射线检测原理课件

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5-1-1 射线的本质
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，具有相同的传播 速度，但频率与波长不同。
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射线的波长短、频率高，具有许多与可见光 不同的性质：
A 不可见，依直线传播
B 不带电荷，因此不受电场和磁场影响
C 能透过可见光不能透过的物质
钴60的获得，是将同位素钴59，在原子反应堆 里的中子流冲击下，激发形成不稳定的同位素即
钴60，释放γ射线以及少量α射线和β射线。
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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。
各种放射性同位素都有自己特定衰变速度，称
为衰变常数(λ)，它表示单位时间内衰变核的数
D 与可见光同样有反射、干涉、绕射、折射等 现象，但这些现象又与可见光有区别，如x射线 只有漫反射，不能产生如镜面反射。
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E 使物质产生光电子及返跳电子、以及引起散 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 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
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，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，部分 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X射线。
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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，射线管需抽成10-4～10-5Pa真空。电 子流动能的绝大部分(>97%)转化为热能，因此 阳极材料一般应选用耐高温材料并通以介质加冷 却。动能中仅一小部分(～3%)转变为X射线。
3 射线检测
3-1 射线检测原理
射线透过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷 部位对射线上的吸收能力不同
射线源
工件
缺陷
缺陷影象 底片
暗合 增感屏 胶片
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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。
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。
过工件前的强度，μ-材料线衰减系数，A-透过
层材料厚度。
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射线透过有缺陷部位强度(缺陷假设为气孔)
J2 J0e(Ax)
式中 x-缺陷在射线方向的厚度
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两者强度比为
J1 J2 ex
可见缺陷沿射线透照方向长度x越大或被透物质
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，胶片上缺陷与基体的黑 度差越大，缺陷越容易被发现。
E0IZU2
式中 η0-常数(×10-9)，I-管电流(A)，Z-阳极靶
原子序数(钨Z=74)，U-管电压(V)。
X射线管的转换效率为
E IU
0ZU
其它转变为热能
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当U=100kV时 η=0.7%
200kV 1.5%
300kV 2.2%
400kV
3%
1 MV
7%
5MV 37%
由此可见，提高管电来自百度文库可显著提高转换效率
射线源
工件
缺陷
缺陷影象 底片
暗合 增感屏 胶片
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目前，广泛采用射线照相法，利用感光胶片来 检测射线强度，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。
射线源
工件
缺陷
暗合 增感屏 胶片
缺陷影象 底片
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射线透过无缺陷部位强度
J1 J0eA
式中 J1-射线透过厚度为A后的强度，J0-射线透
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• 灯丝的外加电流越大，产生的电子数量越大， 射线强度越高；
• 射线能量是管电压的函数，所施电压越高，则 辐射的能量越高。射线能量是其唯一的特征量， 射线能量与波长及穿透能力直接相关。能量越 高，波长越短，穿透能力越强。
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X射线管单位时间内所发出的连续X射线的全 部能量的近似公式为
一般并不直接用α射线和β射线进行检测，
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
电磁波，而是粒子辐射。
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(3) 中子射线
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。
中子与X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。
量与尚未衰变核的数量之比
NN0et
式中 N-物质在t时尚未衰变的原子数，N0-原有物
质原子数，e-自然对数底，λ-物质衰变常数。
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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)，而X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，与两极之间 电压(管电压)有关。管电压愈高，所产生X射线 的穿透能力愈大，波长愈短。
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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、 则除原来各波长相应增加辐射强度外，还出现了 更短波长的X射线。
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3-3-2 射线的种类
1) X射线与γ射线
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。
γ射线是放射性物质自发产生的，如钴、铀、 镭等，两者产生的机理不同，但都是电磁波。
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(2) α射线与β射线
放射性同位素产生α衰变和β衰变，放射α射 线和β射线，α射线贯穿能力弱，但有很强的电 离作用。β射线虽然穿透力强，但能量很小。
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(2) γ射线的获得
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，向基级转变同时释 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，是由核反应制成 的人工放射源，应用较广的γ射线源有钴60、铱 192、铯137、铥170等。
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铯137因其放射性比活度低，又易造成环境污 染，能量单一、不宜检测厚薄不均匀工件等原因 而日趋淘汰。
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。
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3-1-5 射线的获得
(1) X射线的获得
X射线是由一种特制的X射线管产生的，由阴 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，阳极靶是由耐高 温的钨制成。
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