射线检测培训(1章)（高等教学）

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1、射线检测培训射线检测培训 第一章第一章 射线检测的射线检测的 物理基础物理基础 武玉林武玉林1 1优选课件1.1 1.1 原子和元素原子和元素1.1.1 1.1.1 元素和原子元素和原子1 1、原子：、原子： 、原子定义：、原子定义： 原子是化学反应的基本微粒，原子原子是化学反应的基本微粒，原子在化学反应中不可分割。在化学反应中不可分割。 原子是化学变化中的最小微粒。在原子是化学变化中的最小微粒。在化学反应中，原子的种类和性质不会发生变化。化学反应中，原子的种类和性质不会发生变化。 、原子的组成：、原子的组成： 原子是由一个原子核和若干个核外原子是由一个原子核和若干个核外电子组成的，而原子核又

2、是由更小的微粒电子组成的，而原子核又是由更小的微粒-质质子和中子组成的。子和中子组成的。2 2优选课件 原子很小，其直径大约只有原子很小，其直径大约只有1010-8-8cmcm，原子核，原子核和电子更小，原子核的直径约在和电子更小，原子核的直径约在1010-14-14-10-10-12-12cmcm之之间，电子直径约间，电子直径约1010-13-13cmcm。 原子核位于原子中心，电子围绕核原子核位于原子中心，电子围绕核运动，原子内部大部分是运动，原子内部大部分是“空空”的。的。 、原子的电荷、原子的电荷 质质子子带带一一个个单单位位正正电电荷荷，中中子子不不带带电电，所所以以原原子子核核带带

3、正正电电，核核电电荷荷数数等等于于质质子子数数，用符号用符号“Z Z”表示。表示。 电电子子带带一一个个单单位位负负电电荷荷，由由于于核核内内的的质质子子数数等等于于核核外外电电子子数数，所所以以原原子子核核带带的的正正电荷数电荷数3 3优选课件 等等于于核核外外电电子子所所带带的的负负电电荷荷数数，整整个个原原子子是是电电中性的。中性的。核电荷数（核电荷数（Z Z）= =核内质子数核内质子数= =核外电子数核外电子数 、原子的质量、原子的质量 质质子子的的质质量量为为1.67261.67261010-24-24克克，中中子子质质量量为为1.67491.67491010-24-24克克，电电子

4、子的的质质量量仅仅为为质质子子质质量的量的1/18371/1837，原子的质量主要集中在原子核上。，原子的质量主要集中在原子核上。 原原子子的的质质量量用用原原子子质质量量单单位位（u u）表表示示。一一个个原原子子质质量量单单位位定定义义为为碳碳原原子子（ ）质质量量的的1/121/12， 质质量量为为1.99271.99271010-23-23克克，所所以以1u=1.66061u=1.66061010-24-24克。克。4 4优选课件 用原子质量单位表示，质子和中子的质用原子质量单位表示，质子和中子的质量分别为量分别为1.0071.007和和1.0081.008。 、质量数：、质量数： 原

5、子的原子的质子数（质子数（Z Z）与中子数（）与中子数（N N）之）之和，称为原子的质量数（和，称为原子的质量数（A A）。）。 A=Z+N A=Z+N 知知道道了了上上述述三三个个数数值值中中的的两两个个，就就可可用用上述关系求出第三个。上述关系求出第三个。 例例如如硫硫原原子子量量为为32.0632.06，核核电电荷荷数数为为1616，则硫原子的中子数为，则硫原子的中子数为32-16=1632-16=16（个）（个）5 5优选课件 归纳起来，原子的组成可以表示如下：归纳起来，原子的组成可以表示如下：2 2、元素、元素 、元素：元素： 、定定义义：具具有有相相同同质质子子数数( (核核电电荷

6、荷数数) )的的同同一一类类原原子子叫叫做做元元素素。原原子子的的质质子子数数决定着原子的种类。决定着原子的种类。6 6优选课件例如：例如： 含含有有一一个个质质子子的的所所有有原原子子都都是是氢氢原子；原子； 含含有有二二个个质质子子的的所所有有原原子子都都是是氦氦原子；原子； 含含有有三三个个质质子子的的所所有有原原子子都都是是锂锂原子；原子； 含含有有四四个个质质子子的的所所有有原原子子都都是是铍铍原子原子 依依次次类类推推。目目前前已已经经发发现现的的元元素素有有118118种，它们原子中依次含有种，它们原子中依次含有1-1181-118个质子。个质子。 、原子序数：原子序数： 元元素

7、素在在元元素素周周期期表表中中的的序序号号叫叫做做元元素素的的原原子子序序数数，它它等等于于原原子子中中的的质质子子数数，用用“Z Z”表示。表示。 7 7优选课件 每每一一种种元元素素都都有有一一个个名名称称、一一个个元元素素符符号号和和一一个个原原子子序序数数。例例如如含含一一个个质质子子的的元元素素叫叫“氢氢”，元元素素符符号号是是“H H”，原原子子序数是序数是“1 1”。 3 3、同位素：同位素： 、定义：、定义： 具具有有相相同同质质子子数数和和不不同同中中子子数数的同一种元素的原子互称同位素。的同一种元素的原子互称同位素。 同同种种元元素素的的原原子子具具有有相相同同的的质质子子

8、数数，但但它它们们的的中中子子数数并并不不一一定定相相同同，例例如如，氢氢元元素素的的原原子子，有有的的不不含含中中子子，有有的含有一个中子，有的含有二个中子。的含有一个中子，有的含有二个中子。8 8优选课件 不含中子的氢原子叫不含中子的氢原子叫“氕氕”（ ） 含含一一个个中中子子的的氢氢原原子子叫叫“氘氘”（ ） 含含二二个个中中子子的的氢氢原原子子叫叫“氚氚”（ ） 氕、氘、氚便是氢的三种同位素。氕、氘、氚便是氢的三种同位素。 许许多多元元素素都都有有同同位位素素，如如铀铀有有 、 、 等等多多种种同同位位素素；碳碳有有 、 、 等等几几种种同同位素。位素。 、同位素的类型、同位素的类型

9、、稳稳定定同同位位素素和和不不稳稳定定同同位位素素。不不稳稳定定的的同同位位素素又又称称放放射射性性同同位位素素，它它能能自自发发地地放放射射出出某某种种射射线线、或或射射线线而而变变为为另另一一种种元素。元素。 9 9优选课件 、天天然然放放射射性性同同位位素素和和人人工工放放射性同位素。射性同位素。 天天然然放放射射性性同同位位素素是是自自然然界界存存在在的的矿矿物物。一一般般Z88Z88的的许许多多元元素素及及其其化合物具有放射性。化合物具有放射性。 人人工工放放射射性性同同位位素素可可用用高高能能粒粒子子轰轰击击稳稳定定同同位位素素的的核核使使其其变变为为放放射射性性同同位位素素。射射

10、线线检检测测用用的的放放射射性性同同位位素素均均为为人人工放射性同位素。工放射性同位素。 1010优选课件 5 5、核素核素 、定义：、定义： 核素是指具有一定数目质子和一定数目核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。中子的一种原子。 例如，例如，原子核原子核里有里有6 6个质子和个质子和6 6个中子的个中子的碳碳原原子子，质量数是，质量数是1212，称为碳，称为碳-12-12核素，或写成核素，或写成12C12C核素。原子核里有核素。原子核里有6 6个质子和个质子和7 7个中子的碳原子，个中子的碳原子，质量数为质量数为1313，称，称13C13C核素。氧元素有核素。氧元素有16O16

11、O，17O17O，18O18O三种核素。三种核素。 、核素概念的引入：、核素概念的引入：11优选课件 核素概念最初是为了确切描述元素的核素概念最初是为了确切描述元素的原子原子量量而引入的。而引入的。 后来发现地球上天然存在的和人工制造的后来发现地球上天然存在的和人工制造的原子核都有原子核都有“同核异能态同核异能态”的现象，即具有相同质的现象，即具有相同质子数和中子数的原子核所显现出来的核性质，如衰子数和中子数的原子核所显现出来的核性质，如衰变方式、半衰期、能量等等可以不同。同核异能态变方式、半衰期、能量等等可以不同。同核异能态是原子核层次的是原子核层次的“同分异构体同分异构体”，“同分同分”是

12、指相是指相同数目的质子和中子，同数目的质子和中子，“异构异构”则表示它们构成原则表示它们构成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映这种子核的方式不同。但同位素概念不足以反映这种“同分异构同分异构”现象。如果把核素概念定义为同一同位现象。如果把核素概念定义为同一同位素的核性质不同的原子核，就可以概括核的素的核性质不同的原子核，就可以概括核的同分异同分异构现象构现象。因此，核素也就成了表达核性质的独立概。因此，核素也就成了表达核性质的独立概念。念。12优选课件 6 6、元素、核素和同位素之间的区别与关、元素、核素和同位素之间的区别与关系系 、元素元素： 元素是同一类原子的总称，即具有相同核元素是

13、同一类原子的总称，即具有相同核电荷数的一类原子的总称。电荷数的一类原子的总称。 元素是以核电荷数为标准而对原子进行分类元素是以核电荷数为标准而对原子进行分类的，也就是说原子的核电荷数决定着元素的种类。的，也就是说原子的核电荷数决定着元素的种类。因此，不同种的元素具有不同的核电荷数，例如：因此，不同种的元素具有不同的核电荷数，例如：1 1：H H元素、元素、6 6：C C元素、元素、8 8：O O元素等。元素等。 、核素核素： 核素是指具有一定数目质子和一定数目中核素是指具有一定数目质子和一定数目中子的一种原子。子的一种原子。13优选课件 核素是指某种原子，有多少种原子就核素是指某种原子，有多少

14、种原子就有多少种核素。例如：有多少种核素。例如：1H1H、2H2H、3H3H是是3 3种不同的种不同的核素，但都属于核素，但都属于H H元素。元素。 、同位素同位素 质子数相同，中子数不同的同一元素的质子数相同，中子数不同的同一元素的不同原子间，互称同位素，因为它们处于周期不同原子间，互称同位素，因为它们处于周期表中同一位置上。即同一元素的不同核素间互表中同一位置上。即同一元素的不同核素间互称同位素。例如：称同位素。例如：1H1H、2H2H、3H3H（数字下标）就（数字下标）就互为同位素。互为同位素。 14优选课件1.1.2 1.1.2 核外电子运动规律核外电子运动规律 1 1、原子的结构、原

