X光背向散射技术原理概述
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四、结束语 X 光背向散射技术使 X 光技术在损伤检测领域得到了更方便的应用，维修人
员可以利用这项技术对部件甚至结构进行腐蚀检测、异物检测、裂纹检测等工作， 而不需要想传统穿透式 X 光检测技术那样，需要在被检物体两侧放置检测装置。
通过对 Compton 原理的学习对 x 光背向检测技术有了深入的理解。
关键词： X 光背向散射 无损检测
一、X 射线
X 光是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波，由德国物理学家 W.K.伦琴于 1895 年发 现，它的特点是高穿透性，能穿过很多不透明物质，正因有了这一特点，X 射线被广泛应用 于探伤检测技术中。
X 射线可以从 X 射线管中产生，X 射线管是一种两级电子管，如果两级电.压足够大，电 子就会从阴极向阳极方向加速飞行，与阳极相撞，放出 X 射线。
h������0 + ������0������2 = ℎ������ + ������������2
(3-1)
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(3-1)
由
上
述
两
式
可
以
得
到
散
射
射
线
和
入
射
射
线
的
波
长
之
间
的
差
值
Δ
λ
=
λ
-
λ
materials[J].NDT&E International 70(2015) 41-52.
[3] Dan-Cristian Dinca*a, Jeffrey R. Schuberta, J. Calleramea. X-ray Backscatter
Imaging[J]. SPIE Vol. 6945 694516-1.
3.3 X 光背向散射检测技术的应用及优缺点 3.3-1 .X 光背向散射扫描探头 下图所示的扫描探头是根据 Compton 效应设计的，由 X 射线管、光束准直器、探测器 组成，体积小，可从不同角度对试件进行检测。
图 3-3-1X 光背向散射扫描探头 3-3-2. 移动机器人检测系统 由于 X 射线有强辐射，使用机器人携带探头可以很好地弥补这一缺点
二、X 光穿透探伤技术
传统的 X 射线探伤技术是 X 射线穿透检测，通过 X 射线管发出 X 射线，X 射线穿过被测 物体，被物体后方的探测器捕捉(如图 2-1 右侧的探测器)，根据穿透物体的射线强度进行成 像。根据影像上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样就可以判断出缺陷种类，数量和 大小。
图 2-1 穿透 X 光检测和背向散射 X 光检测技术
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图 3- 1a
图 3-2b 在散射出去的射线中，出射角大于 90°的散射就是 Compton 背向散射，也正是这种背 向散射使我们能够进行单侧 X 光检测。 3.2 Compton 背向散射的应用 根据光子理论 Compton 散射有如下特点： 波长的便宜与散射物质以及入射 X 射线的波长无关，而只与散射角有关，据此，无论入 射波波长大小如何变化以及无论被测物体的密度大小如何变化，我们都可以选择一个固定方 向的位置来使用探测器探测散射射线。 Compton 散射只有在入射波的波长在一定范围时才是显著的，而 X 射线恰好有很好的 显著性。 物质的原子量越小，散射光中波长变大的散射线强度越大，Compton 效应越显著：散射 物质的原子量越大，波长变大的散射线相对较弱。据此，根据接收到的散射光子的强度可以
三、 X 光背向散射探伤技术
3.1 .Compton 效应与 Compton 散射
1923 年，pton 在研究 X 射线通过物质时向各方向散射的现象。他们在试验中发
现，在散射的 X 射线中，除了有波长与元涉嫌相同的成分外，还有波长较长的成分。这种有
波长改变的散射成为 Compton 散射，这种散射可以用光子理论得到圆满的解释。
图 3-2 X 光背向散射探伤原理图 断定被检测物体的性质。
根据以上特点，我们可以得知，只要有一束入射 X 射线设在被检物体上，我们就能在某 一角度探测到波长变化了的散射光，而散射光子的数目由物质的种类决定。在被检物体的单 侧并于某特定的散射角处，依次测量其内部各不同位置所对应的 Compton 散射光子数求出 被检物质中的电子密度分布，进过一定数据处理可以得出被检物体的三位密度分布图象。
