RT射线检测三级 射线检测原理讲课提纲(Ⅲ级)

射线检测原理

屠耀元

华东理工大学无损检测教研室

1997.10---2009.8

第一节原子与原子结构

* 学习原子和原子核结构理论了解射线产生的机理

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，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；电子在一定轨道上饶核运动。

* 原子是有质量、有尺寸的一种粒子。

（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） / 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

3 原子结构理论---玻尔理论（玻尔模型）

* 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，由于吸收或放射辐射的结果或由于碰撞的结果。

（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=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：

* 基态：原子处于最低能量的状态称为基态，是稳定状态；

* 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；

* 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。

图11 #

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 原子核的构成图1

3 * 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#

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

* 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≈ 100x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：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

* 原子核的重要性质----放射性

1 核的稳定性概念

* 处于基态的稳定性原子核.…

* 处于激发态的不稳定原子核.... 衰变.…

* 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.…

* 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.…

2 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。图13

* α粒子所形成的α射线是一种电离辐射。

3 β衰变

* 放射性原子核释放出β粒子的过程称为β衰变。#

* β衰变后，原子核内核子数的变化：

β粒子是电子, 一次β衰变：质子数增加一个，原子量不变。图13

4 γ衰变(辐射) * 放射性原子核释放出γ光子的过程称为γ衰变(辐射)。

* γ衰变通常是在α衰变和β衰变过程中发生的。

* γ射线的释放不影响原子核的核子数，仅减少原子核的能量。

* 并非每一个α衰变和β衰变都释放γ光子。

5 人工放射性

* 用高能粒子轰击稳定原子核，使其变成不稳定的具有放射性的原子核，这些原子核具有人工放射性。

* 钴60的典型衰变图25 #

第二节射线的种类和性质

* 了解射线的各种性质及应用

一、 X射线和γ射线的本质与性质

1 本质：电磁波

* X射线、γ射线、可见光、无线电波、红外线都是电磁波

* X射线和γ射线是波长较短的电磁波

无线电波红外线可见光紫外线 X射线宇宙射线

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γ射线