射线检测的物理基础(ppt)
第一章射线检测的物理基础
第一章射线检测的物理基础1.1 原子与原子结构1.1.1 元素与原子世界上一切物质都是由元素构成的，迄今为止，已发现的元素有100多种，其中天然存在的有94种，人工制造的有十几种。
为便于表达和书写，每种元素都用一定的符号来表示，称作元素符号。
元素符号采用该元素拉丁文名称第一个字母的大写，或再附加一个小写字母。
例如，碳的元素符号是C，钴的元素符号是Co，铁的元素符号是Fe，等等。
原子是元素的具体存在，是体现元素性质的最小微粒。
在化学反应中，原子的种类和性质不会发生变化。
原子质量极其微小，例如氢原子质量为1.673×10-24克，以常用质量单位表示很不方便，因此物理学中采用“原子质量单位”，用符号“u”表示，即规定碳同位素的质量的1/12为1u，而原子量就是某元素的原子的平均质量相对于原子质量1/12的比值。
照此规定，氢元素的原子量为1，氧元素的原子量为16。
原子由一个原子核和若干个核外电子组成。
原子核带正电荷，位于原子中心，电子带负电，在原子核周围高速运动。
原子核所带的正电荷与核外电子所带的负电荷相同，所以，整个原子呈电中性。
电子的质量极轻，为9.109×10-28克，等于氢原子质量的1/1837。
电子带有1个单位负电荷(1.602×10-19库仑)。
在原子中，原子核所带的正电荷数(简称核电荷数)与核外电子所带的负电荷数相等。
所以核外电子数就等于核电荷数。
不同元素的核电荷数不同，核外电子数也不同。
元素周期表中，元素的次序就是按核电荷数排列的，因此，周期表中的原子序数z等于核电荷数。
原子核仍然可以再分，试验证明，原子核是由两种更小的粒子即质子和中子组成的。
中子不带电，1个质子带1个单位正电荷，原子核中有几个质子，就有几个核电荷，因此得到以下关系：质子数＝核电荷数＝核外电子数＝原子序数质子的质量为1.6726×10-24克，中子的质量为1.6749×10-24克，两者质量几乎相等。
射线检测培训
二、射线检测设备和器材
18
4、X射线管的焦点：（P34） a、实际焦点—阳极靶上受电子轰击的部分。 b、有效焦点—实际焦点在垂直于管轴线方向上的投影。 c、焦点大，利于散热，管电流可以较大；焦点小，散热 条件差，管电流不能太大。 d、焦点形状和尺寸取决于灯丝形状和尺寸，圆形和正方 形焦点尺寸为 a(a为直径或边长)；长方形和椭圆形焦点 尺寸为（ a和b为边长或轴长）。
状谱，由一个或几个特定的波长组成。 c、连续X射线的能量（波长）取决于管电压；标识X射线的能
量（波长）取决于靶材，与管电压无关。
一、射线检测物理基础
6、连续X射线的最短波长：
minV1(K2.4V)
0
(A)
4
7、X射线的产生效率：（P6） 0ZV
式中：η0≈1.1～1.4×10-6，
V—管电压（KV）
5
8、X射线和γ射线的相同和不同之处：（习题P20—371）
a、相同之处：X射线和γ射线都是电磁波，它们具有相同 的性质，如不可见、依直线传播、不带电、能穿透物质、 能使物质电离、使胶片感光、能发生生物效应等。
b、不同之处：
⑴、产生机理不同，X射线是高速电子与物质碰撞产生的； 而γ射线是放射性物质原子核衰变时放射出来的。
二、射线检测设备和器材
20
9、X射线机管电压和管电流：（P43—44）
①、管电压调节是通过调节高压变压器初级线圈并联的自耦
变压器的电压来实现的。
管电压越高，电子运动速度越快，产生的X射线能量越高，穿透力越大。
②、管电流是通过调节灯丝变压器电压从而调节灯丝加热电
流来实现的。
管电流越大，产生的X射线强度就越大。
