射线透过物质衰减和规律

I I I
IT
T
T
射线强度衰减公式
I T
I
dI dT
I
IT
dI
T
dT
I I0
0
T0时 ,ITI0
I I0eT
朗伯-比尔定律
即射线衰减基本规律。
意义：计算穿过物体后的透射射线强度。
4.2 线衰减系数μ
物理意义：射线穿透单位厚度物质时，射 线强度的相对衰减量或衰减百分比。
dI 1
I dT
一次透射射线：未与物质作用，直接穿透的射线
散射线：
光子与物质作用方向改变的射线
1. 吸收和散射引起的射线强度衰减
入射光子的能量除一次透射射线外，还包括
散射：一部分转移到方向改变的光子
包括康普顿散射、瑞利散射和电子对效应
吸收：一部分转移到作用的电子或产生的 电子, 包括光电效应、电子对效应
吸收+散射
பைடு நூலகம்
混合物或化学物的质量衰减系数
若构成物体的各元素的百分比含量分别为W1、 W2、W3、……，相应的各元素的质量衰减系数
分别为 m1、m2、 ，则物体的质量衰减系数可
按下式计算
m W 1m 1W 2m 2W 3m 3
应用
例如：三氧化二铝(Al2O3)对0.05MeV能量的射线可按下式 计算其线衰减系数。从有关手册查到 铝(Al)：相对原子质量 A＝27
射线强度衰减(光子数的减
少、光子方向发生变化)
1. 由传播几何因素引起的强度衰减
平方反比定律:由射线源辐射的射线，以一 定的辐射角度在空间沿直线传播，随着传 播距离的增加，在以焦点为中心而半径不 同的各球面上，X射线的强度与距离的平方 成正比。
I I0 / L2
2. 射线衰减在射线检测中的地位和作用
铝
0.29 0.22 0.16 0.132 0.116 0.100 0.075 0.068 0.061
铁
0.80 0.665 0.469 0.370 0.313 0.270 0.244 0.233 0.214
铜
0.91 0.70 0.50 0.41 0.35 0.295 0.284 0.273 0.272
窄束射线获取装置
窄
铅准直器
铅准直器
束
射
源
线
获
散射光子
探测器
取
装
吸收体
置
宽
铅准直器
束
射
源
线
获
探测器
取 装
吸收体
置
4. 射线强度衰减规律
4.1 单色、窄束射线强度衰减规律
单一均质材料中，在
很小的厚度范围内强
度的衰减量与入射射
线强度和穿透物体的
厚度成正比。
I0
I IT
负号表示射线强度减 弱。
均匀物质
射线检测的物理基础
§1.12.1 射线透过物质的衰减及规 律
本节主要内容
1. 射线衰减的原因分析 2. 射线衰减在射线检测中的地位和作用 3. 有关射线的基本概念 4. 射线衰减的基本规律
上节课回顾：射线与物质相互作用
射线光子与物质原子相互作用，根据原子 种类不同、光子能量不同，作用类型： 光电效应： 光子与轨道电子作用 康普顿效应： 光子与自由电子(最外层轨道
铅
2.7 1.8 0.8 0.58 0.524 0.482 0.494 0.53 0.6
上表分析
相同条件下，密度越大，衰减越多。 对多数材料，线衰减系数随能量升高下降
，不利因素之一就是造成缺陷检测结果对 比度下降。因此，在保证穿透情形下，尽 量选用低能X射线。 可以根据材料的线衰减系数选用屏蔽材料 ，比如”铅”。
射线强度衰减导致射线强度分布不同 胶片记录射线强度分布 射线强度差异是底片产生对比度的根本原因，起
决定性作用
射线衰减在射线检测中的地位和作用
小直径管椭圆成像
3. 射线基本概念
按射线能量分为 单色射线： 单一波长射线 多色射线： 连续波长射线 按是否考虑散射线分为 窄束射线： 一次透射射线 宽束射线： 一次透射射线+散射线
4.3 质量衰减系数
理论上常用质量衰减系数，即线衰减系数除以物质密度所
得到的值，常记为 m
m /
优点：不受物质密度和物理状态的影响。
例：水和水蒸气的m值一样，但 不同
同样地，有
m
kZ33
上式表明，对同样能量的射线，物质的原子序数越大，物 质的密度越大，射线在物体中受到的衰减也越大；对不同 能量的射线，当穿过同一种物体时，能量低的射线将受到 更大的衰减。
I
I NT
ph CPR
Nph NCNPNRN ph CPR
单位：cm-1
线衰减系数μ的影响因素
kZ33
影响因素： 物质原子序数、密度、射线能量 同样能量的射线，穿过物质的原子序数越大，物
质密度越大，射线在物体中受到的衰减也越大。 不同能量的射线穿过同一种物体时，能量低的射
线将受到更大的衰减。
＝μmρ＝0.2833×3.95＝1.139(cm1)
即三氧化二铝(Al2O3)的线衰减系数为1.139cm1。
电子、轨道束缚弱)作用 电子对效应： 光子与原子核的库仑场作用 瑞利散射： 光子与整个原子交互作用
上节课回顾：射线与物质相互作用结果
入射X射线 I 0
0
0
散射X射线
' 0
反冲电子
瑞利散射
电子对效应 康普顿效应
电 子 俄歇电子 光 电 子 光电效应
荧光X射线 0
I 一次透射射线 0
热能
铁的线衰减系数
R曲线是瑞利散射部分 PE曲线是光电效应部分 C曲线是康普顿效应部 分 PP曲线是电子对效应部 分 T曲线是总的线衰减系数
铝的线衰减系数
R曲线是瑞利散射部 分 PE曲线是光电效应部 分 C曲线是康普顿效应 部分 PP曲线是电子对效应 部分 T曲线是总的线衰减系 数
铅的线衰减系数
R曲线是瑞利散射部分 PE曲线是光电效应部分 C曲线是康普顿效应部 分 PP曲线是电子对效应部 分 T曲线是总的线衰减系 数
质量衰减系数值μm＝0.357cm2/g 氧(O)：相对原子质量 A＝16
质量衰减系数值μm＝0.211cm2/g Al2O3的密度：ρ＝3.90～4.10g/cm3
取其值为3.95g/cm3 用上述数据计算 μm ＝0.357×[2×27/(3×16＋2×27)]＋
0.211×[3×16/(3×16＋2×27)]＝0.2833(cm2/g)
几种材料的线衰减系数
射线能 量MeV
0.25 0.50 1.0 1.5 2.0 3.0 5.0 7.0 10.0
水
0.121 0.095 0.069 0.058 0.050 0.041 0.030 0.025 0.022
碳
0.26 0.20 0.15 0.12 0.10 0.83 0.067 0.061 0.054