射线探伤的物理基础

t
N0：t＝0时初始原子核总数
N：t时刻时的未衰变的原子核个数
λ ：衰变常数反映的是物质的一种属性，即λ 越大，其越不稳 定，反映其衰变快慢程度。
§1-2
射线的产生及特点 射线的种类和性质－
①指数衰变规律
射线随时间的延续而衰减。
②半衰期：放射性元素原子核数衰变掉原来原子核数的一半 时，所需的时间叫半衰期。
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
3、标识X射线谱： 即标识靶材料的谱线 在特定波长位置上出现强度很大的线状谱线，它的波长 只依赖于阳极靶面的材料，而与管电压、管电流无关。由于 其强度只占极少部分，能量也低，所以在工业探伤中不起作 用，只用在材料的光谱分析及X射线衍射中应用。
§1-2
（2）核力是短程力； （3）核力 100倍库仑力，是强相互作用力； （4）核力促成核子的二种结合形式（成对结合及对对结合） 成对结合： 质子 + 中子 对对结合： 一对质子 +一对中子
§1-1
原子与原子结构 －原子核与核外电子运动规律
能级：
是指电子绕核沿着园形轨道运行，各条轨道有不同的能量状态。
元素的概念
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。 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 核所带的正电荷数。 同位素
定义：质子数相同而质量数不同的元素称为同位素。 如：1H，2H，3H
S
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
2、连续X射线:
连续X射线是高速运动的电子和原子核核外库仑场的作用过程 中发射出来的。
(1)X射线的性质： X射线是一种电磁波，具有电磁波的波粒二相性 即：{
C 波的性质:波长与频率的关系：λ=—— υ 粒子的性质：粒子的能量 hυ λ：波长
υ：频率
27
C0
60 27
Ni 60 + 28

平均1.25 MeV
β=0.31MeV =1.17 MeV
=1.133MeV
Ni 60 稳定态 28
射线的波长是固定的，即1.17和1.33 MeV，平均则为
1.25 MeV，所以称线谱（线状谱线）。
§1-2
C0
射线的产生及特点 射线的种类和性质－
D 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 即：质子数Z=核的正电荷数=电子数=原子序数
§1-1
原子与原子结构 －原子核与核外电子运动规律
原子核的结构
－－精确的结构模型至今尚未建立
－－多种模型并存的状态
T 1 = ln 2 0.693 2
§1-3
－概述 射线与物质的相互作用

高速运动的X射线光子流在穿越物质时要发生一系列复杂的物 理过程，射线强度要减弱。 主要分为： －－ 射线的散射：射线发生了偏移 －－ 射线的被吸收：射线被物质吸收而转化为其它形式的能量 实践证明：射线穿越物质后的强度衰减也与射线的衰变一样 ，遵循一定的统计规律。 即它正比于射线本身的强度I0和穿过物质的厚度d，对于单 色窄束射线的衰减规律是： Δ I= I0-I=μ .I0.Δ d (-Δ I= I-I0=μ .I0.Δ d) I= I0.e-μ .d (∫dI=∫-μ I0.Δ d)
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
由实验得出：
相 对 强 度
(3) 连续X射线总强度：
I总 K.i.z.V
10mA 波长
2
（Ｋi）
K比例常数：1.1～1.4×10-6
i：管电流 Z：阳极靶原子序数 W=74
5mA λmin 不同管电流 50kv 40kv 30kv 20kv 不同管电压
h：布郎克常数
在极端情况下，电子的能量全部转变为X射线光电子能 量h，而大部分电子是经过多次制动，逐步丧失动能的。这就 是使转换过程中发出的电磁辐射具有各种波长。因此X射线 的波谱是连续分布的，称为连续谱。
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
min计算
(2) 最短波长λ
1 c 2 E hv mV eV h. 2
§1-2
射线的产生及特点 射线的种类和性质－
4、 射线的衰变规律和半衰期
放射性元素的衰变遵循一定的统计规律 Δ N = -λ .N.Δ t (λ :放射性元素的衰变常数) 在时间Δ t内发生衰变的原子核数Δ N与原来原子核的总数N成 -λ .N.Δ t 对 dN N .dN 积分 N = N0 e-λ
超声波
无线电波
红外线
可 见 光
紫外线
X射线

