射线检测原理.ppt

3-1-4 射线的衰减特性 射线对物质的作用理论上有12种效应，其中主要的有4种：光电效应、瑞利散射、康普顿效应以及电子对生成。 能量较小时、前两种效应比较重要，电子对生成效应仅当能量大于1MeV时才开始显著。 各种效应随物质原子序数的不同而改变，原子序数低效应弱，原子序数高效应强。 上述几种效应造成射线能量减弱，其原因是物质对射线的吸收与散射。 射线被吸收时其能量转变为其它形式，如热能，散射则使射线的传播方向改变。 (1) 射线的吸收 A 光电效应 射线通过物质时，光子与原子相互作用，光子被吸收，原子中的电子被释放出来，称为光电子，即光电效应。 当光子的能量处在γ射线的能量范围时，光电效应与原子序数的关系密切，原子序数愈高，光电效应愈显著，光电效应与光子能量的3次方成反比，能量愈高，光电效应愈弱。 例如能量为0.5MeV的γ射线通过铅板时，光电效应的吸收十分显著，当为2MeV时则光电效应很小。 光电效应可产生的特征X射线，称为荧光X射线，产生荧光X 射线的最佳条件是光子能量稍大于原子核外电子、如K层电子的结合能，能量太大就难以产生荧光X射线。 B 电子对生成 射线通过物质时除产生光电效应外，还有电子对生成。 当光子能量大于1.02MeV时产生电子对，产生电子对导致能量减弱的吸收系数与原子序数的平方成正比。 光子能量小于1.02MeV时不产生电子对，因此电子对效应主要发生在高能射线。 (2) 射线的散射 A 康普顿散射 又称非弹性散射和非干涉散射，一个光子和物质中一个自由电子或束缚较弱的电子发生碰撞后，光子将一部分能量传给电子，波长变长。 电子即从原子空间中以与光子初始运动方向成φ角的方向射出。光子则朝着与自己初始方向成θ角的方向散射，这就称为康普顿散射。 轻原子中的电子一般束缚较弱，重原子中的电子只有外层电子束缚较弱。 因此，原子序数小的物质，其康普顿散射较强，而原子序数大的物质则相对较弱。 * 3 射线检测 3-1 射线检测原理 射线透过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线上的吸收能力不同 以金属材料为例，缺陷部位(气孔或非金属夹杂物)对射线的吸收能力低于金属基体。 透过缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位，根据透过工件后射线强度的差异，来检测缺陷。 目前，广泛采射线照相法，利用感光胶片来检测射线强度，胶片上相应有缺陷部位因接受较多射线，而形成黑度较大的缺陷影象。 射线透过无缺陷部位强度 式中 J1-射线透过厚度为A后的强度，J0-射线透过工件前的强度，μ-材料线衰减系数，A-透过层材料厚度。 射线透过有缺陷部位强度(缺陷假设为气孔) 式中 x-缺陷在射线方向的厚度 两者强度比为 可见缺陷沿射线透照方向长度x越大或被透物质线吸收系数μ越大，则透过有缺陷部位和无缺陷部位的射线强度差越大，胶片上缺陷与基体的黑度差越大，缺陷越容易被发现。 5-1-1 射线的本质 射线是一种电磁波，与无线电波、红外线、可见光、紫外线等本质相同，具有相同的传播速度，但频率与波长不同。 射线的波长短、频率高，具有许多与可见光不同的性质： A 不可见，依直线传播 B 不带电荷，因此不受电场和磁场影响 C 能透过可见光不能透过的物质 D 与可见光同样有反射、干涉、绕射、折射等现象，但这些现象又与可见光有区别，如x射线只有漫反射，不能产生如镜面反射。 E 使物质产生光电子及返跳电子、以及引起散射现象 F 被物质吸收产生热量 G 使气体电离 H 使某些物质起光化学作用，使照相胶片感光，又能使某些物质发生荧光 I 产生生物效应、伤害及杀死有生命的细胞 3-3-2 射线的种类 1) X射线与γ射线 这是射线检测中最常用的两种射线，X射线是由人为的高速电子流撞击金属靶产生的。 γ射线是放射性物质自发产生的，如钴、铀、镭等，两者产生的机理不同，但都是电磁波。 (2) α射线与β射线 放射性同位素产生α衰变和β衰变，放射α射线和β射线，α射线贯穿能力弱，但有很强的电离作用。β射线虽然穿透力强，但能量很小。 一般并不直接用α射线和β射线进行检测，它们适用于特种场合。 与X射线和γ射线不同，α射线和β射线不是电磁波，而是粒子辐射。 (3) 中子射线 中子是呈电中性的微粒子流，不是电磁波，这种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力。 中子与X和γ射线有很大不同，在被穿透材料中的衰减主要取