X 光背向散射技术原理概述
荆宏达 （中国民航大学，天津）
摘 要：X 光背向散射技术（X-ray backscatter technique）是一种 X 光成像技术。传统 的 X 光检测是通过接收穿过目标物体的射线来实现的。而 X 光背向散射技术是通过检测从 目标物体反射回来的射线进行成像。在航空领域，由于传统的 X 光检测技术需要在物体两侧 放置检测设备，以至于对只能进行单边检测的部件很难实施 X 光检测。使用 X 光背向散射技 术就可以让人们方便地进行单边检测。本文将对 X 光背向散射技术的原理进行简要介绍。
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������0，弹性碰撞后，电子能量变为
mc2，动量变为
mv，散射光子的能量为h������
，动量为
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，散射角为φ 。这里 e0 和 e 分别为在碰撞前和碰撞后的光子运动方向上的单位矢量。
按照能量守恒和动量守恒定律(如图 3-1a)：
3-3-2 移动机器人检测
3.3.3 X 光背向散射技术的优点以及挑战 优点： 能进行大区域和单边扫描，由于没有了件后成像设备的限制，且便于移动扫描，X
光背向散射技术可以检测大面积区域。 实时性。 体积小，作业空间小。 得到的图像清晰易于辨认。 挑战： 维修单位需要引进新的标准和程序。 高速扫描需要更大更昂贵的设备。 若想检测更深的部位需要长时间的扫描。
参考文献
[1] 吴建中.便携式康普顿背散射成像仪研究[D].浙江：浙江大学，2003
[2] Sanjeevareddy Kolkoorin, Norma Wrobel, Uwe Zscherpel, Uwe Ewert. A new X-ray
backscatter imaging technique for non-destructive testing of aerospace
在固体中，有许多和原子核联系较弱的电子可视为自由电子（自由电子的数目和密度与
物质的种类有关）。由于这些电子的热运动平均动能（约百分之几电子伏特）和入射的 X 射
线光子的能量比起来可以忽略不计，因而这些电子在碰撞前，可以看作是静止的。一个静止
电子的能量为������0������2，动量为零。设入射光的频率为������0 ，它的一个光子就具有能量h������0 ，动
员可以利用这项技术对部件甚至结构进行腐蚀检测、异物检测、裂纹检测等工作， 而不需要想传统穿透式 X 光检测技术那样，需要在被检物体两侧放置检测装置。
通过对 Compton 原理的学习对 x 光背向检测技术有了深入的理解。
关键词： X 光背向散射 无损检测
一、X 射线
X 光是波长介于紫外线和γ射线之间的电磁波，由德国物理学家 W.K.伦琴于 1895 年发 现，它的特点是高穿透性，能穿过很多不透明物质，正因有了这一特点，X 射线被广泛应用 于探伤检测技术中。
X 射线可以从 X 射线管中产生，X 射线管是一种两级电子管，如果两级电.压足够大，电 子就会从阴极向阳极方向加速飞行，与阳极相撞，放出 X 射线。
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(3-1)
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之
间
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Δ
λ
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-
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materials[J].NDT&E International 70(2015) 41-52.
[3] Dan-Cristian Dinca*a, Jeffrey R. Schuberta, J. Calleramea. X-ray Backscatter
Imaging[J]. SPIE Vol. 6945 694516-1.
