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1、1.5.0 射线分类射线分类射线（辐射）种类射线（辐射）种类p辐射辐射，即通常所称的射线即通常所称的射线p从它与物质互作用引起的电离情况可分为两类：从它与物质互作用引起的电离情况可分为两类：n（致）电离辐射（致）电离辐射n非（致）电离辐射非（致）电离辐射p电离辐射电离辐射 任何与物质作用，直接作用或间接作用可任何与物质作用，直接作用或间接作用可引起物质电离的辐射称为电离辐射，不能引起物引起物质电离的辐射称为电离辐射，不能引起物质电离的辐射称为非电离辐射。质电离的辐射称为非电离辐射。n电离辐射包括电离辐射包括直接致电离粒子、间接致电离粒子直接致电离粒子、间接致电离粒子射线（辐射）种类射线（辐射）
2、种类n直接致电离粒子如电子、直接致电离粒子如电子、射线、质子、射线、质子、粒子等粒子等带电粒子带电粒子n间接致电离辐射如间接致电离辐射如X射线和射线和射线，它们与射线，它们与物质作用时能释放直接致电离粒子或引起物质作用时能释放直接致电离粒子或引起原子核变化。原子核变化。p非电离辐射非电离辐射 非（致）电离辐射：红外线、微波等，非（致）电离辐射：红外线、微波等，能量较低能量较低射线（辐射）种类射线（辐射）种类p按带电性质按带电性质p射线可分为带电粒子和中性辐射，射线可分为带电粒子和中性辐射， 带电粒子又可分为快电子和重带电粒子带电粒子又可分为快电子和重带电粒子（如质子、（如质子、粒子以及其他重带
3、电离子，他粒子以及其他重带电离子，他们都具有一个或多个原子质量单位并具有们都具有一个或多个原子质量单位并具有一定能量）。一定能量）。p中性辐射又可分为电磁辐射和中子辐射中性辐射又可分为电磁辐射和中子辐射（通常在自发裂变和核反应中产生）。（通常在自发裂变和核反应中产生）。射线（辐射）种类射线（辐射）种类p其它叫法其它叫法:p电磁辐射电磁辐射p 能量子为光子。电磁辐射与物质的相互作用能量子为光子。电磁辐射与物质的相互作用是光子与物质的相互作用。是光子与物质的相互作用。p 粒子辐射粒子辐射 各种粒子射线，如粒子、质子、中子、电子等。各种粒子射线，如粒子、质子、中子、电子等。 粒子与物质的相互作用，不
4、同粒子特性不同，粒子与物质的相互作用，不同粒子特性不同，作用机制、过程不同。作用机制、过程不同。 光子与一般基本粒子的本质区别：光子的静止光子与一般基本粒子的本质区别：光子的静止质量为质量为0，运动时才有质量，速度越大质量越大。，运动时才有质量，速度越大质量越大。 1.5 X射线射线主要内容主要内容p1.5.1 X射线的发现及其性质射线的发现及其性质p1.5.2 X射线的产生射线的产生p1.5.3 X射线的量和质射线的量和质p1.5.4 X射线谱射线谱n1.5.4.1 连续谱的产生及特点连续谱的产生及特点n1.5.4.2 特征谱的产生及特点特征谱的产生及特点p1.5.5 莫色莱定律莫色莱定律p
5、1.5.6 X射线与伽马射线性质比较射线与伽马射线性质比较 1.5.1 X射线的发现射线的发现p18951895年德国物理学家年德国物理学家- -“伦琴伦琴”发现发现X X射线射线p1895-18971895-1897年伦琴搞清年伦琴搞清楚了楚了X X射线的产生、传播、射线的产生、传播、穿透力等大部分性质穿透力等大部分性质p19011901年伦琴获诺贝尔物年伦琴获诺贝尔物理奖理奖, ,首位诺贝尔物理奖首位诺贝尔物理奖获得者获得者pX X、 射线是电磁波，与射线是电磁波，与其它电磁波的区别在于其它电磁波的区别在于波长不同及产生方法不波长不同及产生方法不同。同。pX X射线波长在射线波长在1010
6、8 8cmcm左左右，右， 射射线波波长更短。更短。p 波波长越短，越短，频率越高。率越高。X X、 射线的波长射线的波长=c/波粒二象性波粒二象性p波动特性波动特性n衍射衍射n干涉干涉n反射反射p粒子特性粒子特性 劳厄衍射实验劳厄衍射实验n特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一特征表现为以光子形式辐射和吸收时具有的一定的质量、能量和动量。定的质量、能量和动量。n表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如表现形式为在与物质相互作用时交换能量。如光电效应；二次电子等。光电效应；二次电子等。其他性质其他性质p本身不本身不带电，不受，不受电场和磁和磁场的影响的影响p穿透性：射线光子的能量大，贯穿本领
