yy.vip易游-06-射线检测原理

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　　工作时在两极之间加有高电压， 工作时在两极之间加有高电压，从阴极灯丝发射 的高速电子撞击到阳极靶上， 的高速电子撞击到阳极靶上，其动能消耗于阳极 材料原子的电离和激发，然后转变为热能， 材料原子的电离和激发，然后转变为热能，部分 电子在原子核场中受到急剧阻止， 电子在原子核场中受到急剧阻止，产生所谓韧致 X射线，即连续 射线。 射线， 射线。 射线 射线 射线检测原理

　　射线透过被检物体时， 射线透过被检物体时 ， 有缺陷部位与无缺陷 部Baidu Nhomakorabea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 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 对射线的吸收能力低于金属基体。 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， 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。 据透过工件后射线强度的差异，来检测缺陷。

　　射线透过厚度为A后的强度 式中 J1-射线透过厚度为 后的强度，J0-射线透 射线透过厚度为 后的强度， 射线透 过工件前的强度， 材料线衰减系数 材料线衰减系数， 透 过工件前的强度 ， μ-材料线衰减系数 ， A-透 过层材料厚度。 过层材料厚度。

　　射线透过有缺陷部位强度(缺陷假设为气孔 射线透过有缺陷部位强度 缺陷假设为气孔) 缺陷假设为气孔

　　以使用最广的钴60为例，其半衰期为 年 以使用最广的钴 为例，其半衰期为5.3年 为例

　　在单位时间内衰变的原子核数量， 在单位时间内衰变的原子核数量 ， 称为放射 性活度， 表示，单位为居里(Ci) 性活度，以α表示，单位为居里 某种物质每秒钟有3.7× 个原子衰变， 某种物质每秒钟有 ×1010 个原子衰变 ， 则 该物质的放射性活度为1Ci(居里 居里) 该物质的放射性活度为 居里 单位质量放射性物质的活度称为比活度， 单位质量放射性物质的活度称为比活度 ， 单 位为Ci/g(居里 克) 居里/克 位为 居里

　　因其放射性比活度低， 铯137因其放射性比活度低，又易造成环境污 因其放射性比活度低 能量单一、 染，能量单一、不宜检测厚薄不均匀工件等原因 而日趋淘汰。 而日趋淘汰。 钴60的获得，是将同位素钻59，在原子反应堆 的获得，是将同位素钻 ， 的获得 里的中子流冲击下， 里的中子流冲击下，激发形成不稳定的同位素既 射线，释放γ射线以及少量α射线和β射线。 ，释放γ

　　物质在t时尚未衰变的原子数 式中 N-物质在 时尚未衰变的原子数，N0-原有物 物质在 时尚未衰变的原子数， 原有物 质原子数， 自然对数底 自然对数底， 物质衰变常数 物质衰变常数。 质原子数，e-自然对数底，λ-物质衰变常数。

　　放射同位素原子数随时间呈指数减少， 放射同位素原子数随时间呈指数减少，放射性 同位素以原有N 个原子因衰变而减少到N 个原 同位素以原有 0个原子因衰变而减少到 0/2个原 子所需的时间，称为半衰期(T)。 子所需的时间，称为半衰期 。

　　目前，广泛采射线照相法， 目前，广泛采射线照相法，利用感光胶片来检 测射线强度， 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。 多射线，而形成黑度较大的缺陷影象。

　　放射性同位素是一种不稳定的同位素， 放射性同位素是一种不稳定的同位素，处于激 发态，原子核能级高于基级， 发态，原子核能级高于基级，向基缓转变同时释 放出γ射线， 能量等于两个能级间差。 放出γ射线，其能量等于两个能级间差。 射线检测中所用的γ射线源， 射线检测中所用的γ射线源，是由核反应制成 的人工放射源，应用较广的γ射线、 的人工放射源，应用较广的γ射线等。 、 、 等

　　为减少电子在飞往阳极过程中与气体粒子相碰撞 损失动能， 射线 真空。 损失动能 ， 射线Pa真空 。 电 真空 子流动能的绝大部分(97%)转化为热能 ， 因此 转化为热能， 子流动能的绝大部分 转化为热能 阳极材料一般应选用耐高温材料并通以介质加冷 动能中仅一小部分(～ 转变为X射线 却。动能中仅一小部分 ～3%)转变为 射线。 转变为 射线。

　　阴极发射电子的数量， 阴极发射电子的数量，决定了从阴极飞往阳极电 子流大小(管电流 管电流)， 子流大小 管电流 ， 而 X射线的穿透能力则决定 射线的穿透能力则决定 于电子从阴极飞往阳极的运动速度， 于电子从阴极飞往阳极的运动速度，与两极之间 电压(管电压 有关。管电压愈高，所产生X射线 管电压)有关 电压 管电压 有关 。 管电压愈高 ， 所产生 射线 的穿透能力愈大，波长愈短。 的穿透能力愈大，波长愈短。

　　X射线管单位时间内所发出的连续 射线的全 射线管单位时间内所发出的连续X射线的全 射线管单位时间内所发出的连续 部能量的近似公式为

　　常数(× 管电流(A)， 阳极靶 常数 ， 管电流 式中 η0-常数 ×10-9)，I-管电流 ， Z-阳极靶 原子序数(钨 管电压(V)。 原子序数 钨Z=74)，U-管电压 。 ， 管电压 X射线管的转换效率为 射线) α射线与β射线