15、子的结构 、道尔顿模型（实心球体）道尔顿模型（实心球体） 18081808年年，英英国国自自然然科科学学家家约约翰翰道道尔尔顿顿提提出出了了世世界界上上第第一一个个原原子子的的理理论论模模型型。他他的理论主要有以下三点：的理论主要有以下三点： 、原子都是不能再分的粒子；、原子都是不能再分的粒子； 、同同种种元元素素的的原原子子的的各各种种性性质质和和质量都相同；质量都相同； 、原子是微小的实心球体。、原子是微小的实心球体。 这这是是一一个个失失败败的的理理论论模模型型，但但道道尔尔顿顿第第一一次次将将原原子子从从哲哲学学带带入入化化学学研研究究中中。被被称为称为“近代化学之父近代化学之父”。1

16、515优选课件、汤姆逊模型（葡萄干布丁模型）汤姆逊模型（葡萄干布丁模型）16优选课件 1897 1897年年 汤姆生发现了电子，从而否定了原子汤姆生发现了电子，从而否定了原子不可分割的说法。不可分割的说法。19081908年，汤姆逊在发现电子的年，汤姆逊在发现电子的基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认基础上提出了原子的葡萄干布丁模型，汤姆生认为：为： 、电子是平均的分布在整个原子上、电子是平均的分布在整个原子上的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，的，就如同散布在一个均匀的正电荷的海洋之中，它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。它们的负电荷与那些正电荷相互抵消。 、在受到激发时，电子会

17、离开原子，、在受到激发时，电子会离开原子，产生阴极射线。产生阴极射线。 汤姆逊的学生卢瑟福完成的汤姆逊的学生卢瑟福完成的粒子轰击粒子轰击金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型金箔实验（散射实验），否认了葡萄干布丁模型的正确性。的正确性。1717优选课件 、卢瑟福模型（行星模型）卢瑟福模型（行星模型） 1818优选课件 1911 1911年英国科学家卢瑟福以经典年英国科学家卢瑟福以经典电磁学为理论基础提出原子的行星模型说，电磁学为理论基础提出原子的行星模型说，主要内容有：主要内容有： 、原子的大部分体积是空的。、原子的大部分体积是空的。 、在原子的中心有一个很小的、在原子的中心有一个很小的原

18、子核。原子核。 、原子的全部正电荷在原子核、原子的全部正电荷在原子核内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。内，且几乎全部质量均集中在原子核内部。带负电的电子在核外空间进行绕核运动。带负电的电子在核外空间进行绕核运动。1919优选课件 、玻尔模型玻尔模型 1913 1913年年 丹麦科学家玻尔在行星模型的基础丹麦科学家玻尔在行星模型的基础上运用量子力学思想提出了核外电子分层排布的上运用量子力学思想提出了核外电子分层排布的原子结构模型。其基本观点是：原子结构模型。其基本观点是： 、原子中的电子在具有确定半径的、原子中的电子在具有确定半径的圆周轨道上绕原子核运动，不辐射能量。圆周轨道上绕原子核运动，

19、不辐射能量。 、在不同轨道上运动的电子具有不、在不同轨道上运动的电子具有不同的能量（同的能量（E E），且能量是量子化的，不同的轨道），且能量是量子化的，不同的轨道分别被命名为分别被命名为K K、L L、N N、O O、P P。 、当且仅当电子从一个轨道跃迁到、当且仅当电子从一个轨道跃迁到另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射另一个轨道时，才会辐射或吸收能量。如果辐射或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就或吸收的能量以光的形式表现并被记录下来，就形成了光谱。形成了光谱。2020优选课件 、现代模型（电子云模型）（略）、现代模型（电子云模型）（略） 2121优选课件 实实际际上上，核核外

20、外电电子子并并不不象象行行星星那那样样在在固固定定的的轨轨道道上上运运行行。所所谓谓电电子子轨轨道道只只是是在在三三维维空空间间找找到到的的该该运运动动电电子子的的某某个个区区域域。核核外外电电子子在在某某一一时时刻刻所所处处的的位位置置和和速速度度无无法法同同时时准准确确测测出，也不能描绘出它的运动轨迹。出，也不能描绘出它的运动轨迹。 因因此此，描描述述核核外外电电子子的的运运动动只只能能采采用用统统计计的的方方法法，把把电电子子在在空空间间出出现现的的概概率率密密度度分分布布用用图图象象表表示示出出来来，即即以以单单位位体体积积内内电电子子出出现现几几率率，即即几几率率密密度度大大小小，用

21、用小小白白点点的的疏疏密密来来表表示示。小小白白点点密密处处表表示示电电子子出出现现的的几几率率密密度度大大，小小白白点点疏疏处处几几率率密密度度小小，看看上上去去好好像像一一片片带带负负电的云状物笼罩在原子核周围，因此叫电子云。电的云状物笼罩在原子核周围，因此叫电子云。 2222优选课件 描述电子轨道和电子云的参数有：描述电子轨道和电子云的参数有： 、主主量量子子数数n n：用用于于确确定定电电子子的的电电子子层层和和轨轨道道能能级级。（各各电电子子层层分分别别用用K K、L L、M M、N N、 表示）。表示）。 、角量子数、角量子数l l。用于确定每个电子层所包含。用于确定每个电子层所包

22、含的亚层，同时还代表了电子的角动量和原子轨道的亚层，同时还代表了电子的角动量和原子轨道的形状（各亚层分别用的形状（各亚层分别用s s、p p、d d、f f、表示）。表示）。 、磁量子数、磁量子数m m：用于确定原子轨道在：用于确定原子轨道在空间的伸展方向。空间的伸展方向。 、自旋量子数、自旋量子数msms：2323优选课件 这这样样，原原子子的的结结构构可可以以简简要要概概括括为为：在在原原子子中中，原原子子核核位位于于中中心心，核核外外电电子子分分层层排排布布，每每层层都都有有若若干干亚亚层层，每每个个亚亚层层有有确确定定的的轨轨道道，每每个个轨轨道道包包含含两两个个自自旋旋方方向向相相反

23、反的的电电子子。如如以以n n表示电子层数，原子的结构可简单表示如下：表示电子层数，原子的结构可简单表示如下：2424优选课件 2 2、原子的能级概念原子的能级概念 原原子子中中，电电子子受受到到原原子子核核的的吸吸引引作作用用，能能量量高高的的电电子子具具有有较较强强的的抗抗力力，处处在在离离核核较较远远的的轨轨道道上上；能能量量较较低低的的电电子子抗抗力力较较小小，处处在离核较近的轨道上。在离核较近的轨道上。 因因此此，位位于于不不同同层层的的电电子子具具有有不不同同的的能能量量，通通常常把把它它们们叫叫做做处处于于不不同同的的能能级级。各各层电子的能量按层电子的能量按K K、L L、M

24、M、N N的次序递增。的次序递增。 按按照照能能量量排排布布规规律律，核核外外电电子子总总是是尽尽先先占占有有能能量量最最低低的的轨轨道道，只只有有当当能能量量最最低低的的轨轨道道占占满满后后才才依依次次进进入入级级量量较较高高的的轨轨道道。因因此此，在在正正常常情情况况下下，原原子子处处于于最最低低的的能能量量状状态态，这这种种状状态态称称为为“基基态态”。基基态态的的原原子子是是稳稳定定的的，这时这时2525优选课件 虽虽然然核核外外电电子子不不停停地地绕绕核核运运动动，但但并并不不向向外外辐辐射能量。射能量。 原原子子从从外外界界吸吸收收一一定定能能量量时时，电电子子就就由由较较低低能能

25、级级跳跳跃跃的的较较高高的的能能级级上上去去，这这一一过过程称为程称为“跃迁跃迁”，这时原子的状态变为激发态。，这时原子的状态变为激发态。 激激发发态态的的原原子子是是不不稳稳定定的的，它它将将再再次次跃跃迁迁到到较较低低的的能能级级，多多余余的的能能量量以以电电磁磁波波或或其它形式释放出来，即：其它形式释放出来，即： 式中：式中：h-h-光子能量；光子能量； E E- -较高能级能量；较高能级能量； E- E-较低能级能量。较低能级能量。2626优选课件1.1.3 1.1.3 原子核结构原子核结构2727优选课件 1 1、原子核的组成、原子核的组成 、英国物理学家卢瑟福在、英国物理学家卢瑟福

26、在19191919年做核反应实年做核反应实验时发现了验时发现了质子质子，经过研究证明，质子带正电荷，经过研究证明，质子带正电荷，其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一其电量和一个电子的电量相同，它的质量等于一个电子质量的个电子质量的18361836倍倍. .进一步研究表明，质子的性进一步研究表明，质子的性质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢质和氢原子核的性质完全相同，所以质子就是氢原子核原子核. . 、19321932年英国物理学家查德威克又年英国物理学家查德威克又发现了发现了中子中子，通过研究证明中子的质量和质子的，通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同，但是不带电质量基本相同

27、，但是不带电. .是中性粒子是中性粒子. .在对各在对各种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成种原子核进行的实验中，发现质子和中子是组成原子核的两种基本粒子原子核的两种基本粒子. .2828优选课件 29 、原子核的组成原子核的组成29优选课件 2 2、核力：在原子核内，带正电的质子间存在着库、核力：在原子核内，带正电的质子间存在着库仑斥力，但质子和中子仍能非常紧密地结合在一仑斥力，但质子和中子仍能非常紧密地结合在一起，这说明核内存在着一个非常大的力，即核力。起，这说明核内存在着一个非常大的力，即核力。核力具有以下性质：核力具有以下性质： 、核力与电荷无关，无论中子还是、核力与电荷无关，无

28、论中子还是质子都受到核力的作用；质子都受到核力的作用； 、核力是短程力，只有在相邻原子、核力是短程力，只有在相邻原子核之间发生作用。因此，一个核子所能相互作用核之间发生作用。因此，一个核子所能相互作用的其他核子的数目是有限的。称为核力的饱和性。的其他核子的数目是有限的。称为核力的饱和性。 、核力比库仑力约大、核力比库仑力约大100100倍，是一种倍，是一种强相互作用。强相互作用。 、核力能促成粒子的成对结合以及对、核力能促成粒子的成对结合以及对对结合。对结合。 3030优选课件 3 3、原子核的稳定性：、原子核的稳定性： 原子核的稳定性与中子数、质子数有关。原子核的稳定性与中子数、质子数有关。

