射线的衰减规律

X射线在物质中的衰减

X线的衰减规律

⏹X线强度的衰减，包括距离与物质所致的衰减。

⏹*距离引起衰减：从X线管焦点发出的X线向空间各个方向辐射，在以焦点为中心而半径不同的球面上的X线强度与距离(即半径)的平方成反比，叫X线强度衰减的平方反比法则。

物质引起衰减：X线通过物质时，由于X

线光子与构成物质的原子发生相互作

用而产生光电效应、康普顿效应和电

子对效应等，在此过程中由于散射和

吸收使X线强度衰减。性质和厚度有关，而且还取决于辐射自身的性质。

The main contents ⏹

一、单能窄束X线的衰减规律

⏹(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹X线通过一定厚度的物质层时，有些光子与物质发生了相互作用，有些则没有。

⏹光电效应和电子对效应，则光子被物质吸收。

⏹康普顿效应，则光子被散射，散射光子也可能穿过物质层。

⏹穿过物质层的X线光子:

a.原射线束中的光子，能量和方向均未变化,即高能成分

b.散射光子，能量和方向都发生改变。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹单能辐射：由相同能量的光子组成的辐

射。

⏹窄束X线：是指不包括散射成分的射线束，

通过物质层后的X线光子，仅由未经相互

作用或称为未经碰撞的原射线光子所组

成。

⏹“窄束”是指物理意义上的“窄束”。

即使射线束有一定宽度，只要其中没有

散射光子，就可称之为"窄束"。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

K

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹

当吸收体不存在时，K点辐射强度为I 0⏹

在辐射源和探测器之间放置厚度为△X的很薄一层物质，由于吸收和散射K点的辐射强度变为I。⏹

强度改变I－I 0＝－△I，－表示强度的衰减。⏹

用不同的吸收体、不同能量的射线进行测量时：－△I＝μI 0 △X (2-33)⏹辐射在穿过薄吸收层时，辐射强度的衰减与物质层的厚度及辐射的I 0成正比，同时与线性衰减系数μ的数值有关；μ随辐射束中光子能量的增加而减小。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹(2-33)⏹μ表示X线穿过单位厚度的物质层时强度减少的百分数值。其SI单位m-1。

⏹μ近似正比于吸收物质的密度，随材料的物理状态变化。

⏹为避开同吸收物质密度的相关性便于使用，通常采用质量衰减系数μ/ρ。

(一)窄束X线及其指数衰减规律⏹

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹μm优点：不受吸收物质的密度和物理状态的影响。如水、冰和水蒸汽，虽然它们的密度和物理状态不同，但它们的μm都一样，质量厚度“lkg·m-2”的水、冰和水汽对X线都有同等量的衰减。

⏹μm＝Kλ3Z4(2-37)

⏹λ愈短，X线衰减愈少，穿透本领愈强；Z愈高，X线衰减愈大。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹*单能窄束X线的指数衰减规律：

⏹I＝I0e-μx(2-38)⏹I0、I分别为X线入射到物体表面时的强

度和到达厚度为x处的强度；x为吸收物质厚度，单位为m 。

⏹还可表示成：

x m(2-39)⏹I＝I0e-μm

⏹x m＝△Xρ为质量厚度，单位为kg·m-2。

⏹上两式只适用于单能窄束辐射。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹(a)不论吸收体多厚辐射强度不能降低为0。

⏹(b) 直线的斜率就是线性衰减系数值。

(一)窄束X线及其指数衰减规律

(一)窄束X线及其指数衰减规律

⏹图2-31装置的线束中。设有1000个单能光子入射，通过第一个1cm厚的水层后，光子数减少20％，变为800个；再通过第二个1cm厚的水层，又衰减了剩余光子的20％，成为640个，依此类推。

⏹单能窄束X线在通过物质时只有光子个数的减少，无光子能量的变化。指数衰减规律就是射线强度在物质层中都以相同的比率衰减。

(二)质量衰减、质能转移及质能吸收系数

⏹▲1．质量衰减系数X线在物质中可发生各种

相互作用，相互作用的光子数可用发生相互作

用的几率来表示。

⏹线性衰减系数μ是入射光子在物质中穿行单位

距离时，平均发生总的相互作用的几率。

⏹μ=τ+σc+σcoh+k(2-40)

⏹τ为光电线性衰减系数；σc为康普顿线性衰

减系数；σcoh为相干散射线性衰减系数；k为

电子对效应线性衰减系数。

⏹相干散射：X线光子具有波粒二相性，既是粒子也是

*1

．

数

(二)质量衰减、质能转移及质能吸收系数

2．质能转移系数

⏹在X线与物质的三个主要作用过程中，X

线光子能量都有一部分转化为电子(光电

子、反冲电子及正负电子对)的动能，另

一部分则被-些次级光子(特征X线、康普

顿散射及湮灭辐射)带走，总的衰减系数

可表示为两部分的和，即：

⏹μ=μtr+μp(2-42)

⏹μtr X线光子能量的电子转移部分；

⏹μp X线光子能量的辐射转移部分。

(二)质量衰减、质能转移及质能吸收系数

2．质能转移系数

⏹物质中吸收的就是电子转移部分能量。

⏹X线能量的电子转移部分：

⏹μtr=τa+σa+k a(2-43)

⏹μtr为线性能量转移系数，表示X线光子在物

质中穿行单位长度距离时，由于各种相互作用，

能量转移给电子的份额。μtr的SI单位是m-1。

⏹τa、σa、k a分别为光电效应、康普顿效应

和电子对效应过程中光子能量转移为电子能量

的线能量转移系数。