3.3 X 光背向散射检测技术的应用及优缺点 3.3-1 .X 光背向散射扫描探头 下图所示的扫描探头是根据 Compton 效应设计的，由 X 射线管、光束准直器、探测器 组成，体积小，可从不同角度对试件进行检测。
图 3-3-1X 光背向散射扫描探头 3-3-2. 移动机器人检测系统 由于 X 射线有强辐射，使用机器人携带探头可以很好地弥补这一缺点
二、X 光穿透探伤技术
传统的 X 射线探伤技术是 X 射线穿透检测，通过 X 射线管发出 X 射线，X 射线穿过被测 物体，被物体后方的探测器捕捉(如图 2-1 右侧的探测器)，根据穿透物体的射线强度进行成 像。根据影像上有缺陷部位与无缺陷部位的黑度图像不一样就可以判断出缺陷种类，数量和 大小。
图 2-1 穿透 X 光检测和背向散射 X 光检测技术
0=
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−
������������������φ)(图 3-2b）
图 3- 1a
图 3-2b 在散射出去的射线中，出射角大于 90°的散射就是 Compton 背向散射，也正是这种背 向散射使我们能够进行单侧 X 光检测。 3.2 Compton 背向散射的应用 根据光子理论 Compton 散射有如下特点： 波长的便宜与散射物质以及入射 X 射线的波长无关，而只与散射角有关，据此，无论入 射波波长大小如何变化以及无论被测物体的密度大小如何变化，我们都可以选择一个固定方 向的位置来使用探测器探测散射射线。 Compton 散射只有在入射波的波长在一定范围时才是显著的，而 X 射线恰好有很好的 显著性。 物质的原子量越小，散射光中波长变大的散射线强度越大，Compton 效应越显著：散射 物质的原子量越大，波长变大的散射线相对较弱。据此，根据接收到的散射光子的强度可以
三、 X 光背向散射探伤技术
3.1 .Compton 效应与 Compton 散射
1923 年，pton 在研究 X 射线通过物质时向各方向散射的现象。他们在试验中发
现，在散射的 X 射线中，除了有波长与元涉嫌相同的成分外，还有波长较长的成分。这种有
波长改变的散射成为 Compton 散射，这种散射可以用光子理论得到圆满的解释。
图 3-2 X 光背向散射探伤原理图 断定被检测物体的性质。
根据以上特点，我们可以得知，只要有一束入射 X 射线设在被检物体上，我们就能在某 一角度探测到波长变化了的散射光，而散射光子的数目由物质的种类决定。在被检物体的单 侧并于某特定的散射角处，依次测量其内部各不同位置所对应的 Compton 散射光子数求出 被检物质中的电子密度分布，进过一定数据处理可以得出被检物体的三位密度分布图象。
X 光背向散射技术原理概述
荆宏达 （中国民航大学，天津）
摘 要：X 光背向散射技术（X-ray backscatter technique）是一种 X 光成像技术。传统 的 X 光检测是通过接收穿过目标物体的射线来实现的。而 X 光背向散射技术是通过检测从 目标物体反射回来的射线进行成像。在航空领域，由于传统的 X 光检测技术需要在物体两侧 放置检测设备，以至于对只能进行单边检测的部件很难实施 X 光检测。使用 X 光背向散射技 术就可以让人们方便地进行单边检测。本文将对 X 光背向散射技术的原理进行简要介绍。
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按照能量守恒和动量守恒定律(如图 3-1a)：
3-3-2 移动机器人检测
3.3.3 X 光背向散射技术的优点以及挑战 优点： 能进行大区域和单边扫描，由于没有了件后成像设备的限制，且便于移动扫描，X
光背向散射技术可以检测大面积区域。 实时性。 体积小，作业空间小。 得到的图像清晰易于辨认。 挑战： 维修单位需要引进新的标准和程序。 高速扫描需要更大更昂贵的设备。 若想检测更深的部位需要长时间的扫描。
参考文献
[1] 吴建中.便携式康普顿背散射成像仪研究[D].浙江：浙江大学，2003
[2] Sanjeevareddy Kolkoorin, Norma Wrobel, Uwe Zscherpel, Uwe Ewert. A new X-ray
backscatter imaging technique for non-destructive testing of aerospace
在固体中，有许多和原子核联系较弱的电子可视为自由电子（自由电子的数目和密度与
物质的种类有关）。由于这些电子的热运动平均动能（约百分之几电子伏特）和入射的 X 射
线光子的能量比起来可以忽略不计，因而这些电子在碰撞前，可以看作是静止的。一个静止
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