29、 其关系为：其关系为： 、对小质量数的核：、对小质量数的核：N/ZN/Z1 1附近较稳附近较稳定，这个比值随核质量数的增大而增大；定，这个比值随核质量数的增大而增大； 、对大质量数的核：、对大质量数的核：N/ZN/Z1.61.6附近的附近的核较稳定。核较稳定。3131优选课件 科学研究科学研究表明，稳定性核素对核子总数有一定限度（一表明，稳定性核素对核子总数有一定限度（一般为般为A209A209），而且中子数和质子数应保持一定的比例（一），而且中子数和质子数应保持一定的比例（一般为般为N/Z=1N/Z=11.51.5，也有个别例外），也有个别例外）。 任何任何含有过多核子或含有过多核子或N/Z

30、N/Z不适当的核素，都是不稳不适当的核素，都是不稳定的。定的。A209A209的核素，即元素周期表中钋（的核素，即元素周期表中钋（PoPo）之后的所有）之后的所有元素的核素都具有放射性（钋之前的元素，有的核素也具有元素的核素都具有放射性（钋之前的元素，有的核素也具有放射性），它们或是自发地放射出放射性），它们或是自发地放射出射线（即射线（即HeHe核），而转核），而转变成变成A A较小的新核；或是因核素的较小的新核；或是因核素的N/ZN/Z不适当，其核内的中子不适当，其核内的中子与质子会自发地相互转变，从而改变与质子会自发地相互转变，从而改变N/ZN/Z的值，并同时放出的值，并同时放出一个一个

31、-（或（或+）粒子）粒子。 核素核素衰变后产生的新核几乎都是处在激发态，这样衰变后产生的新核几乎都是处在激发态，这样的核或是自发地放射出的核或是自发地放射出光子而转变到基态或较低能态，或光子而转变到基态或较低能态，或是继续进行是继续进行衰变（或衰变（或衰变衰变），直到变成一个稳定的核素），直到变成一个稳定的核素为止。为止。32优选课件33 4、放射性衰变、放射性衰变 、放放射射性性同同位位素素的的原原子子核核自自发发地地放射粒子或波的过程叫放射性衰变。放射粒子或波的过程叫放射性衰变。 放放射射性性同同位位素素发发生生衰衰变变后后，产产生生新新元元素素，新新元元素素可可能能是是稳稳定定的的，也也

32、可可能能是是不不稳稳定定的的，不不稳稳定定的的元元素素要要进进一一步步衰衰变变，直直到到产产生生稳稳定同位素为止。定同位素为止。 例例如如，铀铀238238衰衰变变后后产产生生钍钍，钍钍进进一一步步衰衰变变产产生生镭镭，镭镭进进一一步步衰衰变变产产生生氡氡，氡氡又又经经过过一一系系例例衰衰变变，最最后后产产生生稳稳定定的的同同位位素素铅铅而而告终。告终。 放放射射性性衰衰变变由由原原子子核核本本身身的的性性质质所所决决定定，不不受受外外部部环环境境如如温温度度、压压力力、电电磁磁场场等等物理和化学条件的影响，且无法加以控制。物理和化学条件的影响，且无法加以控制。33优选课件34 、放放射射性性

33、同同位位素素的的衰衰变变方方式式有有多多种种，最最常见的是常见的是衰变和衰变和衰变，衰变， .衰衰变变放放射射性性同同位位素素的的原原子子核核放射放射粒子的衰变过程叫做粒子的衰变过程叫做衰变。衰变。 粒粒子子由由两两个个质质子子和和两两个个中中子子组组成成，带有两个正电荷，它实际上是一个氦原子核。带有两个正电荷，它实际上是一个氦原子核。 有有些些放放射射性性同同位位放放射射粒粒子子的的同同时时，伴伴随随能能量量的的跃跃迁迁同同时时放放射射出出射射线线。这这种种衰衰变变过程可以用下式表示：过程可以用下式表示： 34优选课件35 由由此此可可以以看看出出，放放射射性性同同位位素素原原子子核核（母母

34、核核）经经过过衰衰变变之之后后，产产生生一一种种新新元元素素（子核），其原子序数减小（子核），其原子序数减小2 2，质量数减小，质量数减小4 4。 例例如如： 衰衰变变，放放射射一一个个粒粒子子，产产生生一一种种新新元元素素 ，同同时时放放射射射线，其衰变过程可表示为：射线，其衰变过程可表示为：35优选课件36 、衰衰变变放放射射性性同同位位素素的的原原子子核核放放射射粒粒子子的的衰衰变变过过程程叫叫做做衰衰变变。粒粒子子带带一一个个负负电电荷荷，实实际际上上是是由由核核内内的的一一个个中子放射出来的电子。中子放射出来的电子。 有有的的元元素素发发生生衰衰变变时时伴伴随随能能量量的的跃跃迁迁同

35、同时时放放射射出出射射线线，其其衰衰变变过过程程可以用下式表示：可以用下式表示： 由由上上可可以以看看出出，放放射射性性同同位位素素原原子子核核（母母核核）发发生生衰衰变变时时，产产生生一一种种新新元元素素（子子核核），其其原原子子序序数数加加一一，质质量量数不变。数不变。36优选课件37 例例如如： 衰衰变变，放放射射一一个个粒粒子子，产产生生新新元元素素 ，同同时时放放射射射射线线； 衰衰变变，放放射射一一个个粒粒子子，产产生生新新元元素素 ，同时放射，同时放射射线。它们的衰变过程可表示为：射线。它们的衰变过程可表示为： 、衰衰变变衰衰变变总总是是伴伴随随着着衰衰变变和和衰衰变变面面发发生

36、生。是是原原子子核核由由激激发发态态过过渡渡到正常态，由高能跃迁到低能级而产生的。到正常态，由高能跃迁到低能级而产生的。37优选课件 2 2衰变衰变 衰变又分衰变又分-衰变、衰变、+衰变和轨道电子俘衰变和轨道电子俘获三种方式。获三种方式。 (1) -(1) -衰变衰变放射出放射出-粒子（高速电子）的衰变。一般地，粒子（高速电子）的衰变。一般地，中子相对丰富的放射性核素常发生中子相对丰富的放射性核素常发生-衰变。这可看衰变。这可看作是母核中的一个中子转变成一个质子的过程。作是母核中的一个中子转变成一个质子的过程。 (2) +(2) +衰变衰变 放射出放射出+粒子（正电子）的衰变。一般地，粒子（正

37、电子）的衰变。一般地，中子相对缺乏的放射性核素常发生中子相对缺乏的放射性核素常发生+衰变。这可看衰变。这可看作是母核中的一个质子转变成一个中子的过程。作是母核中的一个质子转变成一个中子的过程。38优选课件 (3) (3) 轨道电子俘获轨道电子俘获(K(K、L L俘获）俘获）原子核俘获一个原子核俘获一个K K层或层或L L层电子而衰变成核电荷层电子而衰变成核电荷数减少数减少1 1，质量数不变的另一种原子核。由于，质量数不变的另一种原子核。由于K K层最层最靠近核，所以靠近核，所以K K俘获最易发生。在俘获最易发生。在K K俘获发生时，必俘获发生时，必有外层电子去填补内层上的空位，并放射出具有子有

38、外层电子去填补内层上的空位，并放射出具有子体特征的标识体特征的标识X X射线。这一能量也可能传递给更外层射线。这一能量也可能传递给更外层电子，使它成为自由电子发射出去，这个电子称作电子，使它成为自由电子发射出去，这个电子称作“俄歇电子俄歇电子”。39优选课件 3 3、衰变和内变换衰变和内变换 (1) (1) 衰变衰变 处于激发态的核，通过放射出处于激发态的核，通过放射出射线而跃迁射线而跃迁到基态或较低能态的现象。到基态或较低能态的现象。射线的穿透力很强。射线的穿透力很强。射线在医学核物理技术等应用领域占有重要地位。射线在医学核物理技术等应用领域占有重要地位。 (2) (2) 内变换内变换有时处

39、于激发态的核可以不辐射有时处于激发态的核可以不辐射射线回到基射线回到基态或较低能态，而是将能量直接传给一个核外电子态或较低能态，而是将能量直接传给一个核外电子（主要是（主要是K K层电子），使该电子电离出去。这种现象层电子），使该电子电离出去。这种现象称为内变换，所放出的电子称作内变换电子。称为内变换，所放出的电子称作内变换电子。40优选课件1.2 1.2 射线的种类和性质射线的种类和性质12.112.1、x x射线和射线和射线的性质射线的性质 1 1、电磁波、电磁波 电电磁磁波波是是周周期期性性变变化化的的电电磁磁场场在在空空间间由由近近及及远的传播，我们所熟知的可见光、无线电波、红远的传播

40、，我们所熟知的可见光、无线电波、红外线、紫外线以及外线、紫外线以及x x射线、射线、射线等都是电磁波。射线等都是电磁波。 电电磁磁波波在在物物理理学学上上通通常常用用波波速速C C、波波长长和频和频率率来描述，它们之间的关系是：来描述，它们之间的关系是： 4141优选课件电磁波谱电磁波谱42优选课件 电磁波的频谱范围大致如下所示：电磁波的频谱范围大致如下所示： 射线：射线：0.003-0.1390.003-0.139 X X射线射线: 0.006-1019 : 0.006-1019 紫外线：紫外线：200-3900 200-3900 可见光：可见光：3900-7800 3900-7800 红外

41、线：红外线：7800 -0.3mm7800 -0.3mm 无线电波无线电波: 0.3mm-30Km: 0.3mm-30Km。 可可以以看看出出，电电磁磁波波的的频频率率范范围围非非常常宽宽，如如无无线线电电波波的的波波长长可可达达数数十十公公里里，而而X X射射线和线和射线的波长可小至若干亿分之一厘米。射线的波长可小至若干亿分之一厘米。 还还可可看看出出，不不同同类类型型的的电电磁磁波波具具有有不不同同的的波波长长范范围围，而而一一定定范范围围波波长长的的电电磁磁波波具具有有一一定定的的性性质质，超超出出这这个个范范围围时时，电电磁磁波波的的性性质就起了变化质就起了变化。4343优选课件 2

42、2、x x射线和射线和射线的性质射线的性质 x x射线和射线和射线就其本质而言，与射线就其本质而言，与可见光、无线电波相同，统统属于电磁波。其可见光、无线电波相同，统统属于电磁波。其区别只是产生方式不同和波长范围不同，因此区别只是产生方式不同和波长范围不同，因此它们除与可见光和无线电波等具有许多共性之它们除与可见光和无线电波等具有许多共性之外，也具有不同于可见光的特性。其外，也具有不同于可见光的特性。其主要性质主要性质可简述如下：可简述如下： 、在真空中以直线传播。、在真空中以直线传播。 、 本身不带电，不受电场和磁场本身不带电，不受电场和磁场的影响。的影响。 、在媒质界面只能发生漫反射，、在

