第一章 射線檢測物理基礎(chǔ)

1、編輯課件第一章 射線檢測的物理基礎(chǔ)編輯課件本章重點(diǎn)講述四個(gè)問題本章重點(diǎn)講述四個(gè)問題: : 1. 1. 射線的性質(zhì)、本質(zhì)和射線的性質(zhì)、本質(zhì)和X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 2. 2. 射線譜射線譜- -連續(xù)譜、特征譜、線狀譜連續(xù)譜、特征譜、線狀譜 3. 3. 射線與物質(zhì)的相互作用射線與物質(zhì)的相互作用 4. 4. 射線照相原理、特點(diǎn)射線照相原理、特點(diǎn)編輯課件 第一節(jié) 原子和原子核結(jié)構(gòu)元素與原子（了解）1 元素構(gòu)成物質(zhì)，每一種元素用元素符號表示（119種） C CO Fe2 原子的概念:定義：體現(xiàn)元素性質(zhì)的最小微粒。 組成單質(zhì)和化合物分子的最小微粒。 由原子核和核外電子構(gòu)成。編輯課件2 原子的構(gòu)成: *

2、 原子是由原子核和核外電子所構(gòu)成。電子圍繞原子核作行星運(yùn)動；電子在一定軌道上繞核運(yùn)動。 鐵原子 銫原子編輯課件（1）質(zhì)量：幾乎集中在原子核內(nèi)，核的密度非常大！如果：把核集中在 1cm3 的體積內(nèi)，那么：這1cm3 的體積內(nèi)核的總重量為 108 噸！ （一萬萬噸?。┫鄬υ淤|(zhì)量=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)+電子數(shù)（電子質(zhì)量小，忽略）（2）大?。涸影霃?10-8 cm 數(shù)量級。 原子核半徑10-13cm 數(shù)量級。如果：核的半徑為 1cm核（1cm） 電子 * -*（約1000米） 10-8/10-13 = 100000 倍原子是有質(zhì)量、有尺寸的一種粒子。 原子質(zhì)量微小 相對原子質(zhì)量 編輯課件（3）電荷：原子

3、核帶正電；電子帶負(fù)電；原子為中性。（4）構(gòu)成：原子核（質(zhì)子 + 中子）+電子 數(shù)量關(guān)系：原子量 = 質(zhì)子數(shù) + 中子數(shù) A = Z + N 例：鈷60 60 = 27 + 33質(zhì)子數(shù)Z=核的正電荷數(shù)=電子數(shù)=原子序數(shù) （5）核素 ：凡是具有一定質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)并處于特定能量狀態(tài)的原子或原子核稱為核素。（6）同位素：同一種元素的原子具有相同的核電荷數(shù)，即核內(nèi)質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)可以不同（中子不帶電）。編輯課件 穩(wěn)定核素 不穩(wěn)定 自發(fā)放出、或射線變?yōu)榱硪环N元素 放射性核素獲得： Z83 用高能粒子轟擊穩(wěn)定核素的核質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同（核電荷數(shù)相同而相對原子質(zhì)量不同）的各種原子互為同位素。 pie 氕

4、 dao 氘 chuan 氚H11H21H31編輯課件1913年玻爾提出了完善的原子結(jié)構(gòu)模型 -玻爾模型.3 原子結(jié)構(gòu)理論-玻爾理論（玻爾模型）* 20世紀(jì)初二種不同的原子結(jié)構(gòu)模型 1903年：湯姆森假設(shè)：核子與電子在原子內(nèi)均勻分布 盧瑟福粒子散射試驗(yàn)1911年：盧瑟福模型：行星分布 古典電磁理論 原子的線狀光譜 編輯課件 玻爾理論（玻爾模型）的要點(diǎn)：（1）原子中的電子沿著圓形軌道繞核運(yùn)行，各軌道有不同的能量狀態(tài)，叫做能級，各能級的能值都是確定的。正常情況下電子在能級最低的軌道上運(yùn)行，這時(shí)的原子狀態(tài)稱作基態(tài)。（2）原子從外界吸收一定能量時(shí)，電子就由最低能級跳到較高能級，這一過程稱作躍遷，這時(shí)的