7、强。穿透程度与射穿透性：射线光子的能量大，贯穿本领强。穿透程度与射线的波长，吸收物质的性质有关。波长一定的射线对不同线的波长，吸收物质的性质有关。波长一定的射线对不同的物质有不同的穿透能量。的物质有不同的穿透能量。p电离作用电离作用：当射线照射到物质后，构成物质的原子的最外：当射线照射到物质后，构成物质的原子的最外层电子被光子冲击而脱离原子，使原子成为阳离子。层电子被光子冲击而脱离原子，使原子成为阳离子。p感光作用感光作用：射线能引起化学反应，使照相底片感光。：射线能引起化学反应，使照相底片感光。p荧光作用荧光作用：射线照射某些化学物质，如硫化锌等，可以发：射线照射某些化学物质，如硫化锌等，可
8、以发出黄绿色或蓝紫色光，停止照射，荧光消失。出黄绿色或蓝紫色光，停止照射，荧光消失。p生物效应生物效应：生物体在射线照射下，能损害组织细胞，抑制：生物体在射线照射下，能损害组织细胞，抑制细胞生长，甚至使细胞坏死。细胞生长，甚至使细胞坏死。X射线的本质射线的本质pX射线是电磁波。p量子理论认为X射线是一种量子和光子组成的粒子流。爱因斯坦认为光是光量子流，爱因斯坦认为光是光量子流，简称光子简称光子。 能量动量1.5.2 X射线射线产生产生X射线的产生过程射线的产生过程pX射线管的阴极灯丝通过电流，被加热到射线管的阴极灯丝通过电流，被加热到2000。C以上后发射电子，这些电子聚集在灯丝附近。当以上后
9、发射电子，这些电子聚集在灯丝附近。当X射线管的阳极和阴极之间的空间后撞击到阳极射线管的阳极和阴极之间的空间后撞击到阳极靶上。通过韧致辐射，电子的一部分动能转化为靶上。通过韧致辐射，电子的一部分动能转化为X射线，从射线，从X射线窗口辐射出来。电子的大部分动射线窗口辐射出来。电子的大部分动能传给了阳极靶能传给了阳极靶(99(99左右左右, 1, 1左右能量转变为左右能量转变为X X射线射线) ) ，使它迅速升温。，使它迅速升温。接变压器玻璃钨灯丝金属聚灯罩铍窗口金属靶冷却水电子X射线X射线X射线管剖面示意图（回车键演示）过程演示过程演示1.5.3 X射线的量和质射线的量和质pX射线的强度射线的强度
10、n单位时间内，通过垂直于射线传播方向上单位面积的单位时间内，通过垂直于射线传播方向上单位面积的X射线光子的能量。射线光子的能量。n常用管电流大小代表常用管电流大小代表X射线的强度；用管电流毫安数与射线的强度；用管电流毫安数与辐射时间的乘积来衡量总辐射的能量。单位：辐射时间的乘积来衡量总辐射的能量。单位：mA.spX射线的硬度射线的硬度nX射线的穿透本领，表示射线的穿透本领，表示X射线的质。它取决于射线的质。它取决于X射线射线光子能量的大小。对于一定的吸收物质，光子能量的大小。对于一定的吸收物质，X射线被吸收射线被吸收越少则穿透量越多，越少则穿透量越多，X射线就越硬。射线就越硬。n常用管电压的常
11、用管电压的kV数来衡量数来衡量X射线的硬度。射线的硬度。1.5.4 X射线光谱射线光谱pX射线谱射线谱p描述描述X射线强度与波长的关系曲线射线强度与波长的关系曲线pX射线光谱由二部分构成：射线光谱由二部分构成：p连续谱连续谱(韧致辐射韧致辐射,刹车辐射）刹车辐射）是由波长连续变化是由波长连续变化的谱线构成。连续谱所构成的的谱线构成。连续谱所构成的X射线称为白色射线称为白色X射线射线(与电与电压有关压有关)，是由电子的动能，是由电子的动能直接直接转化而来。转化而来。p线状谱线状谱(标识谱、特征谱标识谱、特征谱)是由谱线分立的线状谱是由谱线分立的线状谱线构成。分立谱所构成的线构成。分立谱所构成的X
12、射线称为特征射线称为特征X射线射线(与靶金属与靶金属材料有关材料有关)是由电子的动能是由电子的动能间接间接转化而来。转化而来。典型光谱图典型光谱图 （钨靶） （钼靶）钨靶与钼靶射线管的射线谱典型光谱图典型光谱图钼靶射线谱1.5.4.1 连续连续X X射线谱射线谱p根据经典物理学的理论，一个带负电荷的根据经典物理学的理论，一个带负电荷的电子作加速运动时，电子周围的电磁场将电子作加速运动时，电子周围的电磁场将发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁发生急剧变化，此时必然要产生一个电磁波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量波，或至少一个电磁脉冲。由于极大数量的电子射到阳极上的时间和条件不可能相的电子射到阳