解：设增厚前胶片接受
增厚之后胶片接受的照
射线检测
I 2 I 0e
所以，
[ ( d d ) `d ]
I 0e e
Δd
d ( ` ) d
I0 μ`
I2 ( ` ) d I e I1
μ I1
d
I2
基本原理及方法
由两式比较，当厚度相同时，
射线检测
I2 I e ( ` ) d I1
X射线照相检测技术
射线检测
③ 金属荧光增感屏：结合了荧光增感屏增 感效果好，金属增感屏底片质量好的优点，制 作而成 所以，此类增感屏使底片的感光速度比金 属屏快，且比荧光屏的像质好，但仍不能满足 生产实际的需要，因此，GB3323-2005规定，射 线照相采用金属增感屏或不用增感屏，个别情 况下，可使用荧光增感屏或金属荧光增感屏， 但只限于A级
射线检测物理基础
2 散射现象
射线检测
射线通过物质后，不仅能量改变， 有部分入射线改变了原来的方向 当方向改变时，称为汤姆逊散射 改变方向及能量时，称为康普顿散射
散射线是一些偏离了原射线的入射线 方向，射向四面八方的射线。射线能量越低，被 透照物质中的电子密度越大，射线的散射效应越 显著，散射线的强度越大
布的连续X射线，有一个极限 波长λ0（或短波限）
1.24 0 (nm) U
射线检测物理基础
② 特征X射线：当
射线检测
管电压超过某一临
界值时，形成与靶
材有关的特殊波长
的射线 3 X射线检测中主
要用连续谱
射线检测物理基础
㈡ γ射线 1 产生
射线检测
同位素—质子数相同，中子数不同，在 周期表中处于同一位置 2 分类 天然放射性同位素：Ra226、U235 人工放射性同位素：Co60、Ir192
(完整版)射线检测计算题解.pptx
119(天)
14
解2：设I 1、I 2分别为14天前距源200cm和192cm处的照射率；
I3为14天后距源192cm处的照射率。
I2 I1
（
F1 F2
）2
I
2
I（1
F1 F2
）2
又I3 I2
N
N0
e T
I3
I 2e T
据题意：I 3 I 1
故：I 3
I
2e
T ＝I（1
F1 F2
）2 ge
2.59
T nTh 2.59 0.58 1.4（9 cm）＝14.9mm
12
1.16 设有一辐射单一波长γ射线的同位素源， 某时在离源200mm处测得其照射率。14天后同一时 刻在离源192mm处测出其照射率与前相同。问此源
半衰期为多少？
T1/ 2 =
0.693
N
N 0e T
I
=
I0 2n
T
I1
e T＝（ F1 ）2＝（200 ）2＝1.085
F2
192
＝
ln
1.085 ＝
T
0.082
14
0.0058（3 天）－1
T1、2＝
0.693
＝
0.693 0.00583
＝11（9 天）
15
1.18 用X射线透照母材厚度30mm，焊缝余高 4mm的试件，若射线质不因厚度而异，吸收系数均 为0.693cm-1，求半价层厚度和射线贯穿工件后母材 部位和焊缝部位的射线强度之比。（已知X射线的 散射比对于母材和焊缝分别为2.5和3）。
N
=
N0 2n
↔
N
=
N 0e -λt
第二章-X射线成像的物理基础
特征辐射
高速电子流轰击阳 极靶，将某些内层电子 击出，转移到外部壳层 或击出原子之外。
轨道电子从外层跃迁 到内层。放出特征X射 线光子。
1. 连续辐射(韧致辐射)：如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一 定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。 连续光谱的性质和靶材料无关。
