 产生原理产生原理原子核的重要性质原子核的重要性质-放射性放射性贝克勒尔发现贝克勒尔发现，射线射线放射性同位素产生放射性同位素产生或或衰变之后，若仍处于高能级的激发状态，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），这时发射必定要释放多余的能量回到低能级的稳定状态（基态），这时发射射线射线释放多余的能量，释放多余的能量，其机理是核内能级之间的跃迁产生的。其机理是核内能级之间的跃迁
35、产生的。图。图2525第28页，讲稿共90张，创作于星期日292 2 衰变规律与半衰期衰变规律与半衰期 *衰变规律：衰变规律：N=NoeN=Noe-tt 式中：式中：No-No-初始状态的放射性原子核数（或强度）；初始状态的放射性原子核数（或强度）；N-t N-t 时间后的放射性原子核数（或强度）；时间后的放射性原子核数（或强度）；-衰变常数。衰变常数。*并非每一次衰变都发射并非每一次衰变都发射射线。射线。*放射性同位素的能量不随时间改变。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
36、间称为该同位素的半衰期。记以需的时间称为该同位素的半衰期。记以T1/2。第29页，讲稿共90张，创作于星期日30*半衰期公式的推导：半衰期公式的推导：N 1 N 1 =e=e-T-T No 2 No 2二边取自然对数，二边取自然对数，Ln(1/2)=-TLn(1/2)=-T -Ln2=0.693 -Ln2=0.693 所以：所以：0.693 0.693 T T=例：例：Co60 TCo60 T=5.3=5.3年年 =0.693/5.3=0.693/5.3年年=0.130/=0.130/年年 *半衰期的简便计算公式半衰期的简便计算公式 N 1 N 1 =(=()t/Tt/T （t/Tt/T）即有
37、多少个即有多少个半衰期半衰期 No 2No 2第30页，讲稿共90张，创作于星期日31 3 3 射线谱射线谱 -线状谱线状谱 *6060Co:2Co:2根；根；192192Ir:24Ir:24根；根；137137Cs:1Cs:1根；根；图图2525 4 4 射线的能量射线的能量 能量决定穿透力能量决定穿透力 *穿透力取决于源的种类和性质穿透力取决于源的种类和性质 5 5 射线的强度射线的强度 *单位时间落到单位面积上的光子数单位时间落到单位面积上的光子数 6 6 X X射线和射线和射线比较射线比较 *相同点相同点 *（1 1）都是电磁波，本质相同；）都是电磁波，本质相同；*（2 2）都具有反射
38、，折射等光学性质；）都具有反射，折射等光学性质；*（3 3）都能使胶片感光；）都能使胶片感光；*（4 4）都是电离辐射能对人和生物造成危害；）都是电离辐射能对人和生物造成危害；*（5 5）穿过物体时具有相同的衰减规律）穿过物体时具有相同的衰减规律.第31页，讲稿共90张，创作于星期日32 *不同点不同点 *（1 1）产生方式不同；）产生方式不同；*（2 2）能量不同：）能量不同：X-X-可控，可调，取决于管电压；可控，可调，取决于管电压；*-不可控，不可调，取决于源的性质；不可控，不可调，取决于源的性质；*（3 3）强度不同：）强度不同：X-X-可控，可调，取决于可控，可调，取决于U U，i,
39、Zi,Z；*-*-随时间变化；随时间变化；*（4 4）波谱形式不同。）波谱形式不同。7 7 工业探伤用的放射性同位素（书工业探伤用的放射性同位素（书 P46P46的有关参数）的有关参数）*常用常用源：源：6060Co,Co,137137Cs,Cs,192192Ir,Ir,7575SeSe半衰期半衰期:Co60 5.3年，年，Cs137 33年年，Ir192 75天，天，Se75 120天天 制取方式制取方式:天然；人工天然；人工人工制取是利用中子轰击使其发生核反应。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！核反应不能逆转，不能恢复！第32页，讲稿共90张，创作于星期日33
40、*制取方式制取方式:天然；天然；中子激活（轰击）：中子激活（轰击）：5959Co+nCo+no o-CoCo60;60;191191Ir+nIr+no o-192192IrIr；核反应不能逆转，不能恢复！核反应不能逆转，不能恢复！核裂变：核裂变：137137Cs:Cs:235235U U裂变生成裂变生成137137Cs.Cs.第33页，讲稿共90张，创作于星期日34六六 波粒二象性波粒二象性 1 1 波动特性波动特性 :电磁波和机械波二大类波；无质量、无电荷的振动传电磁波和机械波二大类波；无质量、无电荷的振动传播播 具有波长、波速、频率；具有波长、波速、频率；C=C=2 2 粒子特性粒子特性
41、：粒子，粒子，粒子，中子，质子等有质量的粒子发射。量子化粒子，中子，质子等有质量的粒子发射。量子化能量能量 E=h E=h 一份一份传播一份一份传播 3 3 波粒二象性的体现：波粒二象性的体现：E=h=hc/E=h=hc/4 4 波粒二象性的推广：一切微观粒子都具有波粒二象性波粒二象性的推广：一切微观粒子都具有波粒二象性 5 5 X X射线，射线，射线，中子射线，射线，中子射线，射线，射线，射线射线.具有具有 波粒二象性波粒二象性 第34页，讲稿共90张，创作于星期日35七七 射线的种类及其在探伤中的应用射线的种类及其在探伤中的应用 1 种类：种类：（1）电磁波类：电磁波类：X射线，射线，射线