43、媒质界面只能发生漫反射，而不能像可见光一样产生镜面反射；而不能像可见光一样产生镜面反射；X X射线和射线和射线的射线的4444优选课件折射系数非常接近于折射系数非常接近于1 1，折射方向改变不明显。，折射方向改变不明显。 、可可发发生生干干涉涉和和衍衍射射现现象象，但但只只能能在在非常非常小的，例如晶体组成的光阑中才能发生这种现象。小的，例如晶体组成的光阑中才能发生这种现象。 、不不可可见见，能能穿穿透透可可见见光光所所不不能能穿穿透透的物的物质。质。 、在在穿穿透透物物质质过过程程中中，会会与与物物质质发发生生非常非常复杂的物理和化学作用，例如电离作用、荧光作复杂的物理和化学作用，例如电离作

44、用、荧光作用、热作用及光化学作用。用、热作用及光化学作用。 、具具有有辐辐射射生生物物效效应应，能能够够杀杀伤伤生生物物细胞，细胞，破坏生物组织。破坏生物组织。4545优选课件 1.2.2 1.2.2 X X射线的产生及其特点射线的产生及其特点 1 1、产生、产生X X射线的条件射线的条件 X X射射线线是是由由高高速速运运动动的的电电子子与与物物质质的的相相互互作作用用产产生生的的，从从本本质质上上讲讲，当当高高速速运运动动的的电电子子与与原原子子内内部部的的原原子子核核或或核核外外电电子子作作用用时时，以以X X射线的形式释放能量。射线的形式释放能量。 产生产生X X射线须具备的条件包括：

45、射线须具备的条件包括： （1 1）. .电电子子源源将将金金属属丝丝（一一般般为为钨钨丝丝）通通电电加加热热到到白白炽炽状状态态使使电电子子逸逸出出成成为为自自由由电电子子，通常将金属丝称之为通常将金属丝称之为“灯丝灯丝”。 （2 2）. .加加速速电电子子的的手手段段建建立立一一高高压压电电场场，灯灯丝丝与与阴阴极极相相连连，使使电电子子在在电电场场作作用用下下飞飞向阳极。向阳极。4646优选课件 （3 3）. .电电子子聚聚焦焦将将灯灯丝丝置置于于杯杯状状或或槽槽形阴极聚焦窒中，使电子聚成一束定向发射。形阴极聚焦窒中，使电子聚成一束定向发射。 （4 4）. .接接受受电电子子轰轰击击的的靶

46、靶将将一一块块高高熔熔点点金金属属（一一般般为为钨钨）嵌嵌入入阳阳极极，接接受受电电子子轰击。轰击。 （5 5）. .高高真真空空度度用用玻玻璃璃或或其其它它材材料料作作成成壳壳体体，使使阴阴极极和和阳阳极极之之间间保保持持高高真真空空度度，以保证高速电子不受气体阻挡、灯丝不被氧化以保证高速电子不受气体阻挡、灯丝不被氧化。 满足上述条件的装置称之为满足上述条件的装置称之为“X X射线射线管管”，X X射线就是在射线就是在X X射线管中发生的。射线管中发生的。 4747优选课件 2 2、X X射线谱及其组成射线谱及其组成 X X射线波谱由连射线波谱由连续谱和标识谱两部分续谱和标识谱两部分组成。连

47、续谱是波长组成。连续谱是波长连续变化的部分；标连续变化的部分；标识谱重叠在连续谱上，识谱重叠在连续谱上，如同山丘上的宝塔。如同山丘上的宝塔。 48优选课件493 3、 X X射线的产生机理射线的产生机理 、连续谱的产生及特点连续谱的产生及特点 高高速速电电子子与与原原子子核核外外库库仑仑场场作作用用产产生生的的X X射线叫做连续射线叫做连续X X射线（又叫做多色射线（又叫做多色X X射线、白色射线、白色X X射线或韧致辐射）射线或韧致辐射）。 当当高高速速电电子子与与靶靶相相撞撞时时，受受原原子子核核外外库库仑仑场的作用，运动方向发生偏转且速度减慢，这时场的作用，运动方向发生偏转且速度减慢，这

48、时电子的一部分能量便以电子的一部分能量便以X X射线的形式释放出来。射线的形式释放出来。 由由于于高高速速电电子子的的能能量量不不同同，受受阻阻程程度度和和减减速过程不同，所以产生的速过程不同，所以产生的X X射线具有各种波长，射线具有各种波长，其波谱呈连续分布。其波谱呈连续分布。49优选课件50 在在X X射射线线的的连连续续谱谱中中存存在在着着一一个个最最短短的的波长，其值可以用下式计算：波长，其值可以用下式计算： 式中：式中：V V管电压，单位管电压，单位kVkV。 由上式可以看出，连续由上式可以看出，连续X X射线的波射线的波长（能量）取决于管电压。管电压越高，波长长（能量）取决于管电

49、压。管电压越高，波长越短，越短，X X射线的能量越高。射线的能量越高。 在连续谱中，最大强度对应的波长在连续谱中，最大强度对应的波长为：为： 实际射线检测中，以最大强度波长实际射线检测中，以最大强度波长为中心的邻近波段的射线起主要作用。为中心的邻近波段的射线起主要作用。 50优选课件51 高速电子轰击靶时产生的高速电子轰击靶时产生的X X射线总强度由射线总强度由下式确定：下式确定： 式中：式中： I I管电流管电流 Z Z靶材料的原子序数靶材料的原子序数 V V管电压（单位管电压（单位V V） 由上式可知，由上式可知，连续连续X X射线的强度取决于管射线的强度取决于管电流、管电压和靶材料的原子

50、序数。电流、管电压和靶材料的原子序数。 （与管（与管电流成正比，与管电压的平方成正比）。电流成正比，与管电压的平方成正比）。51优选课件52优选课件53 X X射线的产生效率可由下式确定：射线的产生效率可由下式确定： 式中：式中： Z Z靶材料的原子序数；靶材料的原子序数； V V管电压（单位管电压（单位KVKV）。）。 由由上上式式计计算算可可知知，X X射射线线的的发发生生效效率率是是相相当当低低的的，例例如如，当当管管电电压压为为200kv200kv时时，其其X X射线发生效率只有射线发生效率只有2%2%左右。左右。 在在X X射射线线产产生生过过程程中中，能能量量转转换换方方式式主主要

51、要是是热热，高高速速电电子子的的绝绝大大部部分分能能量量都都转转变变为热量。为热量。53优选课件 计算题计算题1.4 1.4 求管电压为求管电压为250KV250KV的的X X射线机和能量为射线机和能量为4MeV4MeV的直线加速器辐射的连的直线加速器辐射的连续续X X射线的发生效率（设靶材为钨射线的发生效率（设靶材为钨Z Z7474，比，比例常数例常数0 01.21.210106 6）。）。 解：解：公式公式 X X射线机射线机： 0 0ZV ZV 1.21.210106 67474250=2.22%250=2.22% 直线加速器：直线加速器： 0 0ZVZV1.21.210106 6747

52、44000=35.52%4000=35.52%54优选课件 1.6 1.6 当当X X射线管的管电压为射线管的管电压为150kV150kV时，产生时，产生的的X X射线的最短波长为多少？若连续射线的最短波长为多少？若连续X X射线最大强度射线最大强度所对应的波长为最短波长的所对应的波长为最短波长的1.51.5倍，求最大强度处的倍，求最大强度处的光子能量为多少？光子能量为多少？55优选课件 1.5 1.5 已知已知CO60CO60源辐射两种能量的光子，源辐射两种能量的光子，一种是一种是1.17MeV1.17MeV，另一种是，另一种是1.33MeV.1.33MeV.求它们的波长分求它们的波长分别为

53、多少？别为多少？56优选课件 、标识谱的的产生及特点标识谱的的产生及特点 高高速速电电子子与与原原子子的的内内层层电电子子作作用用时时产生的产生的X X射线叫做标识射线叫做标识X X射线（或特征射线（或特征X X射线）。射线）。 当当高高速速电电子子与与原原子子内内层层的的轨轨道道电电子子作作用用时时，将将内内层层电电子子撞撞出出原原子子，内内层层轨轨道道上上留留下下一一个个空空位位，这这时时外外层层轨轨道道上上的的电电子子便便会会跃跃迁迁到到内内层层轨轨道道填填补补这这个个空空位位。由由于于外外层层电电子子处处于于较较高高的的能能级级，当当它它跃跃迁迁到到内内层层轨轨道道时时，多多余余的的能

54、能量量便便以以X X射射线线的的形形式式释释放放出出来来，其其能能量量等等于于两个轨道的能量差：两个轨道的能量差：5757优选课件 电电子子在在不不同同的的轨轨道道之之间间跃跃迁迁产产生生不不同同的的标标识识X X射射线线，例例如如L L、M M、N N层层电电子子向向K K层层跃跃迁迁产产生生K K系系标标识识X X射射线线，M M、N N层层电电子子向向L L层层跃跃迁迁产产生生L L系系标识标识X X射线，射线，依次类推。依次类推。 标识标识X X射线呈单个或多个线状谱，射线呈单个或多个线状谱，其能量与高速电子的能量无关，只取决于轨道其能量与高速电子的能量无关，只取决于轨道电子的能级和能

55、级差，也就是说，它只与靶材电子的能级和能级差，也就是说，它只与靶材料的原子结构有关。料的原子结构有关。 依据这种性质，标识依据这种性质，标识X X射线可用于射线可用于金属成分和结构分析。由于它的能量很低，在金属成分和结构分析。由于它的能量很低，在射线探伤中没有多大作用。射线探伤中没有多大作用。 5858优选课件 、连续、连续X X射线与标识射线与标识X X射线的不同之处射线的不同之处 问答问答 题题1.91.9： 、产生机理不同：连续、产生机理不同：连续X X射线是高速电子射线是高速电子与原子核外库仑场作用产生的；标识与原子核外库仑场作用产生的；标识X X射线是高速电射线是高速电子与原子的内层