宇宙射线
射线
波长
§1-2
射线的种类和性质－X射线和
射线的性质
X、 射线性质
射线都是电磁波，其波长比可见光、天线电波短； －－X、

－－ －－ －－ －－ －－
在真空中以光速直线传播； X、 射线本身不带电性，故不受电场、磁场影响； 有反射、折射、干涉等现象与可见光一样； 不可见、能够穿透物质，能使胶片感光，使某些物质产生荧光现象； 在穿透物质过程中与物质发生复杂的物理化学作用（即发生三大效应） ；如电离、荧光、热作用、光化学作用等 －－ 具有辐射生物效应，杀伤生物细胞，破坏生物组织。
§1-1
原子与原子结构 －元素与原子
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，由原子核和 核外电子构成。 (2) 原子的构成： * 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；电子在一定轨道上绕核 运动。 * 原子是有质量、有尺寸的一种粒子。
§1-1
§1-2
射线的种类和性质－X射线和
射线的性质
按物理、化学作用可分为：
－－物理特性： ①穿透作用
②荧光作用—探伤、医用 ③电离作用 ④热作用——监测剂量 ⑤反射、折射、干涉现象——分析晶体结构
－－化学特性：①感光作用—对工业、医用胶片
②着色作用
－－生物特性： 生物损伤—需要防护
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
原子核的构成
－－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
原子核的电荷
－－正电荷=原子序数 Z
§1-1
原子与原子结构 －原子核与核外电子运动规律
原子核的半径： 10-13----10-12 cm
V：管电压（千伏）
相 对 强 度
波长
W74
∴原子序数越大则总强 度越大，选择钨等原子 序数大的材料。
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
结论： 从两个公式中可以看出改变管电流能改变总的强度，而改 变管电压则最短波长向左移动，平均波长（或最高强度的波长 ）向左移动。因此，管电压越高，平均波长越短，则穿透力越 强，线质越硬，总的强度与以上三种成正比变化。
主讲人：余劲松 单 位：新疆电力建设有限公司 职 务：副总工程师、教授级高工、 RT高级
内容安排
一、原子与原子结构 二、射线的种类和性质 三、射线与物质的相互作用 四、射线衰减规律
五、射线照相法的原理与特点
§1-1
原子与原子结构
-元素与原子
-原子核与核外电子运动规律
§1-1
原子与原子结构 －元素与原子
跃迁 ：
是指原子从外界吸收一定能量时，电子从低能级跳到较高能级的过程。
§1-2
射线的种类和性质
X射线和 射线的性质
X射线的产生及特点 射线的产生及特点
§1-2
射线的种类和性质－X射线和
射线的性质
基本概念 X射线和 射线与无线电波、红外线、可见光、紫外线等都 是电磁波，区别只是波长不同，产生方法不同。
1、X射线产生的条件和原理： X射线是由X射线发生器产生的，X射线发生器由三部分组 成：（即产生的必要条件） ① 发射电子——灯丝（阴极） ② 加速电子的装置——高压发生器 ③ 受电子轰击的阳极靶——阳极 经典电动力学指出，带电粒子在加速或减速时必然 伴随着电磁辐射，当带电粒子与原子相碰撞（与原子 核的库仑场相互作用）发生骤然减速时，由此伴随产 生的辐射称为韧致辐射。
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
K i .i.Z .V IT V .i i.V
2
(4) X射线效率：
IT：连续X射线总强度
K i .Z .V
V：管电压
i： 管电流
结论： X射线的效率与管电压和靶材料原子序数成正比。管电压的高 压波形越接近于恒压，X射线产生的效率越高，当V=100KV 时， η =1%而4MeV时X射线的η =36%
§1-2
射线的种类和性质－X射线的产生及特点
10-6-10-7mmHg 钨（等）
阳极 阴极
聚焦罩
+
—
玻璃（陶瓷）
密封保持一定的真空度
过程：灯丝加热后放出电子，在灯丝与靶之间加几十～几百千伏电压后，电 子以很高速度撞击靶面，失去所具有的动能，电子的能量绝大多部分 转化为热能，极少部分以X射线形式辐射出来。因为带电粒子在加速减 速时，必然伴随着电磁辐射的发生。
:衰减系数或线衰减系数,线吸收系数. 线衰减系数μ :在射线方向上单位长度的单位衰减. ※线衰减系数μ 是由射线本身的能量及穿越物质本身的性质决定的

§1-3