2. 特征辐射(标识辐射)：当电子的能量超过一定的限度时，可以 发射一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射 线状光谱的辐射叫做特征辐射。 特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱这就是 为什么称之为“特征”的原因。
在压产生X射 线的时间
X射线的量：管电流×曝光时间（mA×s）
穿透物质 的能力
X射线的质：管电压（kV）
X射线的质/线质一般用于表示X射线的硬度(hardness of X-ray)
X射线的三个参量：
管电压(kVp) 管电流(mA) 曝光时间(s)
名称
极软X射线
X射线谱， 波长大致介于70～0.01 nm范围内的电磁
辐射，X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重
叠在连续谱背景上。连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而
产生的轫致辐射，其短波极限λ0由加速电压V决定：
0
=
hc eV
为普朗克常数，e为电子电量，c为真空中的光速。 标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层
第二章 X线成像物理基础
章节目录
第1节 X线的本质 第2节 X射线的产生和影响因素 第3节 X线的各种作用 第4节 X射线与物体原子间相互作用 第5节 X线的量与质
我们视而不见的光亮，对于我们就是黑 暗。当我们清醒时，曙光才会破晓。来日方 长，太阳只是启明星。
放射物理学基础一(ppt)
优点
可获得准确照射. 工作人员隔室操作，比较安全. 放射源微型化. 高活度放射源形成高剂量率治疗. Hale Waihona Puke 微机控制.放射治疗物理学基础
➢ 近距离后装治疗机
组成：①放射源 ②施源器 ③源室及放射源驱动元 ④治疗计划系统
放射治疗物理学基础
➢ 体内照射与体外照射的区别
放射源强度
放射治疗物理学基础
➢钴 － 60 治 疗 机
结构：①放射源
②源客器及防护机头
③遮线照装置
④准直器
⑤支持系统及其附属电子设备
钴－60γ线的特点：
与深部x线机（200～400kv）相比的优点： ①穿透力强 ②保护皮肤 ③骨和软组织有同等的吸收剂量 ④旁向散射小 ⑤经济可靠
钴 － 60 半 影 问 题
放射治疗物理学基础
三种常见体外照射设备的特点比较
能量 穿透力 皮肤剂量 骨吸收剂量 旁向散射 经济、维修
照射野 防护
X线机
低 弱 高 高 大 价格低 维护方便 小 容易
6 0CO远距离治疗机
高，单能 较强
低 和软组织相同
较小 价格较低 维护方便
中等 定期换源 防护难
直线加速器
高，可调 强 低
和软组织基本相同 小
几何半影 穿射半影 散射半影
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
X线和电子束的产生
电源
脉冲调制器
电子枪 磁控管
加速管
偏转磁铁 电子束 打靶 高能X线
放射治疗物理学基础
➢ 加速器
分类 电子感应加速器 电子直线加速器 电子回旋加速器
放射治疗物理学基础
➢ 电子直线加速器的特点
能量高，可调控，剂量率高. 穿透力强. 皮肤剂量低：6MvX最大剂量点在皮下1.5cm. 骨和软组织吸收基本相等. 旁向散射小. 价格昂贵. 维护难，对水、电、湿度要求高. 射野可以较大，可达40×40cm.