56、轨道电子作用产生的。子与原子的内层轨道电子作用产生的。 、频谱不同：、频谱不同： 连续连续X X射线是连续谱，标射线是连续谱，标识识X X射线是线状谱。射线是线状谱。 、连续、连续X X射线的能量取决于管电压，标识射线的能量取决于管电压，标识X X射线的能量与管电压无关，只取决于靶材。射线的能量与管电压无关，只取决于靶材。 标识标识X X射线能量低线质软，在探伤中基本上射线能量低线质软，在探伤中基本上不起作用，工业探伤中起作用的主要是连续不起作用，工业探伤中起作用的主要是连续X X射线。射线。59优选课件1.2.3 .2.3 射线的产生及特点射线的产生及特点 1 1、射线的产生射线的产生 射射

57、线线是是放放射射性性同同位位素素经经过过或或衰衰变变后后，在在激激发发态态向向稳稳定定态态过过渡渡的的过过程程中中从从原原子子核核内内发发出出的的，这这一一过过程程称称作作衰衰变变，也也称称为为跃迁。跃迁。 与与核核外外电电子子的的跃跃迁迁一一样样，跃跃迁迁也也可可以以放放出出光光子子。其其不不同同之之处处是是，跃跃迁迁是是核核内内能能级级之之间间的的跃跃迁迁，其其放放出出的的 光光子子能能量量在在几几千千电电子子伏伏到到十十几几兆兆电电子子伏伏之之间间，而而核核外外电电子子跃跃迁迁放出的放出的x x光子能量只有几电子伏到几千电子伏。光子能量只有几电子伏到几千电子伏。2 2、 射线的特点射线的

58、特点 、 射射线线的的能能量量是是由由放放射射性性同同位位素素的的种种类类决决定定的的。 一一种种放放射射性性同同位位素素可可能能放放射出许多射出许多 6060优选课件 种能量的种能量的射线，对此取其所辐射出的所有能量射线，对此取其所辐射出的所有能量的平均值作为该同位素的辐射能量。如的平均值作为该同位素的辐射能量。如C C O O6060的平的平均能量为（均能量为（1.17+1.331.17+1.33）/2=1.25MeV/2=1.25MeV。 、射线的能谱为线状谱，谱线只射线的能谱为线状谱，谱线只出现在特定波长的若干点上。出现在特定波长的若干点上。 6161优选课件 3 3、放射性活度和比活

59、度、放射性活度和比活度 (1)(1)、放放射射性性活活度度是是指指放放射射性性材材料料单单位位时时间间内内原原子子的的衰衰变变数数, , 标标准准度度量量单单位位为为贝贝可可(Bq),1Bq(Bq),1Bq表表示示每每秒秒钟钟内内有有一一个个原原子子发发生生衰衰变，即变，即1Bq=1/s1Bq=1/s。 放放射射性性活活度度的的常常用用单单位位为为居居里里（CiCi）,1Ci,1Ci表表示示放放射射性性材材料料每每秒秒钟钟有有3.73.710101010个原子发生衰变，即个原子发生衰变，即1Ci=3.71Ci=3.710101010 /s /s。 对对于于同同一一种种放放射射源源来来说说，放放

60、射射性性活活度度大大的的源源, ,单单位位时时间间内内衰衰变变的的原原子子数数目目多多，因而放射的因而放射的射线多，其射线多，其射线强度就大。射线强度就大。6262优选课件 但但对对不不同同的的放放射射源源来来说说，即即使使放放射射性性活活度度相相同同，也也不不表表明明其其放放射射的的射射线线强强度度相相同同。这这是是因因为为不不同同的的放放射射性性同同位位素素在在一一个个核核衰衰变变中中放放出出的的射射线线光光子子数数可可以以不不同同。例例如如，钴钴6060一一个个核核衰衰变变放放出出能能量量不不同同的的两两个个射射线线光光子子，但但对对铥铥170170来来说说，不不是是每每个个核核衰衰变变

61、都都放放射射射射线线光光子，而是大约只有子，而是大约只有8%8%的核衰变放射的核衰变放射射线。射线。 6363优选课件 、放放射射性性比比活活度度是是指指单单位位质质量量放放射射性性物质的放射性活度，单位是物质的放射性活度，单位是Bq/gBq/g或或Ci/gCi/g。 比比活活度度不不仅仅表表示示放放射射性性材材料料的的活活度度，而而且且表表明明了了其其纯纯度度。实实际际上上，任任何何放放射射性性材材料料中中都都伴伴有有一一定定的的杂杂质质，因因此此比比活活度度在在某某种种程程度度上更能表明上更能表明射线源放射射线源放射射线的情况。射线的情况。 在在活活度度相相同同的的情情况况下下，比比活活度

62、度大大的的源其尺寸可以做得更小一些。源其尺寸可以做得更小一些。6464优选课件 4、衰变律和半衰期、衰变律和半衰期 . .衰变律衰变律 放放射射性性同同位位素素原原子子核核衰衰变变是是自自发发进进行行的的，对对于于任任意意一一个个核核来来说说，它它何何时时衰衰变变具具有有偶偶然然性性，但但对对于于足足够够多多的的核核的的集集合合来来说说，其其衰衰变必定服从统计规律。变必定服从统计规律。 设设在在dtdt时时间间内内发发生生的的核核衰衰变变数数为为dNdN，则则dNdN必必然然与与当当时时存存在在的的原原子子核核数数N N和和时时间间dtdt成正比，于是有：成正比，于是有： -dN=Ndt -d

63、N=Ndt 式中：式中：衰变常数。衰变常数。 dNdNN N的减少量的减少量, ,所以前面加负号。所以前面加负号。 6565优选课件 设设t=0t=0时原子核数为时原子核数为N N0 0，则上式积分后得：，则上式积分后得： 上式称为放射性同位素的衰变律上式称为放射性同位素的衰变律。 由上式可以看出，放性同位素的由上式可以看出，放性同位素的衰变服从指数规律。衰变服从指数规律。 . .半衰期半衰期 半半衰衰期期是是指指放放射射性性同同位位素素的的原原子子核核数衰变一半所需要的时间，用数衰变一半所需要的时间，用T T1/21/2表示表示。 6666优选课件 当当t=Tt=T1/21/2时，时，N=N

64、N=N0 0/2/2，由衰变律得：，由衰变律得： 和和T T1/21/2都是放射性材料的固有都是放射性材料的固有特性，反映了放射性同位素的衰变速率，特性，反映了放射性同位素的衰变速率，越大，越大，T T1/21/2越小，放射性同位素越不稳定，衰越小，放射性同位素越不稳定，衰变得越快变得越快。6767优选课件 以半衰期数表达的衰变律的另一种表达式以半衰期数表达的衰变律的另一种表达式 68优选课件 每一种同位素都有各自的半衰期，有的很短，每一种同位素都有各自的半衰期，有的很短，有的很长，例如，铯有的很长，例如，铯135135的半衰期只有的半衰期只有2.82.81010-10-10秒，而铀秒，而铀2

65、38238的半衰期长达的半衰期长达4545亿年。亿年。 下面是几种常用下面是几种常用射线源的半衰期：射线源的半衰期： Cs137Cs1373333年；年； Co60Co605.35.3年年; ; Se75Se75 120120天天 Tm170 Tm170128128天；天； Ir192Ir1927474天天; ; 6969优选课件 知道了一个知道了一个射线源的活度和半衰射线源的活度和半衰期，就可计算出该源在任意时刻的活度。期，就可计算出该源在任意时刻的活度。 例如例如，80Ci80Ci的的Ir192Ir192源，源，150150天其活度天其活度变为：变为：70优选课件 计算题计算题1.3 CS

66、1371.3 CS137（已知半衰期为（已知半衰期为3333年）年）射线源用了射线源用了1616年后，放射性强度还剩原来的百分年后，放射性强度还剩原来的百分之几？之几？71优选课件 1.1 C060 1.1 C060的衰变常数为的衰变常数为0.1310.131年，求它的半年，求它的半衰期。衰期。 1.2 Ir192 1.2 Ir192的半衰期限为的半衰期限为7575天，求它的衰天，求它的衰变常数。变常数。72优选课件 5、射线的能量和强度射线的能量和强度 、射线的能量射线的能量 X X射线管发生的射线管发生的X X射线，其频谱是射线，其频谱是连续分布的，连续分布的，X X射线的能量取决于管电压

67、射线的能量取决于管电压。 射线与连续射线与连续X X射线不同，它是由射线不同，它是由一个或几个能量不连续的线状谱组成的，每一一个或几个能量不连续的线状谱组成的，每一种同位素发射的种同位素发射的射线的能量是不可控制的，射线的能量是不可控制的，要改变要改变射线的能量，只有选择不同种类的放射线的能量，只有选择不同种类的放射源射源。 射线的能量通常用组成射线的能量通常用组成射线的各射线的各种光子的平均能量来表示。种光子的平均能量来表示。7373优选课件 下面是几种常用下面是几种常用射线源的平均能量：射线源的平均能量： 钴钴60601.25MeV 1.25MeV 铯铯1371370.66MeV 0.66

68、MeV 铱铱1921920.35MeV;0.35MeV;铥铥1701700.072MeV0.072MeV 硒硒75750.206MeV0.206MeV 有时用有时用“X X射线当量能量射线当量能量”来表示来表示射线的能量。所谓射线的能量。所谓X X射线当量能量，是指与射线当量能量，是指与射线产生同等吸收效果的射线产生同等吸收效果的X X射线平均能量，用射线平均能量，用射线管峰值管电压（射线管峰值管电压（KvpKvp）表示。）表示。 几种常用同位素的几种常用同位素的X X射线当量能量为：射线当量能量为： 钴钴6060：200020003000Kvp;3000Kvp; 铯铯137137：60060

69、01500Kvp;1500Kvp; 铱铱192192：150150800Kvp;800Kvp; 铥铥170170：3030150Kvp150Kvp7474优选课件 、射线的强度射线的强度 射线强度是指射线强度是指射线源在单位时射线源在单位时间内发射的间内发射的射线的数量。射线的数量。 对于同一种对于同一种源来说，其源强度与源来说，其源强度与源活度成正比。但对不同类型的源来说，无法源活度成正比。但对不同类型的源来说，无法根据源活度大小对其强度行比较。为此，引入根据源活度大小对其强度行比较。为此，引入了克镭当量的概念。了克镭当量的概念。 已经知道，在距已经知道，在距1 1克镭克镭1 1米处的照射米