5、原子狀態(tài)稱作激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，電子將再次躍遷回較低能級： h=En-Em En、Em分別為較高、較低能級的能量值。穩(wěn)定狀態(tài)的改變（或能量的改變）是不連續(xù)的。編輯課件編輯課件4 玻爾理論中的幾個(gè)概念：* 基態(tài)：原子處于最低能量的狀態(tài)稱為基態(tài)，是穩(wěn)定狀態(tài)；* 激發(fā)態(tài)：電子獲得能量從低能級軌道進(jìn)入高能級軌道，該過程 稱為激發(fā)；此時(shí)原子處于高能量狀態(tài)，稱為激發(fā)態(tài)， 激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定的狀態(tài)；* 原子的狀態(tài)特性：任何不穩(wěn)定狀態(tài)的原子必將自動的回到穩(wěn)定狀態(tài)即回到基態(tài)；該過程將釋放出原子高于基態(tài)的能量，即產(chǎn)生輻射。釋放能量的過程可以一次回到基態(tài)，也可以逐次回到基態(tài)；* 躍遷：電子從一個(gè)軌道向另一個(gè)

6、軌道的運(yùn)動，稱為躍遷（包括從低到高；或從高到低的運(yùn)動）；* 能級：用平行線表示核外電子所處的能量級別稱為能級，外殼層能級最高，但外殼層上的電子結(jié)合能最低。編輯課件 1901年- W.K Rontgen (倫琴)德國-發(fā)現(xiàn)X射線 （物理） 東尼1903年：安亨利貝克勒爾（法國）發(fā)現(xiàn)天然放射性；皮埃爾居里（法國）、瑪麗居里（波蘭裔法國人）發(fā)現(xiàn)并研究放射性元素釙和鐳 1904年：瑞利（英國）氣體密度的研究和發(fā)現(xiàn)氬 1906年：約瑟夫湯姆生（英國）對氣體放電理論和實(shí)驗(yàn)研究作出重要貢獻(xiàn)并發(fā)現(xiàn)電子 1908年E.盧瑟福（英國人）首先提出放射性元素的蛻變理論 1911年M.居里（法國人）發(fā)現(xiàn)鐳和釙因?qū)射線

7、、放射性物質(zhì)及應(yīng)用作出貢獻(xiàn)而獲諾貝爾獎的科學(xué)家編輯課件1914年- M.V Laue (勞厄)-發(fā)現(xiàn)晶體的X衍射衍射（物理）1915年-WH.WL.Bragg (布拉格) 用X射線分析晶體結(jié)構(gòu)（物理）1917年-C.G Barkla (巴克拉)-發(fā)現(xiàn)X射線對元素的特征發(fā)射（物理）1921年：阿爾伯特愛因斯坦（德國）他對數(shù)學(xué)物理學(xué)的成就，特別是光電效應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)1922年：尼爾斯亨利克大衛(wèi)玻爾（丹麥）關(guān)于原子結(jié)構(gòu)以及原子輻射的研究1924年-M.G Siegbahn (塞格巴恩)-（瑞典）研究X射線光譜學(xué)（物理）1925年：弗蘭克赫茲（德國）發(fā)現(xiàn)原子和電子的碰撞規(guī)律1927年-A.H Compt

8、on (康普頓)-發(fā)現(xiàn)散射X射線的波長變化（物理）1929年：路易維克多德布羅意（法國）發(fā)現(xiàn)電子的波動性1935年：詹姆斯查德威克（英國）發(fā)現(xiàn)中子1936年-P.J.W Debye (德拜)-X射線偶極矩和衍射及氣體中的電子研究（化學(xué)）1946年-H.I Muller (馬勒) -X射線輻照引起變異（生理學(xué)或醫(yī)學(xué)）編輯課件二 原子核（了解）原子核的構(gòu)成 原子核=質(zhì)子+中子 rA1/3 核的密度是相同的2 原子核的質(zhì)量 * 原子核的質(zhì)量組成部分的質(zhì)量和;結(jié)合能把原子核中粒子結(jié)合在一起的吸引力有關(guān)的負(fù)電位能的質(zhì)量當(dāng)量。2mcE編輯課件3 核的穩(wěn)定性 核力 斥力 核 力 核力的性質(zhì):核力與電荷無關(guān)，

9、無論中子還是質(zhì)子 都受到核力的作用。 核力是短程力，只在相鄰原子核之間發(fā)生作用核力比庫侖力約大100 倍，是一種強(qiáng)相互作用力核力能促成粒子的成對結(jié)合和對對結(jié)合編輯課件核的穩(wěn)定性取決于質(zhì)子與中子數(shù)量的組合 對于小質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1 對于大質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1.6 不穩(wěn)定核素 放射性衰變4 衰變 * 放射性原子核釋放出粒子的過程稱為衰變。 * 衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化： 粒子是氦的原子核（He) 核內(nèi)：2個(gè)質(zhì)子，2個(gè)中子 一次衰變：質(zhì)子數(shù)減少二個(gè)，中子數(shù)減少二個(gè)，原子量減少4。* 粒子所形成的射線是一種電離輻射。編輯課件5 衰變 * 放射性原子核釋放出粒子的過程稱為衰變。* 衰變后，原子