13、极上的时间和条件不可能相同，因而得到的电磁波将具有连续的各种同，因而得到的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续波长，形成连续X X射线谱。射线谱。 量子力学解释量子力学解释p韧致辐射韧致辐射p带电粒子与原子带电粒子与原子(原子核的库仑场原子核的库仑场)相碰撞发生相碰撞发生骤然减速时伴随产生的辐射骤然减速时伴随产生的辐射pX射线光谱呈连续分布的原因射线光谱呈连续分布的原因p当大量高速运动的电子撞击靶时，电子撞击前当大量高速运动的电子撞击靶时，电子撞击前速度各不相同，相撞时减速过程也各不相同。有速度各不相同，相撞时减速过程也各不相同。有些电子经一次撞击就失去全部动能，而大部分电些电子经一次撞击就失
14、去全部动能，而大部分电子经过多次制动逐步丧失动能，使能量转换过程子经过多次制动逐步丧失动能，使能量转换过程中所发生的电磁辐射可以具有各种波长。中所发生的电磁辐射可以具有各种波长。连续谱的特点连续谱的特点p连续谱线的强度随波长变化而变化，在某波长上连续谱线的强度随波长变化而变化，在某波长上有一强度极大值。有一强度极大值。p存在短波波长极限，它与靶物质种类无关，仅与存在短波波长极限，它与靶物质种类无关，仅与加速电压有关。加速电压有关。p当电压增大时各种波长的强度随之增大，曲线的当电压增大时各种波长的强度随之增大，曲线的极大值向短波方向移动。极大值向短波方向移动。(碰撞次数和辐射光子能碰撞次数和辐射
15、光子能量增高量增高) p管电压相同时，不同材料金属靶的连续谱线的强管电压相同时，不同材料金属靶的连续谱线的强度随其原子序数的增加而增强。度随其原子序数的增加而增强。p最大强度对应的波长最大强度对应的波长量子极限量子极限p假设高速电子撞击靶时，电子能量中有假设高速电子撞击靶时，电子能量中有p部部分消耗于阳极各种不同过程的激发作用。分消耗于阳极各种不同过程的激发作用。(量子极限) 意义：解决了经典理论无法解释最短波长的困难。连续连续X X射线谱的总强度射线谱的总强度p总强度的计算总强度的计算p经验公式经验公式 其中 i-管电流，mA Z-靶物质的原子序数 V-管电压，kV Ki-系数 (1.11.
16、4)10-6射线强度平方反比定律射线强度平方反比定律 结论结论：空间任意一点的射线强度与该点到射线源的：空间任意一点的射线强度与该点到射线源的距离平方成反比。距离平方成反比。空间距离射线源空间距离射线源F处的射线强度为处的射线强度为平方反比定律平方反比定律：实测剂量与管电流关系实测剂量与管电流关系实测剂量与管电流关系实测剂量与管电流关系实测剂量与管电压关系实测剂量与管电压关系实测剂量与管电压关系实测剂量与管电压关系提高总强度方法提高总强度方法p提高管电流提高管电流-单位时间撞击靶的电子数增多单位时间撞击靶的电子数增多p提高管电压提高管电压-电子加速后能量增大，碰撞时电子加速后能量增大，碰撞时能
17、量转换过程增多能量转换过程增多p靶材料原子序数越高靶材料原子序数越高，核库仑场越强，韧，核库仑场越强，韧致辐射作用越强致辐射作用越强强度与管电压、管电流和靶物质原子序数关系强度与管电压、管电流和靶物质原子序数关系 X X射线管的转换效率射线管的转换效率 X X射线管的效率射线管的效率，是指电子流能量中用于是指电子流能量中用于产生产生X X射线的百分数，射线的百分数，即即随着原子序数随着原子序数Z Z的增加，的增加，X X射线管的效率提高，射线管的效率提高，但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达但即使用原子序数大的钨靶，在管压高达100kv100kv的情况下，的情况下，X X射线管的效率也仅有射线
18、管的效率也仅有11左左右，右，9999的能量都转变为热能。的能量都转变为热能。 连续连续X射线强度的空间分布射线强度的空间分布p薄靶周围薄靶周围X射线强度的角分布射线强度的角分布p当管电压升高时，当管电压升高时，X射线最大强度方向射线最大强度方向逐渐趋向电子束的入射方向，逐渐趋向电子束的入射方向，X射线的强度射线的强度分布趋于集中。分布趋于集中。p厚靶的厚靶的X射线空间分布射线空间分布p“足跟足跟”效应效应(阳极效应阳极效应)：愈靠近阳极，：愈靠近阳极，沿管长轴分布的沿管长轴分布的X射线强度下降得愈多。射线强度下降得愈多。连续连续X射线强度的空间分布射线强度的空间分布阳极效应（侧倾效应）阳极效