70、处的照射量率为量率为0.84R/h0.84R/h，因此，任何类型的放射源，因此，任何类型的放射源，只要在离源只要在离源1 1米处的照射率为米处的照射率为0.84R/h0.84R/h，其源强，其源强度即为度即为1 1克镭当量。克镭当量。 7575优选课件 每一种放射源，其源活度与源强度之间都每一种放射源，其源活度与源强度之间都有确定的关系，这种关系用有确定的关系，这种关系用当量表示。它是当量表示。它是指单位活度指单位活度放射源的克镭当量。放射源的克镭当量。 下面是几种常用下面是几种常用放射源的放射源的当量：当量： 钴钴6060： =1.57gRa/Ci=1.57mgRa/mCi =1.57gRa

71、/Ci=1.57mgRa/mCi 铯铯137137：=0.39gRa/Ci=0.39mgRa/mCi=0.39gRa/Ci=0.39mgRa/mCi 铥铥170: =0.002gRa/Ci=0.002mgRa/Ci170: =0.002gRa/Ci=0.002mgRa/Ci 铱铱192192：=0.56gRa/Ci=0.56mgRa/Ci=0.56gRa/Ci=0.56mgRa/Ci 硒硒7575： =0.24gRa/Ci=0.24mgRa/Ci =0.24gRa/Ci=0.24mgRa/Ci 式中：式中：gRagRa克镭当量，克镭当量，mgRamgRa毫克镭当量毫克镭当量 （1gRa=100

72、0mgRa1gRa=1000mgRa） Ci Ci居里，居里，mCimCi毫居里（毫居里（1Ci=1000mCi1Ci=1000mCi）7676优选课件 放射性同位素活度与放射强度的关系也可放射性同位素活度与放射强度的关系也可以用以用KK（照射量率常数）表示。（照射量率常数）表示。 K K表示表示1 1居里的点源在距源居里的点源在距源1 1米处米处的照射率，几种常用射线源的的照射率，几种常用射线源的KrKr值如下：值如下： 钴钴6060： K=1 K=1. .32 R32 Rm m2 2/h/hCiCi 铯铯137137：K =K =0.0.328 R328 Rm m2 2/h/hCiCi 铥

73、铥170: K =170: K =0.0.0013 R0013 Rm m2 2/h/hCiCi 铱铱192192：K =K =0.0.472 R472 Rm m2 2/h/hCiCi 硒硒7575： K = K =0.0.204 R204 Rm m2 2/h/hCiCi7777优选课件2 2、距、距1mCi1mCi源源1cm1cm处的照射率：处的照射率： 钴钴6060： K=13.2 R K=13.2 Rc cm m2 2/h/hm mCiCi 铯铯137137：K =3.28 RK =3.28 Rc cm m2 2/h/hm mCiCi 铥铥170: K =0.013 R170: K =0.

74、013 Rc cm m2 2/h/hm mCiCi 铱铱192192：K =4.72 RK =4.72 Rc cm m2 2/h/hm mCiCi 硒硒7575： K =2.04 R K =2.04 Rc cm m2 2/h/hm mCiCi78优选课件5 5、X X射线和射线和射线的不同之处：射线的不同之处： 问答题问答题1.61.6 、产产生生机机理理不不同同，X X射射线线是是高高速速电电子子与与物物质质碰碰撞撞产产生生的的；而而射射线线是是放放射射性性物物质质原原子子核衰变时放射出来的。核衰变时放射出来的。 、X X射线是连续谱，射线是连续谱，射线是线状谱；射线是线状谱； 、X X射射

75、线线的的能能量量取取决决于于管管电电压压，射射线的能量取决于放射性同位素的种类；线的能量取决于放射性同位素的种类； 、X X射射线线的的强强度度随随管管电电压压和和管管电电流流而而变变化化，射射线线的的强强度度取取决决于于源源的的大大小小，且且随随时时间间而不断减弱。而不断减弱。79优选课件80 1.2.41.2.4、波粒二象性（略）、波粒二象性（略） X X射射线线和和射射线线都都是是电电磁磁波波。电磁波具二象性，即波动性和粒子性。电磁波具二象性，即波动性和粒子性。 波波动动性性是是指指电电磁磁波波在在传传播播过过程程中中会会发发生生反反射射、折折射射、干干涉涉、衍衍射射和和偏偏振振等等现象

76、；现象； 粒粒子子性性是是指指电电磁磁波波（X X射射线线和和射射线线）在在穿穿透透物物质质的的过过程程会会与与物物质质发发生生光电效应、康普顿效应和电子对效应。光电效应、康普顿效应和电子对效应。80优选课件81 19051905年年，爱爱因因斯斯坦坦提提出出了了关关于于光光的的本本性性的的假假说说，认认为为光光是是一一粒粒一一粒粒以以光光速速运运动动的的粒粒子子流流，这这些些粒粒子子称称为为光光子子或或光光量量子子。光光子子不不带带电电荷荷，不不受受电电磁磁场场的的影影响响，静静止止质质量量为为零零，具有一定的能量。光子能量可用下式表示：具有一定的能量。光子能量可用下式表示： 式中：式中：E

77、-E-光子能量；光子能量； h-h-普普朗朗克克常常数数，h=6.624h=6.6241010-27-27尔格尔格秒；秒； - -频率；频率； - -波长。波长。 81优选课件82 可可以以看看出出，光光子子能能量量与与频频率率成成正正比比，与与波波长长成成反反比比，频频率率越越高高，波波长长越越短短，能能量量越越高高。X X和和射射线线的的波波长长非非常常短短，所所以以能能量量非非常常高高，这就是能穿透可见光不能穿透的物质的原因。这就是能穿透可见光不能穿透的物质的原因。 X X和和射射线线的的能能量量用用电电子子伏伏（eVeV）、千千电电子子伏伏（KeVKeV）和和兆兆电电子子伏伏（MeVM

78、eV）表表示示，1MeV=101MeV=103 3KeV=10KeV=106 6eVeV。 物物理理学学中中用用焦焦耳耳或或尔尔格格作作为为能能量量单单位，它们和电子伏之间的关系是：位，它们和电子伏之间的关系是： 1eV= 1eV= 1.61.61010-19-19尔尔格格= = 1.61.61010-17-17焦耳焦耳 射线照相中使用的射线照相中使用的X X和和射线的能量射线的能量范围大约为几千电子伏到几兆电子伏。范围大约为几千电子伏到几兆电子伏。 82优选课件83 1.2.5、射线的种类（略）射线的种类（略） 除除X X射线和射线和射线外，还有：射线外，还有： 1 1、电子射线和、电子射线

79、和射线射线 电子射线和电子射线和射线都是由电子组成射线都是由电子组成的。电子射线是利用加速器或其它高压电场加的。电子射线是利用加速器或其它高压电场加速电子获得的；而速电子获得的；而射线是射线是衰变过程中从原衰变过程中从原子核内发出的电子。其质量很小，带有一个单子核内发出的电子。其质量很小，带有一个单位负电荷，其电离作用较小，穿透力较大。位负电荷，其电离作用较小，穿透力较大。 2 2、质子射线和、质子射线和射线射线 质子射线和质子射线和射线都是带正电的粒子射线都是带正电的粒子流。质子射线可通过加速器获得；而流。质子射线可通过加速器获得；而射线是射线是放射性同位素在放射性同位素在衰变过程中从原子核

80、内发出衰变过程中从原子核内发出的。的。粒子粒子83优选课件84 实际上是氦原子核，它由两个质子和两个中子实际上是氦原子核，它由两个质子和两个中子组成，带有两个单位正电荷。组成，带有两个单位正电荷。 由于由于粒子质量大，带电量大，运动粒子质量大，带电量大，运动速度慢，所以有很强的电离作用，电离过程中，速度慢，所以有很强的电离作用，电离过程中，能量损耗很快，因此其穿透能力很弱，甚至连一能量损耗很快，因此其穿透能力很弱，甚至连一张纸都可以将它完全阻挡。张纸都可以将它完全阻挡。 3 3、 中子射线中子射线 中子射线是高速运动的中子流，可通过中子射线是高速运动的中子流，可通过放射性同位素、加速器或核反应

81、堆获得。放射性同位素、加速器或核反应堆获得。 由于中子不带电，与原子核没有排斥由于中子不带电，与原子核没有排斥作用，所以很容易钻入原子深处。作用，所以很容易钻入原子深处。 与与X X射线和射线和射线相比，中子具有独特射线相比，中子具有独特的穿透特性。的穿透特性。84优选课件85 X X射线和射线和射线的衰减主要取决于物质的射线的衰减主要取决于物质的原子序数和密度，原子序数和密度，而中子的穿透能力则取决于而中子的穿透能力则取决于物质对中子的俘获能力物质对中子的俘获能力。 重元素如铅，对重元素如铅，对X X射线和射线和射线衰射线衰减很大，但对中子的俘获能力很小，所以减很大，但对中子的俘获能力很小，

82、所以中子中子在铅中的穿透厚度很大，而在轻元素如氢中的在铅中的穿透厚度很大，而在轻元素如氢中的穿透能力却很小穿透能力却很小。因此，中子射线在射线探伤。因此，中子射线在射线探伤中具有很大的价值，可用于解决中具有很大的价值，可用于解决X X射线和射线和射射线不能解决的问题。线不能解决的问题。 目前，中子射线照相已成功用于火目前，中子射线照相已成功用于火药、塑料和航天产品的检验。随着经济和便利药、塑料和航天产品的检验。随着经济和便利的中子源的出现，中子射线照相将获得广泛的的中子源的出现，中子射线照相将获得广泛的应用。应用。85优选课件861.2.6 1.2.6 关于标识关于标识X X射线的进一步讨论（

83、略）射线的进一步讨论（略）1.2.7 1.2.7 工业检测常用放射性同位素的特性（略）工业检测常用放射性同位素的特性（略） 1 1、Co60Co60： 人工放射性同位素，由稳定同位素人工放射性同位素，由稳定同位素Co59Co59被中子照射后形成。反应形式为：被中子照射后形成。反应形式为： 由上述反应生成的同位素是不稳定的，它由上述反应生成的同位素是不稳定的，它放出放出粒子而变成同位素粒子而变成同位素Ni60Ni60，即：，即： 86优选课件87 受激态的受激态的Ni60Ni60在连续放出在连续放出2 2个各带有个各带有1.171.17和和1.33MeV1.33MeV的的光子后转变为稳定状态。光