射线检测—X射线检测基本原理(无损检测课件)
5. 射线照相规范
♫
（4）曝光量的选择
曝光量E为射线强度I与曝光时间t的乘积，即 E = I·t。曝
光量的大小要能保证足够的底片黑度。如果管电压偏高，
那么小的曝光量也能使底片达到规定黑度，但这样的底
片灵敏度不够好，所以焦距为600mm时X射线照相的曝光
一般规定底片黑度为1.5～4.0D的范围内。
5. 射线照相规范
♫
➢
➢
➢
（7）象质计（透度计）的应用
象质计是用来检查透照技术和胶片处理质量的。我国标准
规定使用线型象质计。
所谓射线照相的灵敏度是射线照相能发现最小缺陷的能力，
射线照相灵敏度分为绝对灵敏度和相对灵敏度。
绝对灵敏度是指射线透照某工件时能发现最小缺陷的尺寸，
第2节 X射线检测的基本原理
2. 物理基础
➢
单色窄束射线在穿过厚度非常小的均匀介质时，其衰减的
基本规律为：
I= 0 −
其中，I0 ——入射射线强度；
I —— 透射射线强度；
T —— 吸收体厚度；
μ —— 线衰减系数。
0.639
➢
半值层厚度： 1Τ =
➢
宽束连续谱射线衰减规律： = 0 1 + −
➢
愈是使用低能量的射线，吸收系数μ值就愈大，从而可以
得到ΔD较大的缺陷图象。
➢
在采用X射线时要尽可能降低管电压，在采用γ射线时，则
要选择能量较低的γ射线源。但是降低管电压会导致射线
穿透力减小，因而不能得到黑度足够的底片。所以降低管
电压也是有一定限度的。
➢
完整的说法是：在能穿透工件的前提下尽可能地降低X射
射线检测的物理基础
射线检测的物理基础射线检测是一种利用射线在物质中传播的特性进行物质组成分析和缺陷检测的方法。
射线检测常用的射线包括X射线和γ射线。
这两种射线都是电磁波，具有较高的穿透能力和能量，因此可以用于穿透物质并获取内部信息。
射线检测的物理基础主要包括射线的产生、传播以及与物质相互作用的过程。
下面将对这些基础进行详细的介绍。
一、射线的产生射线检测中常用的X射线是通过X射线管产生的。
X射线管由阴极和阳极组成，当阴极上加上一定电压时，会产生一束高速电子，电子在电场作用下加速，并与阳极碰撞。
在碰撞过程中，电子会失去一部分能量，产生X射线。
这些X射线具有较高的能量，可以穿透物质并与物质相互作用。
γ射线则是由放射性核素产生的。
放射性核素的原子核不稳定，会发生衰变，释放出γ射线。
γ射线具有较高的能量和穿透能力，可以用于射线检测。
二、射线的传播射线在物质中的传播是直线传播，具有一定的传播速度。
射线传播的速度取决于射线的能量和介质的密度。
在同一介质中，射线的传播速度是恒定的。
而在不同介质中，射线的传播速度会发生改变，这就是射线折射现象。
三、射线与物质的相互作用射线与物质相互作用的过程是射线检测中最重要的过程。
射线与物质的相互作用包括散射、吸收和衰减三个主要过程。
散射是指射线与物质中的原子或分子碰撞后改变方向的过程。
散射分为弹性散射和非弹性散射。
弹性散射是指射线与原子或分子碰撞后只改变方向而不改变能量的过程，非弹性散射则是指射线与原子或分子碰撞后既改变方向又改变能量的过程。
散射的发生会改变射线的传播方向，从而影响射线检测的结果。
吸收是指射线在物质中传播过程中被物质吸收的过程。
物质对射线的吸收能力取决于射线的能量和物质的性质。
不同物质对射线的吸收能力有所差异，因此可以通过测量射线的吸收量来判断物质的组成。
衰减是指射线在物质中传播过程中能量逐渐减小的过程。
射线的衰减程度取决于射线的能量和物质的厚度。
较厚的物质会对射线的衰减产生更显著的影响。
放射物理学基础ppt课件
模拟定位机
• X线模拟定位机：是用来模拟加速器或60Co治 疗机机械性能的专用X线诊断机。
• 作用：模拟各类治疗机实施治疗时的照射部位 及范围，进行治疗前定位。