19、应（侧倾效应）从左图可以看出，从左图可以看出，30辐辐射角强度最大，阴极侧射角强度最大，阴极侧比阳极侧强度高，但由比阳极侧强度高，但由于阴极侧射线中包含着于阴极侧射线中包含着较多的软射线成分，所较多的软射线成分，所以对具有一定厚度的试以对具有一定厚度的试件照相，阴极侧部位的件照相，阴极侧部位的底片并不比阳极侧更黑，底片并不比阳极侧更黑，利用阴极侧射线照相也利用阴极侧射线照相也并不能缩短多少时间。并不能缩短多少时间。1.5.4.2 特征特征X X射线射线p也称为也称为标识谱、荧光辐射标识谱、荧光辐射p在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波在连续谱的基础上叠加若干条具有一定波长的强度很大的线状谱线。
20、长的强度很大的线状谱线。p特征特征X X射线谱的产生只依赖于阳极靶材料射线谱的产生只依赖于阳极靶材料，与管电压、管电流无关。与管电压、管电流无关。特征谱的产生机理解释特征谱的产生机理解释p原子的电子按泡利不相容原理和能量最低原子的电子按泡利不相容原理和能量最低原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的原理分布于各个能级。在电子轰击阳极的过程中，当某个具有足够能量的电子将阳过程中，当某个具有足够能量的电子将阳极靶原子的内层电子击出时，于是在低能极靶原子的内层电子击出时，于是在低能级上出现空位，系统能量升高，处于不稳级上出现空位，系统能量升高，处于不稳定激发态。较高能级上的电子向低能级上定激发态。较高能
21、级上的电子向低能级上的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识的空位跃迁，并以光子的形式辐射出标识pX射线谱。射线谱。p如果如果K K层电子被击出层电子被击出K K层，称层，称K K激发，激发，L L层电层电子被击出子被击出L L层，称层，称L L激发，其余依此类推。激发，其余依此类推。p产生产生K K激发的能量为激发的能量为W WK KhhK K，阴极电子的，阴极电子的能量必须满足能量必须满足eVWeVWK KhhK K，才能产生，才能产生K K激激发。其临界值为发。其临界值为eVeVK KW WK K，V VK K称之临界激发称之临界激发电压。电压。p 当管电压当管电压( (大于临界激发电压大于
22、临界激发电压) )增加时，增加时，连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对连续谱和特征谱强度都增加，而特征谱对应的波长保持不变。应的波长保持不变。特征谱的产生机理解释特征谱的产生机理解释特征辐射的激发机理特征谱产生条件特征谱产生条件p产生空穴，使原子电离产生空穴，使原子电离n产生空穴的方法：高能电子束，质子束，离产生空穴的方法：高能电子束，质子束，离子束：子束：e-x e-x 用电子产生空穴，电子用电子产生空穴，电子x x荧光分析。荧光分析。p-x p-x 用质子产生空穴，质子用质子产生空穴，质子x x荧光分析。荧光分析。I-x I-x 用离子产生空穴，离子用离子产生空穴，离子x x荧光分析。荧光
23、分析。X-x X-x 用用x x射线产生空穴，射线产生空穴， x x荧光分析。荧光分析。p外层电子跃入空穴外层电子跃入空穴p发射发射x射线射线特征谱波长特征谱波长p按量子理论所释放的能量以光量子按量子理论所释放的能量以光量子(X射线射线或可见光或可见光)的形式辐射出去。若有一的形式辐射出去。若有一N轨道轨道电子跃迁到电子跃迁到K轨道，则辐射波长轨道，则辐射波长若若 比较小比较小 辐射可见光辐射可见光(原子外层电子跃迁时发生原子外层电子跃迁时发生) 较大较大 辐射辐射X射线射线(原子内层电子跃迁时发生原子内层电子跃迁时发生) 特征谱线的标记方法特征谱线的标记方法p不同系射线不同系射线pK K系系
24、X X射线：任何电子跳到射线：任何电子跳到K K层时产生的层时产生的X X射线。射线。L L系系X X射线：任何电子射线：任何电子( (外层外层) )跳到跳到L L层时产生的层时产生的X X射线。射线。p在每一系在每一系( (如如K K系系)X)X射线里射线里 谱线谱线(即即 线线)：凡从相邻层：凡从相邻层(L(L到到K K层层) )跳来的。跳来的。 谱线谱线(即即 线线)：凡从隔层：凡从隔层(M(M到到K K层层) )跳来的。跳来的。 原子轨道能级不连续，产生的特征原子轨道能级不连续，产生的特征X射线也是不射线也是不连续。连续。 特征谱线的标记方法特征谱线的标记方法特征谱线的标记方法特征谱线
