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1、射线检测技术（级）第一章 射线检测原理 一、原子 1、原子的概念: * 定义：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。 2、原子的构成: * 原子是由原子核和核外电子所构成。 * 电子围绕原子核作行星运动；电子在一定轨道上饶核运动。 图11 3、原子的的主要参数 a、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！ （一万万吨！）# b、大小：原子半径 10-8 cm 数量级。 原子核半径 10- 13cm 数量级。如果：核的半径为 1cm 核（1cm） 电子 * -*（约1000米） 10-8
2、 / 10-13 = 100000 倍 c、电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。 d、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 例：60钴 60 = 27 + 33 质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数 4、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 图11 * 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
3、： a、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。 b、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，其频率决定于下列关系式（称为玻尔频率条件）： h=En-Em En、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。 5、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
4、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； * 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。 图11 # 二 原子核 1、原子核的结构 * 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.、 2、原子核的构成 图13 * 均匀分布 * 不同数量的质子
5、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 3、原子核的电荷正电荷=原子序数 Z 4、原子核的半径: 10-13-10-12 cm 5、原子核的质量 * 原子核的质量 电子的质量 原子核的质量#原子的质量 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。 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； 100x库仑力，是强相互作用力；（2）核力是短程力； （3）核力
6、（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 # 三、 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 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。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21 2、连续X射线谱及最短波长：图22 * 根据经典电动力学理论，韧致辐射的能量与停速时间 t成反比 1 E - t-连续变化，E-连续变化， t E=h=hc /
7、-连续变化# * min的导出 图21 1 Ue = - MV2 = h + p 2 电场能 = 电子动能 = 光子能 + 消耗能 1 h= - MV2 - p= Ue -p 2 Ue 如果 p - Ue max0 则 hmax =-; =c/ hc 12.4 h min = - = - (h、c、e均为常数） Ue U 单位：min：埃。 U：千伏。 # 例： U=200Kv, min =12.4 / 200= 0.062 埃 连续谱变化规律：1.管电压变；2.管电流变；3.滤波的影响; 4.Z的影响。图22l 3、连续X射线强度分布曲线及强度计算：图22 * 连续谱曲线 （） 极其复杂！
8、强度： 求面积积分 = （） d=K Zi Um =KZi U2 (m=2) min 式中：K-系数 1.1-1.410-9 / v Z-原子序数 i-管电流 U-管电压 影响强度的因素 U、Z、i # 4、连续X射线的效率（转换效率）： 连续X射线强度 KZiU2 计算公式 =-=- =KUZ 电功率 iU K值：K= 1.1-1.410-9 /v；K= 1.1-1.410-6 / Kv 影响转换效率的因素 K、 U、 Z * 例：Z=74；U=200；求 =1.410-6 74200=2% 5、连续X射线的空间强度分布：图23 * 垂直方向不是强度最大方向 * 实际曝光场是一个椭圆 * 通
9、过实验测定曝光场的强度分布 # 四 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。 图24 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。 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； 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， K K 图24 入射到L层的发射L系标识X射线, L L.入射到M层的发射M
10、系标识X射线, MM. 五 射线 3、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 * 产生X射线的三个条件：器件；电子加速；靶的作用。 2、衰变规律与半衰期 （1） 衰变规律： N=Noe-t 式中：No-初始状态的放射性原子核数（或强度）； N -t 时间后的放射性原子核数（或强度）； -衰变常数。 放射性同位素的能量不随时间改变。 （2）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T 。 * 半衰期公式的推导： N 1 - = -
11、 = e-T No 2 二边取自然对数， Ln(1/2)=-T - Ln2=0.693 所以： 0.693 T =- 例：Co60 T=5.3年 =0.693/5.3年=0.130/年 * 半衰期的简便计算公式 N 1 -=(-)t/T No 2 3、射线谱 -线状谱 * 60Co: 2根； 192r:24根； 137Cs:1根； 图25 4、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） 5、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） 6、X射线和射线比较 * 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）都是电离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