• CT模拟机：是利用CT获取患者图像并进行三 维重建，同时将图像传给放射治疗计划系统， 进而对肿瘤实现精确定位的专用CT机。
8
近距离后装治疗机
• 现代后装治疗机主要包括：治疗计划系 统和治疗系统。
• 现代近距离治疗的特点： • 放射源微型化，程控步进电机驱动； • 高活度放射源形成高剂量率治疗； • 微机计划设计。
9
*辐射源种类和照射方式 辐射源种类
1．放射性同位素放出的α、β、γ射线 2．X 线治疗机和各类加速器产生的不同 能量的 X 线 3．各类加速器产生的电子束、质子束、 中子束、负π介子束以及其他重粒子束。
14
康普顿效应：
• 随着入射光子能量
的增加 ( 200kV-2
MV)，光子与轨道
上电子相撞，光子
将部分能量转移给
电子，使电子快速
前进(反冲电子)，
而光子本身则以减
低之能量，改变方
向，继续前进(散射
光子)，这种现象叫
做康普顿效应。
15
电子对效应：
• 入射光子能量大 于1.02MV时， 光子可以与原子 核相互作用，使 入射光子的全部 能量转化成为具 有一定能量的正 电子和负电子， 这就是电子对效 应。
如60Coγ射线。
21
• *半价层 (Half Value layer，HVL)：是指置 于X射线束通过的路径上，使其照射量减少 一半所需某种物质的厚度。
• *照射野：射线束经准直器后垂直通过模体 的范围，用模体表面的截面大小表示照射野 的面积。临床剂量学规定，模体内50%同等 剂量曲线的延长线交于模体表面的区域定义 为照射野的大小。
射线检测知识点
射线检测知识点第一章 探伤的基本原理射线探伤的实质是根据被检工件与其内部缺陷介质对射线能量衰减程度不同，而引起射线透过工件后的强度差异（如下图），使缺陷能在射线底片或X 光电视屏幕上显示出来。
图中射线在工件及缺陷中的线衰减系数分别为μ和μ’。
根据衰减定律，透过完好部位x 厚的射线强度为：透过缺陷部位的射线强度为：第二章 射线检测射线检测是利用各种射线对材料的透射性能及不同材料对射线的吸收、衰减程度的不同，使底片感光成黑度不同的图像来观察的，是一种行之有效而又不可缺少的检测材料或零件内部缺陷的手段，在工业上广泛应用。
射线检测的优点：1、适用于几乎所有的材料，对零件几何形状及表面粗糙度均无严格要求，目前射线检测主要应用于对铸件和焊件的检测；2、射线检测能直观地显示缺陷影像，便于对缺陷进行定性、定量和定位；3、射线底片能长期存档备查，便于分析事故原因。
射线检测的缺点：射线检测对气孔、夹渣、疏松等体积型缺陷的检测灵敏度较高，对平面缺陷的检测灵敏度较低，如当射线方向与平面缺陷（如裂纹）垂直时很难检测出来。
另外，射线对人体有害，需要有保护措施。
超声波探伤与X 射线探伤的比较：超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别发生反射波来，在萤光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。
超声波探伤比X 射线探伤具有较高的探伤灵敏度、周期短、成本低、灵活方便、效率高，对人体无害等优点；缺点是对工作表面要求平滑、要求富有经验的检验人员才能辨别缺陷种类、对缺陷没有直观性；超声波探伤适合于厚度较大的零件检验 。
超声波探伤与射线探伤都属于物理探伤。
xx e I I μ-=0x x ee I I ∆---=)'(0'μμμ第一节射线检测的物理基础一、射线的种类和频谱波长较短的电磁波叫射线。
第6章_X射线物理学基础
1
第六章
X射线物理学基础
第六章 X射线物理学基础
2
第一节 X射线的性质 第二节 X射线的产生与X射线谱 第三节 X射线与物质的相互作用