25、的标记方法X X射线谱射线谱-特征特征X X射线谱射线谱p钼靶钼靶X X射线管当管电压等于或高于射线管当管电压等于或高于20KV20KV时，则除连时，则除连 续续X X射线谱外，位于一定波长处还叠加有少数强谱射线谱外，位于一定波长处还叠加有少数强谱线，它们即特征线，它们即特征X X射线谱。射线谱。p钼靶钼靶X X射线管在射线管在35KV35KV电压下的谱线，其特征电压下的谱线，其特征x x射线射线分别位于分别位于0.630.63 和和0.710.71 处，后者的强度约为前者处，后者的强度约为前者强度的五倍。这两条谱线称钼的强度的五倍。这两条谱线称钼的K K系系。 特征谱的特点特征谱的特点p特征
26、谱所对应的波长与外加电压无关。特征谱所对应的波长与外加电压无关。p各元素的特征各元素的特征X射线谱有相似的结构，但各射线谱有相似的结构，但各元素的特征元素的特征X射线的能量值射线的能量值(或波长或波长)各不相各不相同。同。p每一谱线都有特定的波长，电子撞击的物每一谱线都有特定的波长，电子撞击的物质不同，这些特定波长的值也不同。特征质不同，这些特定波长的值也不同。特征谱只与靶元素有关，不同元素制成的靶具谱只与靶元素有关，不同元素制成的靶具有不同的线状谱。有不同的线状谱。p特征特征x射线也被用来作为元素的标识。射线也被用来作为元素的标识。特征谱的特点特征谱的特点p特征谱可分为若干组，称为系，每一系
27、的特征谱可分为若干组，称为系，每一系的谱线都有自己的特定结构和激发电压，只谱线都有自己的特定结构和激发电压，只有电子的加速电压超过激发电压时才能产有电子的加速电压超过激发电压时才能产生该系的特征谱线。生该系的特征谱线。p当管电压小于当管电压小于K K系激发电压而大于系激发电压而大于L L系激发系激发电压时，不产生电压时，不产生K K系系X X射线而产生射线而产生L L系系X X射线，射线，同时伴随同时伴随M M系、系、N N系等系系等系X X射线。射线。p产生产生KXKX射线的阈能大于射线的阈能大于KXKX射线本身的能量射线本身的能量特征特征X射线的强度射线的强度p特征特征X射线的强度随管电流
28、和管电压变化，射线的强度随管电流和管电压变化，K系系X射线强度为射线强度为p谱线强度在某一电压下达到最大，然后下谱线强度在某一电压下达到最大，然后下降。当管电压高于激发电压降。当管电压高于激发电压10-20倍时，电倍时，电子深入阳极内部，产生的射线被阳极大量子深入阳极内部，产生的射线被阳极大量吸收，特征谱强度下降。吸收，特征谱强度下降。N取值在1.5-2内，管电压不超过激发电压3-4倍。特征谱的作用特征谱的作用p注意注意：在工业射线检测中，标识谱不起作：在工业射线检测中，标识谱不起作用。用。p用途用途：p特征特征X X射线可用来作为元素的标识，材料射线可用来作为元素的标识，材料成分分析，如成分
29、分析，如X X射线荧光光谱分析。射线荧光光谱分析。1.5.5 莫色莱定律莫色莱定律p特征特征X X射线谱的频率射线谱的频率( (或波长或波长) )只与阳极靶物质的原只与阳极靶物质的原子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的子结构有关，而与其他外界因素无关，是物质的固有特性。固有特性。1913191319141914年莫色莱发现物质发出的年莫色莱发现物质发出的特征谱特征谱的相似谱线的相似谱线波长与它本身的原子序数间存波长与它本身的原子序数间存在以下关系在以下关系 对对KK线，莫塞莱得到经验方式线，莫塞莱得到经验方式1.5.5 莫色莱定律莫色莱定律nb b与与Z Z相比很小，可以认为它只随谱线系
30、而定即相比很小，可以认为它只随谱线系而定即K K系系( (无论无论K,K),b1K,K),b1，L L系：系：b7.4b7.4n原子实原子实的概念：可认为莫塞莱定律的来源。外层的概念：可认为莫塞莱定律的来源。外层电子可看作具有电子可看作具有ZeZe电荷的原子核和更内层电子所电荷的原子核和更内层电子所组成的原子实作用下运动组成的原子实作用下运动p根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未根据莫色莱定律，将实验结果所得到的未知元素的特征知元素的特征X X射线谱线波长，与已知的元射线谱线波长，与已知的元素波长相比较，可以确定它是何元素。它素波长相比较，可以确定它是何元素。它是是X X射线光谱分析的基本依据