84、子后转变为稳定状态。 半衰期半衰期5.35.3年、年、KrKr照射量率常数为照射量率常数为1 1. .32R32Rm/(hm/(hCi)Ci)、实际比活度、实际比活度50 Ci/g50 Ci/g，有铁磁，有铁磁性。性。 2 2、Cs137Cs137 U235 U235分裂时的一种产物。当分裂时的一种产物。当U235U235分裂分裂时，约有时，约有6.3%6.3%的产物为的产物为 Cs137 Cs137。在。在衰变过程中，衰变过程中，约有约有92%92%的的Cs137Cs137核转变为受激状态的核转变为受激状态的Ba137Ba137，约有，约有8%8%的的Cs137Cs137核转变为稳定状态的核

85、转变为稳定状态的Ba137Ba137。受激状态。受激状态的的Ba137Ba137转变为稳定状态时放出转变为稳定状态时放出0.661MeV0.661MeV的的射线。射线。 半衰期半衰期5.35.3年、年、KrKr照射量率常数为照射量率常数为0.32R0.32Rm/(hm/(hCi)Ci)、实际比活度、实际比活度25Ci/g25Ci/g。 实际使用的实际使用的 放射源是放射源是Cs137Cs137的化合物的化合物CsClCsCl。 87优选课件88 3 3、Ir192:Ir192: 人工放射性同位素人工放射性同位素Ir192Ir192是是Ir191Ir191俘获俘获热中子而得到的。热中子而得到的。

86、 Ir192 Ir192经上述反应仍不稳定，其中经上述反应仍不稳定，其中96%96%的核素经的核素经衰变过渡到衰变过渡到 ，另外，另外4%4%经经K K俘俘获过渡到获过渡到 从不稳定状态过渡到稳定状态时放出多种不同从不稳定状态过渡到稳定状态时放出多种不同能量的能量的射线。射线。 半衰期半衰期74.474.4天、天、KrKr照射量率常数为照射量率常数为0.472R0.472Rm/(hm/(hCi)Ci)、实际比活度、实际比活度350Ci/g350Ci/g。88优选课件89 4 4、Tm170Tm170 热中子照射稳定同位素热中子照射稳定同位素Tm169Tm169时，形成时，形成人工放射性同位素人

87、工放射性同位素Tm170Tm170。衰变时，约。衰变时，约76%76%的的Tm170Tm170放射放射粒子而变为稳定的同位素粒子而变为稳定的同位素Yh170Yh170；约；约24%24%的的Tm170Tm170放射放射粒子而形成处于受激状态的粒子而形成处于受激状态的Yh170Yh170。在转变为稳定状态时，约有在转变为稳定状态时，约有3%3%放出能量为放出能量为0.084MeV0.084MeV的的射线，约射线，约5%5%通过内转换发射通过内转换发射K K层轨道层轨道电子，随后发生电子跃迁发射电子，随后发生电子跃迁发射52KeV52KeV的标识的标识X X射线。射线。 半衰期半衰期128128天

88、、天、KrKr照射量率常数为照射量率常数为0.0014R0.0014Rm/(hm/(hCi)Ci)、实际比活度、实际比活度1000Ci/g1000Ci/g。89优选课件90 5 5、 Se75 Se75 将元素将元素 Se74 Se74或其化合物放入反应堆中或其化合物放入反应堆中受中子照射，通过中子俘获反应得到受中子照射，通过中子俘获反应得到 Se75 Se75。 Se75 Se75衰变方式为轨道电子俘获。即原衰变方式为轨道电子俘获。即原子核俘获一个核外电子变成原子序数为子核俘获一个核外电子变成原子序数为3333的的As75As75，随即放出，随即放出射线。射线。 Se75 Se75原子序数为

89、原子序数为3434，半衰期，半衰期120.4120.4天、天、KrKr照射量率常数为照射量率常数为0.202R0.202Rm/(hm/(hCi)Ci)、实际比活、实际比活度度1.451.4510104 4Ci/gCi/g。90优选课件1.31.3、射线与物质的相互作用、射线与物质的相互作用 X X射线和射线和射线穿透物质时，其强度射线穿透物质时，其强度会因物质的吸收和散射而减弱，吸收和散射是由会因物质的吸收和散射而减弱，吸收和散射是由于射线与物质的相互作用而产生的。于射线与物质的相互作用而产生的。 X X射线和射线和射线与物质的相互作用方射线与物质的相互作用方式主要有三种，即光电效应、康普顿效

90、应和电子式主要有三种，即光电效应、康普顿效应和电子对效应。对效应。 1.3.1 1.3.1光电效应光电效应 当光子与物质的束缚电子作用时，光当光子与物质的束缚电子作用时，光子把全部能量给束缚电子，使之发射出去，而光子把全部能量给束缚电子，使之发射出去，而光子本身则消失掉，这种现象叫做光电效应。光电子本身则消失掉，这种现象叫做光电效应。光电效应发射出去的电子叫光电子。效应发射出去的电子叫光电子。 9191优选课件9292优选课件 光电效应过程中，光子的一部分能量消耗光电效应过程中，光子的一部分能量消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能（电子在于光电子脱离原子束缚所需的电离能（电子在原子中的逸出能）

91、，另一部分就作为光电子的原子中的逸出能），另一部分就作为光电子的动能。所以发生光电效应的条件是光子能量必动能。所以发生光电效应的条件是光子能量必须大于电子的逸出能，即须大于电子的逸出能，即 。 发生光电效应时，由于原子的内层发生光电效应时，由于原子的内层电子被击出，使原子处于激发态，当原子恢复电子被击出，使原子处于激发态，当原子恢复到稳定状态时，发出标识到稳定状态时，发出标识X X射线（又称次级射线（又称次级X X射射线或荧光线或荧光X X射线）。射线）。 光电效应的发生机率随光子能量的光电效应的发生机率随光子能量的增大而减小，物质原子序数的增大而增大。光增大而减小，物质原子序数的增大而增大。

92、光子能量大约在子能量大约在10Kev10Kev左右时，光电效应占绝对左右时，光电效应占绝对优势，能量超过优势，能量超过10kev10kev时，光电效应逐渐减少时，光电效应逐渐减少。 9393优选课件 1.3.2 1.3.2 康普顿效应康普顿效应 当光子与原子外层电子作用时，将部当光子与原子外层电子作用时，将部分能量转移给电子，使之脱离原子，成为反冲分能量转移给电子，使之脱离原子，成为反冲电子，入射光子失去部分能量，变成能量较低电子，入射光子失去部分能量，变成能量较低的光子，并改变原来的方向，成为散射光子，的光子，并改变原来的方向，成为散射光子，这种现象称为康普顿效应。这种现象称为康普顿效应。

93、康普顿效应中产生的散射光子叫做康康普顿效应中产生的散射光子叫做康普顿散射，其方向与入射光子的能量有关，入普顿散射，其方向与入射光子的能量有关，入射光子能量越高，散射线的方向与入射光子越射光子能量越高，散射线的方向与入射光子越接近，反之，从入射方向偏离越大。接近，反之，从入射方向偏离越大。9494优选课件9595优选课件 康普顿效应的发生机率与物质的原子序数康普顿效应的发生机率与物质的原子序数和入射线的能量有关。和入射线的能量有关。 由于轻元素的外层电子受核束缚较由于轻元素的外层电子受核束缚较弱，所以原子序数低的物质发生机率大。弱，所以原子序数低的物质发生机率大。 射线能量在射线能量在1MeV1

94、MeV以下时，发生机率以下时，发生机率随能量增大而增大，随能量增大而增大，1MeV1MeV左右，射线强度的衰左右，射线强度的衰减几乎都是由康普顿效应引起的，射线能量超减几乎都是由康普顿效应引起的，射线能量超过过1MeV1MeV时，发生机率随能量增大而减小。时，发生机率随能量增大而减小。9696优选课件 1.3.3 1.3.3 电子对效应电子对效应 当入射光子的能量大于两个电子的当入射光子的能量大于两个电子的静止质量静止质量, ,即大于即大于1.02 MeV1.02 MeV时时, ,光子在原子核附光子在原子核附近经过近经过, ,受核库仑场的作用受核库仑场的作用, ,转化为一个正电子转化为一个正电

95、子和一个负电子和一个负电子, ,这种过程称为电子对效应。这种过程称为电子对效应。 正电子在物质中运动，逐渐损失能正电子在物质中运动，逐渐损失能量，最终与一个电子结合，转化为两个能量量，最终与一个电子结合，转化为两个能量0.51MeV0.51MeV的光子，这种现象称为电子对湮没。的光子，这种现象称为电子对湮没。 光电效应的发生机率随原子序数和入光电效应的发生机率随原子序数和入射线能量的增大而增大，在高能射线照相中，射线能量的增大而增大，在高能射线照相中，引起射线强度衰减的主要因素是电子对效应。引起射线强度衰减的主要因素是电子对效应。9797优选课件9898优选课件 1.3.4 1.3.4 瑞利散

96、射瑞利散射 入射光子与束缚较牢固的内层轨道入射光子与束缚较牢固的内层轨道电子发生弹性碰撞而产生的散射叫做瑞利散射，电子发生弹性碰撞而产生的散射叫做瑞利散射，也称相干散射。当入射光子与内层电子碰撞时，也称相干散射。当入射光子与内层电子碰撞时，电子吸收光子能量跃迁到高能级，随即又放射电子吸收光子能量跃迁到高能级，随即又放射出一个散射光子，其波长与入射光子相同。出一个散射光子，其波长与入射光子相同。 瑞利散射的几率随物质原子序数的增瑞利散射的几率随物质原子序数的增大而增大，并随入射光子能量的增大而急剧减大而增大，并随入射光子能量的增大而急剧减小。小。 1.3.5 1.3.5 各种效应相对发生几率各种

97、效应相对发生几率 光电效应、康普顿效应和电子对效应的发光电效应、康普顿效应和电子对效应的发生几率与物质的原子序数和入射光子的能量有生几率与物质的原子序数和入射光子的能量有关。一般说来：关。一般说来：9999优选课件 a a、低能射线和高、低能射线和高 原子序数物质，光电效原子序数物质，光电效 应占优势；应占优势； b b、中等能量射线、中等能量射线 和低原子序数物质，康和低原子序数物质，康 普顿效应占优势；普顿效应占优势； c c、高能量射线和高、高能量射线和高 原子序数物质，电子对原子序数物质，电子对 效应占优势。效应占优势。 各种效应对射线照相质量产生不同的影各种效应对射线照相质量产生不同