3. X射线上述特性，成为研究晶体结构、进行元素分析、医 疗透视和工业探伤等方面的有力工具。
第二节 X射线的产生与X射线谱
24
一、X射线产生： 1. X射线：高速运动带电粒子（电子）与某物质相撞击后突 然减速或被阻止，与该物质中内层电子相互作用而产生的。 2. X射线产生条件： 1）产生并发射自由电子（加热W灯丝发射热电子）； 2）在真空中迫使电子作定向的高速运动（加速电子）； 3）在电子运动路经上设障碍，使其突然减速或停止（靶） 据此，就可理解X射线发生器的构造原理了。
2. 威廉· 康拉德· 伦琴（Wilhelm Konrad RÖntgen ）摄于1896年
4
1845年3月27日生于德国莱茵州雷 内普 （Lennep）镇。 1869年获苏黎世大学理学博士学位 1870年回德国维尔茨堡大学工作。 1894年任维尔茨堡大学校长。 1895年11月8日发现了X射线。 1900年任慕尼黑大学物理研究所教 授，主任。 1901年，获首届诺贝尔物理学奖。 1923年2月10日，在慕尼黑去世。
X射线波动性的表现（2）
17
4. 电场矢量E 随传播时间或传播距离变化呈周期性波动， 波振幅为 A（或E0）。 一束沿 y 轴方向传播的波长为λ的X射线波方程为：
射线检测三级培训教材 第1章 射线检测的物理基础01(03～22)P20 T
第1章 射线检测的物理基础1.1 原子结构1.1.1 原子结构的行星模型自然界的物质都是由不同的分子组成的，分子由原子组成。
原子是一种非常小的物质粒子，直径大约是10-10m 。
直到19世纪末，人们一直认为原子是组成物质的最小微粒，它是不能再分割的。
19世纪末20世纪初物理学的许多新发现，揭示了原子是可以分割的，并且，原子具有自己的结构。
原子由质子、中子和电子组成。
质子是一种物质微粒，其质量为1.6726×10-27kg ，带有一个单位的正电荷，电量为1.6021892×10-19C （这个电量常简记为e ）。
中子也是一种物质微粒，其质量为1.6748×10-27kg ，不带电荷。
电子是一种更小的物质微粒，其质量为9.1095×10-31kg ，仅为质子质量的1/1836，其带有一个单位的负电荷。
关于原子结构，曾提出过多种不同的模型。
20世纪初物理学家汤姆孙提出了一种“葡萄干面包”球体模型。
这种模型认为，原子是一个均匀的阳电球体，电子均匀地嵌在球体中，按一定频率围绕各自的平衡位置振动。
由于与实验结果不符合，很快被抛弃。
1911年，物理学家卢瑟福根据α 粒子散射实验，提出了原子的核式结构模型。
他设想，原子中的带正电部分集中在很小的中心体内，即原子核，并占有原子的绝大部分质量，原子核外边散布着带负电的电子。
这个模型很快被广泛接受。
但是，核外电子的分布情况并不清楚。
1913年，物理学家玻尔在原子核式结构模型的基础上，提出了后人称为卢瑟福-玻尔原子模型的原子结构模型，即原子结构的行星模型。
原子结构的行星模型认为，原子由带正电荷Z e 的原子核和Z 个核外电子组成，Z 为原子序数。
原子核位于原子的中心，电子围绕原子核运动。
但电子绕核运动的轨道不是任意的，也不能连续变化。
电子只能沿一些分立的满足一定条件的轨道运动，这些轨道称为量子轨道。
关于原子结构玻尔提出了两条假设：一是原子只能存在于一些具有一定分立能量E 1、E 2、E 3、…的稳定状态上。
第一章 射线检测物理基础
10-8/10-13 = 100000 倍