31、射线光谱分析的基本依据。1.5.6 俄歇效应俄歇效应(Auger effect)p俄歇效应是原子发射的一个电子导致另一俄歇效应是原子发射的一个电子导致另一个或多个电子个或多个电子(俄歇电子俄歇电子)被发射出来而非辐被发射出来而非辐射射X射线射线(不能用光电效应解释不能用光电效应解释)，使原子、，使原子、分子成为高阶离子的物理现象，是伴随一分子成为高阶离子的物理现象，是伴随一个电子能量降低的同时，另一个个电子能量降低的同时，另一个(或多个或多个)电电子能量增高的跃迁过程。子能量增高的跃迁过程。俄歇效应俄歇效应p当当X射线或射线或射线辐射射线辐射到物体上时，由于光子到物体上时，由于光子能量很高，能
32、穿入物体，能量很高，能穿入物体，使原子内壳层上的束缚使原子内壳层上的束缚电子发射出来产生空穴，电子发射出来产生空穴，而原子外壳层上高能级而原子外壳层上高能级的电子可能跃迁到这空的电子可能跃迁到这空位上，同时释放能量。位上，同时释放能量。通常能量以发射光子的通常能量以发射光子的形式释放，但也可形式释放，但也可以通过发射原子中的一以通过发射原子中的一个电子来释放。第二个个电子来释放。第二个被发射的电子叫做被发射的电子叫做俄歇俄歇电子电子。俄歇效应俄歇效应p俄歇电子的动能：俄歇电子的动能： 设设K K层中有一空穴，当层中有一空穴，当L L层一层一个电子跃到个电子跃到K K层时，多于能量可以释放层时，
33、多于能量可以释放X X射线，也射线，也可以不释放可以不释放X X射线而把能量给另一层（如射线而把能量给另一层（如M M层）的层）的一个电子，一个电子， 分别是结合能分别是结合能， 则俄歇电子则俄歇电子的动能的动能 p荧光产额荧光产额：定义定义K K层的层的荧光产额荧光产额=KX=KX射线数射线数/K/K空空穴数穴数。它表示原子中它表示原子中K K层有了空穴的产生层有了空穴的产生KXKX射线的射线的几率几率。 就是产生俄歇电子的几率就是产生俄歇电子的几率俄歇效应俄歇效应p一般说来，对轻元素发射俄歇电子的几率一般说来，对轻元素发射俄歇电子的几率大，对重元素发射大，对重元素发射X射线的几率大。射线的
34、几率大。p俄歇电子的动能完全取决于元素的本性，俄歇电子的动能完全取决于元素的本性，可据此作为分析元素的手段。可据此作为分析元素的手段。1.5.7 x射线吸收光谱射线吸收光谱（简介）（简介）pX X射线穿透性很强射线穿透性很强p物质对物质对X X射线有吸收作用射线有吸收作用-射线检测的原理射线检测的原理p吸收系数与波长的关系吸收系数与波长的关系n 随随 减小而减小，即波长短的减小而减小，即波长短的X X射线穿透射线穿透性强。性强。n波长短到一定程度，波长短到一定程度， 突然增加这种地方称突然增加这种地方称为吸收限为吸收限 或吸收带。或吸收带。吸收光谱解释吸收光谱解释p当当X X射线波长射线波长短
35、短到一定程度，即能量达到一到一定程度，即能量达到一定程度，把定程度，把k k层电子打出原子，使之电离，层电子打出原子，使之电离，即产生强烈吸收即产生强烈吸收KK吸收限。吸收限。p若能量指只够打出若能量指只够打出 L L支壳层中电子，则产支壳层中电子，则产生生L L 吸收限。吸收限。p由于原子内部壳层无空位，因此是把电子由于原子内部壳层无空位，因此是把电子打出原子，打出原子，使之电离，而不是使原子激发使之电离，而不是使原子激发，这正是这正是x x射线吸收光谱与光学吸收光谱不同射线吸收光谱与光学吸收光谱不同之处。之处。x射线吸收限的构成射线吸收限的构成pK K吸收限吸收限 由单一吸收限组成。由单一
36、吸收限组成。pL L吸收限吸收限 由由 L L,L,L,L,L 组成。组成。pK K吸收限吸收限 表示光子的能量使一个表示光子的能量使一个1S1S电子脱电子脱离原子。离原子。pL L吸收限吸收限 表示光子的能量使一个表示光子的能量使一个2S 2S 电子电子 脱离原子。脱离原子。pL L吸收限吸收限 表示光子的能量使一个表示光子的能量使一个2P2P1/21/2 电电子脱离原子。子脱离原子。pL L 吸收限表示光子的能量使一个吸收限表示光子的能量使一个2P2P3/23/2 电电子子 脱离原子。脱离原子。x射线吸收限的构成射线吸收限的构成吸收系数与波长的关系Pt的吸收谱1.5.8 射线射线射线的性质
37、及产生射线的性质及产生射线是一种比射线是一种比X射线波长更短的电磁波，射线波长更短的电磁波，它与它与X射线一样能穿透物体，能使胶片感光，射线一样能穿透物体，能使胶片感光，能使气体电离，能杀死生物细胞等。能使气体电离，能杀死生物细胞等。 射线可以从天然放射性原子核中产生，也射线可以从天然放射性原子核中产生，也可以从人工放射性原子核中产生可以从人工放射性原子核中产生 射射线的的强度度p放射性强度：放射性强度：(又称活度，活性又称活度，活性)p常用居里作为单位。常用居里作为单位。1居里居里(Ci)=3.71010/秒秒 放射性强度随时间的改变而改变，其变化规律服放射性强度随时间的改变而改变，其变化规