98、的影响光电效应和电子对效应引起的吸收有利于提高响光电效应和电子对效应引起的吸收有利于提高照相对比度，而康普顿效应产生的散射线会降低照相对比度，而康普顿效应产生的散射线会降低对比度；对比度；100100优选课件 对轻金属的照相质量往往比重金属差。用对轻金属的照相质量往往比重金属差。用1MeV1MeV左左右能量照相，其对比度往往不如较低或更高能量右能量照相，其对比度往往不如较低或更高能量射线；这都是康普顿效应的影响造成的。射线；这都是康普顿效应的影响造成的。 综上所述，综上所述，射线穿射线穿 过物质时，一部分光子过物质时，一部分光子 未与物质作用，直接穿未与物质作用，直接穿 透物质，称为透射射线透

99、物质，称为透射射线 或一次射线；一部分光或一次射线；一部分光 子与物质发生作用，产子与物质发生作用，产 生光电子、反冲电子、生光电子、反冲电子、 二次标识二次标识X X射线、散射线射线、散射线 和电子对等，从而被部分或完全吸收。和电子对等，从而被部分或完全吸收。 101101优选课件1.3.6 1.3.6 窄束、单色射线的强度衰减规律窄束、单色射线的强度衰减规律 所谓所谓“窄束窄束”，是指透过物质的，是指透过物质的射线只包含一次射线，不包含散射线；所谓射线只包含一次射线，不包含散射线；所谓“单色单色”，是指只包含单一波长的射线，即，是指只包含单一波长的射线，即相同能量的光子组成的射线。相同能量

100、的光子组成的射线。 由实验知道，窄束、单色射线穿由实验知道，窄束、单色射线穿过物质时，其强度减弱量与入射线的强度及过物质时，其强度减弱量与入射线的强度及物质厚度成正比，即：物质厚度成正比，即： 对上式积分可得对上式积分可得射线衰减律公式如下：射线衰减律公式如下：102102优选课件 式中：式中：I I0 0入射线的强度；入射线的强度； I I透过物质的射线强度；透过物质的射线强度； T T物质的厚度；物质的厚度； 线衰减系数。线衰减系数。 表示射线透过物质时其强度减弱表示射线透过物质时其强度减弱的快慢程度，它是几种效应共同作用的结果。的快慢程度，它是几种效应共同作用的结果。当然，在不同的能量范

101、围内，各种效应的贡献当然，在不同的能量范围内，各种效应的贡献是不同的。是不同的。与射线能量、透过材料的密度及与射线能量、透过材料的密度及原子序数有关，一般地讲，原子序数有关，一般地讲，射线能量越低、材射线能量越低、材料密度和原子序数越大，料密度和原子序数越大，越大；反之，越大；反之，越越小小。103103优选课件 1.3.7 1.3.7 宽束、多色射线的衰减律宽束、多色射线的衰减律 工业射线探伤中所用射线不可能是工业射线探伤中所用射线不可能是“单色单色”和和“窄束窄束”射线，而是射线，而是“宽束宽束”、“多多色色”射线。射线。 所谓所谓“宽束宽束”，是指透过物质的射线，是指透过物质的射线中，即

102、包含一次射线，也包含散射线。中，即包含一次射线，也包含散射线。 所谓所谓“多色多色”，是指由多种能量（即，是指由多种能量（即多种波长）的光子组成的射线。多种波长）的光子组成的射线。宽束多色射线宽束多色射线的衰减律可用下式表示：的衰减律可用下式表示：104104优选课件 式中：式中：I I入射线强度；入射线强度； Ip Ip透过物质的射线透过物质的射线总强度；总强度； I I0 0透过物质的一次透过物质的一次射线强度；射线强度； Is Is透过物质的散射透过物质的散射线强度；线强度； 平均衰减系数，平均衰减系数，组成多色射线中各种能量射线衰减系数的平均组成多色射线中各种能量射线衰减系数的平均值。

103、值。 n n散射比，透过物质散射比，透过物质的散射线强度与一次射线强度之比，其大小与的散射线强度与一次射线强度之比，其大小与射线能量、物质种类、穿透厚度等因素有关。射线能量、物质种类、穿透厚度等因素有关。 多色射线在穿透物质过程中，低能多色射线在穿透物质过程中，低能射线衰减较快而高能射线衰减较慢，其平均能射线衰减较快而高能射线衰减较慢，其平均能量在逐渐增大，相应地平均衰减系数也在逐渐量在逐渐增大，相应地平均衰减系数也在逐渐地变小地变小。105105优选课件 1.3.81.3.81 1 半价层和十分之一价层半价层和十分之一价层 实际应用中，经常用半价层来描述实际应用中，经常用半价层来描述某种能量

104、的射线的穿透力或衰减程度。某种能量的射线的穿透力或衰减程度。 所谓半价层是指使入射线强度减少所谓半价层是指使入射线强度减少一半的吸收物质的厚度。若以一半的吸收物质的厚度。若以ThTh表示半价层，表示半价层，由射线衰减律可得：由射线衰减律可得：106106优选课件 对于宽束多色射线可用平均半价层表示：对于宽束多色射线可用平均半价层表示： 对于多色射线来说，由于在透过物质过程对于多色射线来说，由于在透过物质过程中是变化的，所以平均半价层也是变化的。中是变化的，所以平均半价层也是变化的。 在射线防护计算中有时会用到十分在射线防护计算中有时会用到十分之一价层，它是使入射线强度减少到十分之一之一价层，它

105、是使入射线强度减少到十分之一的物质的厚度。同样可推出，十分之一价层可的物质的厚度。同样可推出，十分之一价层可表示为：表示为：107107优选课件 对于宽束多色射线，可表示为：对于宽束多色射线，可表示为： 若若已知入射线强度，可利用半价层已知入射线强度，可利用半价层和十分之一价层算出射线透过任意厚度物质后和十分之一价层算出射线透过任意厚度物质后的强度。即：对于窄束单色射线的强度。即：对于窄束单色射线： 对于宽束多色射线：对于宽束多色射线：108108优选课件 例题：已知某射线源，铅的半价层为例题：已知某射线源，铅的半价层为3mm3mm。求铅的求铅的1/101/10和和1/201/20价层分别是多

106、少？价层分别是多少？109109优选课件110110优选课件 例题：若散射线忽略不计，当透照厚度的例题：若散射线忽略不计，当透照厚度的增厚量相当于增厚量相当于1/21/2半价层时，则胶片接受的照半价层时，则胶片接受的照射线量将减小百分之几？射线量将减小百分之几？111111优选课件 1.3.8 1.3.8 连续连续X X射线吸收（衰减）系数测试射线吸收（衰减）系数测试和吸收（衰减）曲线（略）和吸收（衰减）曲线（略） 1.3.9 1.3.9 截面与吸收系数（略）截面与吸收系数（略） 1.3.10 1.3.10 带电粒子与射线的相互作用带电粒子与射线的相互作用（略）（略）112112优选课件 1.

107、41.4、射线照相法的原理和特点、射线照相法的原理和特点 1.4.1 1.4.1 射线照相的原理射线照相的原理 射线穿透物体过程中与物质相互作用而射线穿透物体过程中与物质相互作用而强度减弱，其衰减程度取决于物质的衰减系数和强度减弱，其衰减程度取决于物质的衰减系数和射线穿透物质的厚度。射线穿透物质的厚度。 工件中存在缺陷时，工件中存在缺陷时， 缺陷使工件厚度产生变缺陷使工件厚度产生变 化，且构成缺陷的物质化，且构成缺陷的物质 的衰减系数不同于工件，的衰减系数不同于工件， 所以透过工件缺陷部位所以透过工件缺陷部位 和完好部位的射线强度和完好部位的射线强度 就产生了差异。若将胶就产生了差异。若将胶

108、113113优选课件 片放在工件后面使胶片感光，透过缺陷部位和片放在工件后面使胶片感光，透过缺陷部位和完好部位的射线强度不同，因而使胶片的感光完好部位的射线强度不同，因而使胶片的感光程度不同，胶片经处理后，缺陷部位和完好部程度不同，胶片经处理后，缺陷部位和完好部位就产生了黑度不同的影象，依据黑度的变化位就产生了黑度不同的影象，依据黑度的变化就可以对工件中的缺陷进行判断。这就是射线就可以对工件中的缺陷进行判断。这就是射线照相法的基本原理。照相法的基本原理。 1.4.2 1.4.2 射线照相法的特点射线照相法的特点 射线照相法在工业中获得广泛的应射线照相法在工业中获得广泛的应用。主要用于检测铸件和

109、焊接件的内部缺陷，用。主要用于检测铸件和焊接件的内部缺陷，适用的材料广泛，几乎不受材料种类的限制。适用的材料广泛，几乎不受材料种类的限制。不适合于检测锻件、轧制件等变形材料中的缺不适合于检测锻件、轧制件等变形材料中的缺陷。陷。 射线照相法用底片作为记录介质，射线照相法用底片作为记录介质，缺陷影象直观，易于定性和定量，记录可长期缺陷影象直观，易于定性和定量，记录可长期保存。保存。114114优选课件 射线照相法容易检出那些形成厚度差的缺射线照相法容易检出那些形成厚度差的缺陷，对气孔、夹渣之类的缺陷有很高的检出率。陷，对气孔、夹渣之类的缺陷有很高的检出率。对裂纹类缺陷的检出率则受透照角度的影响。对

110、裂纹类缺陷的检出率则受透照角度的影响。不能检出垂直透照方向的薄层缺陷，如钢板的不能检出垂直透照方向的薄层缺陷，如钢板的分层。分层。 射线照相法可检出的最小缺陷（绝对射线照相法可检出的最小缺陷（绝对灵敏度）与透照厚度有关，可达到透照厚度的灵敏度）与透照厚度有关，可达到透照厚度的1%1%甚止更小。所能检出的长度和宽度尺寸为毫甚止更小。所能检出的长度和宽度尺寸为毫米级和亚毫米级甚止更小。米级和亚毫米级甚止更小。 射线照相法检测薄件没有困难，几射线照相法检测薄件没有困难，几乎不存在检测厚度下限。但检测上限受射线能乎不存在检测厚度下限。但检测上限受射线能量的限制。量的限制。 115115优选课件 射线检测几乎适用于所有材料，射线检测几乎适用于所有材料，在钢、铜、钛、铝等金属材料上使用均能在钢、铜、钛、铝等金属材料上使用均能得到良好的效果。方法对试件的形状、表得到良好的效果。方法对试件的形状、表面粗糙度没有严格的要求，材料晶粒度对面粗糙度没有严格的要求，材料晶粒度对其不产生影响。其不产生影响。 射线照相法成本高，检验速度射线照相法成本高，检验速度慢，射线对人体有害，需要进行安全防护。慢，射线对人体有害，需要进行安全防护。116116优选课件