（3）电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。 （4）构成：原子核（质子 + 中子）+电子 数量关系：原子量 = 质子数 + 中子数 A = Z + N 例：钴60 60 = 27 + 33 质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数 （5）核素 ：凡是具有一定质子数、中子数并处于特 定能量状态的原子或原子核称为核素。 （6）同位素：同一种元素的原子具有相同的核电荷数， 即核内质子数相同，中子数可以不同（中子不带电）。
• • • 力的作用。 核力是短程力，只在相邻原子核之间发生作用 核力比库仑力约大100 倍，是一种强相互作用力 核力能促成粒子的成对结合和对对结合
•
核的稳定性取决于质子与中子数量的组合 对于小质量数的核，N/Z=1 对于大质量数的核，N/Z=1.6 不稳定核素 放射性衰变
4 α衰变 * 放射性原子核释放出α粒子的过程称为α衰变。 * α衰变后，原子核内核子数的变化： α粒子是氦的原子核（He) 核内：2个质子，2个中子 一次α衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原子 量减少4。 * α粒子所形成的α射线是一种电离辐射。
2、 连续X射线谱及最短波长：
1.管电流变；2.管电压变；3.滤波的影响； 4.Z的影响 影响强度的因素 U、Z、i
3 、连续X射线的效率（转换效率）： 连续X射线强度 KZiU2 * 计算公式 η=-------------------- =KUZ * 电功率 iU * K值：K= 1.1～1.4×10-9 /v； K= 1.1--1.4×10-6 /Kv * 影响转换效率的因素 K、 U、 Z * 例：Z=74；U=200；求η η=1.4×10-6 ×74×200=2%
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（2）原子从一个能量为En的稳定状态过度到能量为Em的稳定状态 时，它发射（或吸收）单色的辐射，其频率υ决定于下列关系式 （称为玻尔频率条件）：
hυ（光量子能量）=En-Em
En、Em分别为较高、较低
能级的能量值。稳定状态的改变（或能量的改变）是不连续的
4 玻尔理论中的几个概念：
图11
* 基态：原子处于最低能量的状态称为基态，是稳定状态；
射线检测的物理基 础(ppt)
（优选）射线检测的物理基础
第一节 原子与原子结构
一 原子
1 原子的概念:
* 定义：组成单质和化合物分子的最小微粒，是元素的具体体 现,是体现元素性质的最小微粒,由原子核和核外电子构成。 2 原子的构成：图11 动画演示 * 原子是由原子核和核外电子所构成。 * 电子围绕原子核作行星运动；电子在一定轨道上饶核运动。 * 原子是有质量、有尺寸的一种粒子。
带的正电荷数。
图12
2 同位素
* 质子数相同而质量数不同的元素称为同位素。
如：1H，2H，3H
图12
3 元素周期律 * 1869门捷列夫发现元素周期律 * 自然定律: 玻尔理论对元素周期律的科学解释 元素周期律揭示了：元素的性质是随着元素原子序数的增
加而呈现出周期性的变化，这一变化的原因是它们的原子结构随 着原子序数的增加而呈现周期变化的规律。 四 放射性衰变 1 原子核的重要性质----放射性 * 核的稳定性概念 * 处于基态的稳定性原子核.… *处于激发态的原子核是不稳定的。总是通过衰变释放能量，变成 另一种核素回归到基态。 * 衰变的定义：在无外界作用下，不稳定原子核自发释放出中 子和质子，转变为另一种元素的原子核，这种现象称为衰变。 * 自然衰变与人工衰变
成对结合： 质子 + 中子 对对结合： 一对质子 +一对中子
三 元素及元素周期律
1 元素的概念
（1）定义：具有相同核电荷的一类原子称为元素。
例如：所有一个核电荷数的原子称为 氢元素， 所有八个 核电荷数的原子称为氧元素...