38、律服从指数衰减定律从指数衰减定律 p照射强度：照射强度：(又称辐照强度，照射量率又称辐照强度，照射量率)p单位时间内落在一定距离的照射面上单位时间内落在一定距离的照射面上(严格定严格定义应为义应为“标准状况下，一立方厘米空气内标准状况下，一立方厘米空气内)的射线的射线量，称为量，称为照射量率照射量率或照射强度。或照射强度。照射强度的常用单位为：伦琴照射强度的常用单位为：伦琴(R)/小时小时照射强度服从照射强度服从距离距离-平方反比定律平方反比定律 放射常数放射常数Kr 的含义：放射强度为的含义：放射强度为1居里的居里的源，源，相距相距1米处的照射强度值。米处的照射强度值。射线射线强度计算方法强
39、度计算方法 对某一源来说，如果取对某一源来说，如果取A= 1居里，居里，F=1米，按公式计算所得米，按公式计算所得的照射强度定义为特征强度或有效输出，常记以的照射强度定义为特征强度或有效输出，常记以RHM，也即照射量率常数也即照射量率常数 放射性强度与照射强度的区别放射性强度与照射强度的区别 放射性强度定义为射线源在单位时间内发生的衰变数。对同一种射线源，放射性强度大的源在单位时间内将辐射更多的射线。即使对同一个放射性核，放射性强度与射线强度也不一定相同。如钴60，每当一个原子核发生 衰变，并放出一个 粒子时，立刻有两个光子产生。1居里表示每秒发3.71010生次核衰变，但是放出3.71010
40、个 粒子和23.71010个光子，放出的射线数是衰变数的2倍，放出的总射线数是衰变数的3倍。 放射强度和照射强度的转换关系放射强度和照射强度的转换关系放射强度和照射强度的转换公式：放射强度和照射强度的转换公式： I=AKr/(RR) (伦伦/时时) 例例：5居里居里60Co源，源，3米处的照射强度是多少米处的照射强度是多少? 5居里居里= 5000毫居里毫居里 I=5000(毫居里毫居里)13.2(cmcmR/h毫居里毫居里) /300cm300cm=0.73R/h 工业探伤常用放射性同位素的特性工业探伤常用放射性同位素的特性 射射线源源Co60Cs137Ir192Tm170Se75Yb169
41、主要能量主要能量(MeV)1.17,1.330.6620.30,0.31,0.47,0.610.084,0.0540.12,0.270.281,0.4050.0631,0.120.193,0.309平均能量平均能量(MeV)1.250.6620.3550.0720.2060.156半衰期半衰期5.27年年33年年74天天128天天120天天32天天常常数数1.320.320.4720.00140.200.125比活度比活度中中小小大大大大中中小小透照厚度（透照厚度（钢mm）402001510010100320530315价格价格高高高高较低低中中较高高中中33年0.523(92%)0.31(1
42、00%)5.3年1.1721.330.6611.18(8%)128天0.886(24%)0.0840.968(76%)a）Co60的衰变图的衰变图 b）Cs137的衰变图的衰变图 c）Tm170的衰变图的衰变图放射性同位素衰变（衰变能为放射性同位素衰变（衰变能为Mev） 0.2830.4840.05715.5% 0.2830.2060.6120.2010.595(38.5%)0.8800.5890.308 0.1720.1360.4150.4680.6040.240(15.5%)0.670(42%)0.840(0.004%)4%0.3160.295铱铱192衰变图（衰变能为衰变图（衰变能为Me
43、v） 放射性同位素衰变（衰变能为放射性同位素衰变（衰变能为Mev）1.5.8两种常用工业射线的比较两种常用工业射线的比较射线的能量与强度射线的能量与强度 p能量与强度是一种力量的量度，能量是力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。量的质的体现；强度是力量的量的体现。p射线对物体的穿透和对胶片的感光，是其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。能量和强度的具体表现。 射线能量射线能量p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,能量也可称为线能量也可称为线质。质。 p能量的单位：能量的单位：eV p连续连续X射线的能量取决于管电压