10、核內(nèi)核子數(shù)的變化： 粒子是電子, 一次衰變：質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，原子量不變。6 衰變(輻射) * 放射性原子核釋放出光子的過程稱為衰變(輻射)。衰變通常是在衰變和衰變過程中發(fā)生的。并非每一個(gè)衰變和衰變都釋放光子。 射線的釋放不影響原子核的核子數(shù)，僅減少原子核的強(qiáng)度。 編輯課件編輯課件 第二節(jié)第二節(jié) 射線的種類和性質(zhì)射線的種類和性質(zhì)一、 X射線和射線的本質(zhì)與性質(zhì)（理解）1 本質(zhì)： 電磁波* X射線、射線、可見光、無線電波、紅外線都是電磁波* X射線和射線是波長較短的電磁波；區(qū)別在于波長不同以及產(chǎn)生方法不同。編輯課件2 波動關(guān)系：=C/ （波長 A），C（光速），（頻率）3 波長單位： 埃 A=10-

11、8 cm ；納米 nm=10-7 cm. 4 X射線和射線性質(zhì)： （1）不可見，在真空中以光速傳播； （2）不帶電，不受電場和磁場的影響； （3）具有某些光學(xué)特性：反射，折射（折射系數(shù)近似1），干涉和衍射.； （4）具有極大的能量，能穿透物體； （5）能使物質(zhì)電離，能產(chǎn)生熱效應(yīng)和光化作用； （6）能殺傷生物細(xì)胞，破壞生物組織，具有輻射生物效應(yīng)。編輯課件X射線的產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)理：作加速運(yùn)動的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。X射線管內(nèi)高速運(yùn)動的電子與靶原子碰撞時(shí)，與原子核外庫侖場作用，而產(chǎn)生電磁輻射，稱為韌致輻射。 連續(xù)譜連續(xù)譜 最短波長與外加電壓有關(guān)最短波長與外加電壓有關(guān)X X射線譜射線譜 特征譜特征譜 波

12、長位置取決于靶材料波長位置取決于靶材料 編輯課件連續(xù)X射線（白色X射線，多色X射線） 1、軔致輻射：帶電粒子在加速或減速時(shí)必然伴隨著電磁輻射，當(dāng)帶電粒子與原子相碰撞（更確切地說是與原子核的庫倫場相互作用）發(fā)生驟然減速時(shí)，由此伴隨產(chǎn)生的輻射 。 X射線產(chǎn)生的波譜呈連續(xù)分布。連續(xù)譜存在著一個(gè)最短波長min=12.4/V（）,連續(xù)譜中最大強(qiáng)度對應(yīng)波長IM=1.5 min 連續(xù)X射線的總強(qiáng)度IT=KiZiV2i變大 電子數(shù)增多 I變大V變大 電子能量變大 短波成分射線增大 I變大Z越高 核庫侖場越強(qiáng) 軔致輻射作用越強(qiáng) I變大 編輯課件2、 連續(xù)X射線譜及最短波長：1.管電流變；2.管電壓變；3.濾波的

13、影響； 4.Z的影響影響強(qiáng)度的因素 U、Z、i編輯課件3 、連續(xù)X射線的效率（轉(zhuǎn)換效率）： 連續(xù)X射線強(qiáng)度 KZiU2 * 計(jì)算公式 =- =KUZ * 電功率 iU * K值：K= 1.11.410-9 /v； K= 1.1-1.410-6 /Kv* 影響轉(zhuǎn)換效率的因素 K、 U、 Z * 例：Z=74；U=200；求 =1.410-6 74200=2% 編輯課件（5）X射線管采用金屬鎢作靶的原因：射線管采用金屬鎢作靶的原因：X射線管采用金屬鎢作靶的原因：Z=74較大，產(chǎn)生X射線的轉(zhuǎn)換效率高；鎢的熔點(diǎn)高，不易熱損；鎢的飽和蒸氣壓低，能夠使射線管保持高的真空度；鎢具有良好的導(dǎo)熱性。編輯課件三

14、標(biāo)識X射線（特征X射線，線狀X射線，單色X射線）標(biāo)識X射線產(chǎn)生機(jī)理 VVK 標(biāo)識譜 VK 激發(fā)電壓 不同靶材VK各不相同編輯課件能量較大的電子入射到靶材料的原子中，與殼層電子碰撞，擊出內(nèi)電子，使原子處于激發(fā)態(tài)（吸收）；激發(fā)態(tài)原子釋放能量發(fā)射光子（輻射）。即發(fā)射標(biāo)識X射線。產(chǎn)生標(biāo)識X射線的條件：管電壓某一臨界值時(shí)，才能產(chǎn)生標(biāo)識X射線。標(biāo)識X射線強(qiáng)度少，能量低，在工業(yè)射線檢測中不起作用。2 標(biāo)識譜特征1、每一譜線都有特定的波長，電子撞擊的物質(zhì)不同，這些特定波長的值也不同。2、特征譜可以分成若干系，每一系的譜線都有自己特定的結(jié)構(gòu)和激發(fā)電壓，只有電子的加速電壓超過激發(fā)電壓時(shí)，才能產(chǎn)生該系的特征譜線。編