（2）元素符号: 表示某种元素的一个符号
A：原子量（原子质量数）。
Z：原子序数：原子在元素周期表中的排列序号。原子核所
X 射线
射线
中子射线
不带电离子 电中性 贯穿物质的本领较强 广泛用于无损检测
辐射 电 粒磁 子辐 辐 :X射 射 射线 ： 线 射 、 、 射线 线、质子射射 线线 、中子
2 α衰变 * 放射性原子核释放出α粒子的过程称为α衰变，放出带2个正电荷的氦核。 * α衰变后，原子核内核子数的变化： α粒子是氦的原子核（He) 核内：2个质子，2个中子 一次α衰变：质子数减少二个，中子数减少二个，原 子量减少4。图13 * α粒子所形成的α射线是一种电离辐射。α 射线穿透能力很小，在空气中也只能
* 20世纪初二种不同的原子结构模型
1903年：汤姆森假设：核子与电子在原子内均匀分布 #
1911年：卢瑟福模型：行星分布
图11
* α散射实验否定了汤姆森假设肯定了卢瑟福模型
* 卢瑟福模型不完善，1913年玻尔提出了完善的原子结构模型 ---玻尔模型. 玻尔理论（玻尔模型）的要点：
（1）原子只能存在一些不连续的稳定状态，这些稳定状态各有一 定的能量E1、E2、E3.....En。处于稳定状态中运动的电子虽然 有加速度，但不发生能量辐射。能量的改变，是由于吸收或 放射辐射的结果或由于碰撞的结果。
（1）质量：几乎集中在原子核内，核的密度非常大！ 如果：把核集中在 1cm3 的体积内，那么：这1cm3 的体积内核 的总重量为 108 吨！ （一万万吨！）
（2）大小：原子半径 10-8 cm 数量级。 原子核半径 10- 13cm 数 量级。如果：核的半径为 1cm
核（1cm）
电子
*——————————*（约1000米）
6 核的稳定性 * 核的稳定性取决于质子与中子数量的组合 质子与中子数量： 2、8、20、28、50、82、126 最稳定。
7 核内的几种作用力
* 库仑力：库仑力是静电力，是电荷间的作用力 * 核力 ：存在于质子和中子间，是核稳定性的重要因素
核力的性质： （1）核力与电荷无关； （2）核力是短程力； （3）核力比库仑力约大100倍，是强相互作用力； （4）核力促成粒子的二种结合形式
图13
* 均匀分布
* 不同数量的质子和不同数量的中子构成不同性质（元素） 的原子核
* 原子的原子量A代表该原子的原子核的质子和中子的总和: A=Z+ N
3 原子核的电荷 正电荷=原子序数 Z
4 原子核的半径 10-13----10-12 cm
5 原子核的质量 原子核的质量 >>电子的质量;
原子的质量 原子核的质量
* 稳定同位素与不稳定同位素 * 放射性同位素与人工放射性同位素.
射线和辐射
射线:由各种放射 性核素发射出的
非电离辐射
微波辐射
红外线辐射
、具有特定能量 的粒子或光子束
辐射
直接电离辐射
阴极射线
射线
带电离子
流。
质子射线
贯穿物质的本领较差
辐射：射线由射 线源向外发射的 过程。
间接电离辐射
* 跃迁：电子从一个轨道向另一个轨道的运动，称为跃迁（包括 从低到高；或从高到低的运动）；
* 能级：用平行线表示核外电子所处的能量级别称为能级，外壳 层能级最高，但外壳层上的电子结合能最低。
二
原子核
1 原子核的结构
* 精确的结构模型自今尚未建立
* 多种模型并存的状态：壳层模型，液滴模型...、
2 原子核的构成
10-8 / 10-13 = 100000 倍
（3）电荷：原子核带正电；电子带负电；原子为中性。
（4）构成：原子核（质子 + 中子）+电子
数量关系：原子量 = 质子数 + 中子数
A= Z + N
例：60钴 60 = 27 + 33
质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数
原子结构理论
.
3 原子结构理论
* 激发态：电子获得能量从低能级轨道进入高能级轨道，该过程 称为激发；此时原子处于高能量状态，称为激发态， 激发态是 不稳定的状态；
* 原子的状态特性：任何不稳定状态的原子必将自动的回到稳定 状态即回到基态；该过程将释放出原子高于基态的能量，即产生 辐射。释放能量的过程可以一次回到基态，也可以逐次回到基态；