44、射线的能量取决于管电压p标识标识X射线的能量达到临界电压后与管电压变化无射线的能量达到临界电压后与管电压变化无关，标识关，标识X射线的能量与靶材料有关。射线的能量与靶材料有关。p射线的能量射线的能量(穿透力穿透力)取决于源的种类和性质。取决于源的种类和性质。p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射线同等穿透力射线同等穿透力所对应的管电压值，称为当量能。所对应的管电压值，称为当量能。射线能量射线能量(1) Co60的平均能量的平均能量 : (2) (1.17MeV+1.33MeV)/2=1.25MeV(3)(2) 如何确定如何确定220kV射线的能量射线的能量? (4) 先求先
45、求:min=12.4 / V= 0.05636(nm) (5) 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 (6) Emax= hv/min=0.220(MeV) (7)即即220kV管电压产生的管电压产生的X射线光子最大能量射线光子最大能量0.22MeV(8)(3) 比较：比较：Co60、220KV管压发射的管压发射的X射线、射线、15Mev 加速器所产生的射线能量的大小。加速器所产生的射线能量的大小。 射线强度射线强度p射线强度的变化因素：射线强度的变化因素： n强度强度-距离平方反比律距离平方反比律n穿过物体后的射线强度衰减规律穿过物体后的射线强度衰减规律 X射线与射线与
46、 射射线的比的比较X X射射线射射线能量可控性能量可控性 可控，可控，调电压不可控，取决于源种不可控，取决于源种类强强度可控性度可控性 可控可控不可控，有衰减性不可控，有衰减性能能谱连续谱线状状谱产生方式生方式韧致致辐射射放射性衰放射性衰变3.5 中子射线中子射线中子射线是粒子射线中子射线是粒子射线性质：性质： 中子是组成物质的基本粒子之一中子是组成物质的基本粒子之一 中子不带电，不能使胶片感光中子不带电，不能使胶片感光 中子与物质原子核作用中子与物质原子核作用中子的性质中子的性质p中子的质量中子的质量p中子的电荷：带有非常小的电荷中子的电荷：带有非常小的电荷p中子的放射性中子的放射性 中子通
47、过物质时，相当快地被原子核俘获中子通过物质时，相当快地被原子核俘获 衰变衰变p中子的自旋和磁矩中子的自旋和磁矩p中子的波动性中子的波动性中子的分类中子的分类中子射线的产生中子射线的产生n产生中子的装置即中子源，中子源最重要的性质产生中子的装置即中子源，中子源最重要的性质是它的强度，即单位时间内所发出的中子数。是它的强度，即单位时间内所发出的中子数。 1.放射性中子源放射性中子源放射性中子源是利用放射性核素衰变时放出一定放射性中子源是利用放射性核素衰变时放出一定能量的射线，去轰击某些靶物质，产生核反应而能量的射线，去轰击某些靶物质，产生核反应而放出中子的装置。放出中子的装置。 2.加速器中子源加
48、速器中子源加速器中子源是利用各种带电粒子的加速器去加加速器中子源是利用各种带电粒子的加速器去加速某些粒子，如质子和氘等，用它速某些粒子，如质子和氘等，用它们去轰击靶原子核产生中子。们去轰击靶原子核产生中子。 中子射线的产生中子射线的产生 3.反应堆中子源反应堆中子源 反应堆中子源是利用重核裂变，在反应堆内形反应堆中子源是利用重核裂变，在反应堆内形成链式反应，不断地产生大量的中子。成链式反应，不断地产生大量的中子。 反应堆中子源是目前中子射线照相装置中应用反应堆中子源是目前中子射线照相装置中应用最广泛的中子源。最广泛的中子源。 4.亚临界装置中子源亚临界装置中子源这是一个中子源强度增殖装置。它是
49、一个不这是一个中子源强度增殖装置。它是一个不完善的、不能进行自持链式反应的核装置，完善的、不能进行自持链式反应的核装置，中子增殖倍数一般在中子增殖倍数一般在30左右。左右。 5.中子管中子源中子管中子源 中子管中子源属于加速器中子源的另一种形式。中子管中子源属于加速器中子源的另一种形式。 中子源的平均特性中子源的平均特性中子源中子源类型型射射线照相照相强强度度分辨能分辨能力力曝光曝光时间特点特点放射性同位放射性同位素素10104差差中中长运行运行稳定，低定，低中等投中等投资，可携，可携带加速器加速器103106中中中等中等断断续运行，中等投运行，中等投资，可携可携带亚临界装置界装置104106良好良好中等中等运行运行稳定，中定，中高等投高等投资，难于携于携带核反核反应堆堆105108极好极好短短运行运行稳定，中定，中高等投高等投资，难于携于携带中子射线的产生中子射线的产生