　　衰变， 放射性同位素产生α衰变和β衰变，放射α射 射线， 射线贯穿能力弱， 线和β射线，α射线贯穿能力弱，但有很强的电 离作用。 射线虽然穿透力强，但能量很小。 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， 射线进行检测 ， 它们适用于特种场合。 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 射线和γ射线不同， 射线和 电磁波，而是粒子辐射。 电磁波，而是粒子辐射。

　　图中可见，只改变管电流时， 射线辐射强度只 图中可见，只改变管电流时，X射线辐射强度只 是在原有各波长下相应增加。只改变管电压时、 是在原有各波长下相应增加。只改变管电压时、 则除原来各波长相应增加辐射强度外，还出现了 则除原来各波长相应增加辐射强度外， 更短波长的X射线 射线。 更短波长的 射线。

　　普通X射线和 γ 射线检测， 由于其能量低、 普通 射线和γ 射线检测 ， 由于其能量低 、 穿 射线和 透能力差，检测能力受到限制。 透能力差，检测能力受到限制。 超过100mm厚钢板不能用一般 射线检测，超 厚钢板不能用一般X射线检测 超过 厚钢板不能用一般 射线检测， 厚钢板很难用γ 过300mm厚钢板很难用γ射线进行检测。 厚钢板很难用 射线进行检测。 此时可采用加速器产生的高能X射线检测 ， 此时可采用加速器产生的高能 射线mm的钢板 ， 采用高能 射 的钢板， 如对厚度达 ～ 的钢板 采用高能X射 线检测可获得满意结果。 线检测可获得满意结果。

　　γ 射线的强度可由测量仪器引起的电离程度 来决定，单位是R(伦琴 伦琴) 来决定，单位是 伦琴 1R辐射强度 ， 等于在 ℃ 及 105Pa压力下 ， 在 辐射强度， 等于在0℃ 压力下， 辐射强度 压力下 1cm3 空气中电离引起离子绝对值总和为一个绝 对静电单位。 对静电单位。

　　高能X射线是指能量超过 的射线， 高能 射线kV的射线，这种 射线是指能量超过 的射线 高能X射线都由加速器产生 射线都由加速器产生。 高能 射线都由加速器产生。 被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速 以上是高能加速 被加速粒子的能量在 器 ， 能量在100MeV以下是低能加速器 ， 能量在 能量在 以下是低能加速器， 以下是低能加速器 100～1000MeV之间是中能加速器。 之间是中能加速器。 ～ 之间是中能加速器 按加速器种类可以分为电子加速器、 按加速器种类可以分为电子加速器、质子加速 重离手加速器以及全离子加速器等。 器、重离手加速器以及全离子加速器等。

　　可见缺陷沿射线透照方向长度x越大或被透物质 可见缺陷沿射线透照方向长度 越大或被透物质 越大， 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， 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。 度差越大，缺陷越容易被发现。

　　中子是呈电中性的微粒子流，不是电磁波， 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。 种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力。 中子与X和 射线有很大不同， 中子与 和γ射线有很大不同，在被穿透材料 中的衰减主要取决于材料对中子的俘获能力。 中的衰减主要取决于材料对中子的俘获能力。 对铅来说， 和 射线穿透能量衰减很大， 对铅来说，X和γ射线穿透能量衰减很大，但 俘获中子的能力很小。对氢来说正好相反。 俘获中子的能力很小。对氢来说正好相反。

　　X射线是由一种特制的 射线管产生的 ， 由阴 射线是由一种特制的X射线管产生的 射线是由一种特制的 射线管产生的， 阳极和高真空的玻璃或陶瓷外壳组成， 极、阳极和高真空的玻璃或陶瓷外壳组成，阴极 是一加热灯丝，用于发射电子， 是一加热灯丝，用于发射电子，阳极靶是由耐高 温的钨制成。 温的钨制成。

　　E 使物质产生光电子及返跳电子、以及引起 使物质产生光电子及返跳电子、 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 使某些物质起光化学作用， 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 产生生物效应、

　　放射性同位素的原子核，在自发地放射出γ 放射性同位素的原子核，在自发地放射出γ射 线后能量逐渐减弱，这种现象叫做衰变。 线后能量逐渐减弱，这种现象叫做衰变。 各种放射性同位素都有自己特定衰变速度， 各种放射性同位素都有自己特定衰变速度，称 为衰变常数( ， 为衰变常数 λ)，它表示单位时间内衰变核的数 量与尚未衰变核的数量之比

　　射线是一种电磁波， 与无线电波、 红外线、 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， 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。 速度，但频率与波长不同。

　　射线的波长短、 频率高， 射线的波长短 、 频率高 ， 具有许多与可见光 不同的性质： 不同的性质： A 不可见，依直线传播 不可见， B 不带电荷，因此不受电场和磁场影响 不带电荷， 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 与可见光同样有反射、干涉、绕射、 现象，但这些现象又与可见光有区别， 现象，但这些现象又与可见光有区别，如x射线 射线 只有漫反射，不能产生如镜面反射。 只有漫反射，不能产生如镜面反射。

　　这是射线检测中最常用的两种射线， 射线是 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。 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、 射线是放射性物质自发产生的，如钴、 镭等，两者产生的机理不同，但都是电磁波。 镭等，两者产生的机理不同，但都是电磁波。