42、，以及红外线，紫外射线，以及红外线，紫外 线，微波等线，微波等.，（2）粒子类：粒子类：射线，射线，射线（电子射线），质子射射线（电子射线），质子射 线，中子射线等线，中子射线等.2 中子射线的衰减特性：中子射线的衰减特性：（1）衰减系数与）衰减系数与Z 之间没有规律之间没有规律;（2）有些重元素中衰减小，有些轻元素中衰减大。）有些重元素中衰减小，有些轻元素中衰减大。3 应用应用 *内部缺陷的探测：内部缺陷的探测：X,中子中子 *表面缺陷的探测：微波，红外线，激光表面缺陷的探测：微波，红外线，激光 *特殊结构的探测：炮弹（中子）特殊结构的探测：炮弹（中子）*金属构件的探测：金属构件的探测：X,
43、中子中子 *非金属构件的探测：微波，激光非金属构件的探测：微波，激光第35页，讲稿共90张，创作于星期日36八八 射线的能量与强度射线的能量与强度 *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。量的体现。*射线对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。解能量与强度概念，是十分重要的。如红灯、黄灯代表不同波长如红灯、黄灯代表不同波长,即不同能量。而这些灯可以有即不同能量。而这些灯可以
44、有5w,50w,500w,这这代表强度代表强度。1 能量能量 *射线的穿透力取决于射线的能量射线的穿透力取决于射线的能量,能量也可称为线质；能量也可称为线质；*能量的单位：能量的单位：ev 或或 尔格尔格 1ev=1.6x10-12 尔格。尔格。*X射线（光子）能量的表达与计算射线（光子）能量的表达与计算 *E =h=hc /=0.0124/*或或 =0.0124/E *以上二式中，以上二式中，E的单位：的单位：Mev;的单位：埃。的单位：埃。*或者或者 =12.4/E（与与min=12.4/U 有本质区别）有本质区别）*这里：这里：E的单位：的单位：Kev;的单位：埃。的单位：埃。第36页，
45、讲稿共90张，创作于星期日37*连续连续X X射线的能量取决于管电压；射线的能量取决于管电压；*标识标识X X射线的能量达到临界电压后与管电压变化无关；射线的能量达到临界电压后与管电压变化无关；*标识标识X X射线的能量与靶材料有关；射线的能量与靶材料有关；*射线的能量（穿透力）取决于源的种类和性质；射线的能量（穿透力）取决于源的种类和性质；*6060CoCo：1.17Mev 1.33Mev 1.17Mev 1.33Mev。137137 Cs:0.66Mev Cs:0.66Mev*192192Ir:0.35MevIr:0.35Mev（实际上有实际上有1212组不同的能量）组不同的能量）*平均能
46、量平均能量 Co60:Co60:（1.17Mev+1.33Mev 1.17Mev+1.33Mev）/2=1.25Mev /2=1.25Mev *当量能：当量能：射线的穿透力相当于射线的穿透力相当于X X射线同等穿透力所对射线同等穿透力所对 应的管电压值，称为当量能。应的管电压值，称为当量能。第37页，讲稿共90张，创作于星期日38如何确定如何确定220220KVKV射线的能量：射线的能量：*先求先求:minmin=12.4/U=0.05636(A=12.4/U=0.05636(AO O)*再求再求:最短波长所对应的射线能量最短波长所对应的射线能量 *E Emaxmax=hc/=hc/minmi
47、n=0.220 (Mev)=0.220 (Mev)C(C(光速光速)-3*10)-3*108 8m/s m/s *即：即：220 220kvkv管电压产生的管电压产生的X X射线光子最大能量射线光子最大能量0.220.22MevMev。2 2强度强度 *射线对胶片的感光取决于它的强度。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。概念的具体定义或含意不一定了解准确。力学性能力学性能中的强度，电流强中的强度，电流强度（电流），电场强度，声强、压强，光强等都是强
48、度，均与面积密度（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。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。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。第38页，讲稿共90张，创作于星期日39*强度的量度：计数器，次强度的量度：计数器，次/秒。秒。*强度的量度常用相对强度，相对强度无量强度的量度常用相对强度，相对强度无量纲。纲。
49、绝对强度常用次绝对强度常用次/秒秒 或或 伦琴。伦琴。*强度的变化因素：强度的变化因素：（A A）强度强度-距离平方反比律距离平方反比律I1/I2=(F2/F1)2 （B B）穿过物体后的强度衰减规律穿过物体后的强度衰减规律 n连续连续X X射线的强度射线的强度 I=KZiUI=KZiU2 2第39页，讲稿共90张，创作于星期日40*射线的强度射线的强度 射线的强度有二个不同的概念射线的强度有二个不同的概念 （A A）放射强度：（又称活度，活性）放射性同位素单放射强度：（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。常用居里位时间产生衰变的次数称为放射强度。常用居里 作为单
50、位。作为单位。1 1居里（居里（Ci)=3.710Ci)=3.71010 10 次次/秒秒 *放射强度随时间的改变而改变，其变化规律为：放射强度随时间的改变而改变，其变化规律为：*I=Ioe I=Ioe-t t *比活度：每克放射性物质的放射强度称为比活度。比活度：每克放射性物质的放射强度称为比活度。单位：单位：居里居里/克。克。第40页，讲稿共90张，创作于星期日41 （B 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离的照射面上(严格定义应为严格定义应为“标准状况下，一立方厘米空气内）标准状况下，一立方厘米