15、輯課件四 連續(xù)X射線與標(biāo)識X射線的區(qū)別 （1） 產(chǎn)生機(jī)理不同. （2） 能量與波譜不同. （3） 強(qiáng)度不同.X射線管產(chǎn)生的X射線包括：連續(xù)X射線和標(biāo)識X射線五 射線（理解）1 產(chǎn)生原理 射線是放射性同位素經(jīng)過或衰變后，在激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過渡的過程中從原子核內(nèi)發(fā)出的。* 放射性同位素產(chǎn)生或衰變之后，若仍處于高能級的激發(fā)狀態(tài)，必定要釋放多余的能量回到低能級的穩(wěn)定狀態(tài)（基態(tài)），這時(shí)發(fā)射射線。編輯課件核內(nèi)能級之間的躍遷與核外電子躍遷相同點(diǎn)：放出光子， h=En-Em 不同點(diǎn)：核外電子躍遷h neV 核內(nèi)能級躍遷h nKeVn10MeV射線能量取決于放射性同位素種類，射線能譜為線狀譜，譜線只出現(xiàn)在特定波長

16、的若干點(diǎn)上。一種放射性同位素放出多種能量射線輻射能量的平均值 同位素的輻射能量放射性同位素輻射能量不會衰減，不隨時(shí)間而改變 nKeV編輯課件2 衰變規(guī)律與半衰期衰變定律：在一定量的放射性元素中，雖然所有的核都有可能發(fā)生衰變，但各個(gè)核并不是同時(shí)衰變的，而是有先有后，在一定的時(shí)間內(nèi)，存在確定的幾率。* 衰變規(guī)律： N=Noe-t式中：No-初始狀態(tài)的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）； N -t 時(shí)間后的放射性原子核數(shù)（或強(qiáng)度）； -衰變常數(shù)。 越大，物質(zhì)衰變的快* 放射性同位素的能量不隨時(shí)間改變。 * 半衰期的定義：放射性同位素原子核數(shù)（或強(qiáng)度）衰變到一半時(shí)所需的時(shí)間稱為該同位素的半衰期。記以T 。編輯課

17、件* 半衰期公式的推導(dǎo)： N 1- = - = e-T No 2二邊取自然對數(shù)，Ln(1/2)=-T - Ln2=0.693所以： 0.693 T= - 例：Co60 T=5.3年=0.693/5.3年=0.130/年* 半衰期的簡便計(jì)算公式 N 1-=(-)t/T （t/T）即有多少個(gè)半衰期 No 2編輯課件3 射線的能量 能量決定穿透力 * 穿透力取決于源的種類和性質(zhì)4 射線的強(qiáng)度 * 單位時(shí)間落到單位面積上的光子數(shù)盧瑟福1898年發(fā)現(xiàn)鈾和鈾的化合物所發(fā)出的射線有兩種不同類型：一種是帶正電的射線，極易吸收的，他稱之為射線；另一種帶負(fù)電的射線，有較強(qiáng)的穿透能力，他稱之為射線。1900年由法國

18、科學(xué)家P.V.維拉德（Paul Ulrich Villard）發(fā)現(xiàn)，將含鐳的氯化鋇通過陰極射線，從照片記錄上看到輻射穿過0.2毫米的鉛箔，拉塞福稱這一貫穿力非常強(qiáng)的輻射為射線，編輯課件5 X射線和射線比較 （理解） * 相同點(diǎn) *（1）都是電磁波，本質(zhì)相同； *（2）都具有反射，折射等光學(xué)性質(zhì)； *（3）都能使膠片感光； *（4）都是電離輻射能對人和生物造成危害； *（5）穿過物體時(shí)具有相同的衰減規(guī)律. 不同點(diǎn) *（1）產(chǎn)生方式不同； *（2）能量不同：X-可控，可調(diào)，取決于管電壓； * -不可控，不可調(diào)，取決于源的性質(zhì)；*（3）強(qiáng)度不同：X-可控，可調(diào)，取決于U，i, Z； * -隨時(shí)間變化

19、； *（4）波譜形式不同。編輯課件 第三節(jié) 射線與物質(zhì)的相互作用射線強(qiáng)度減弱散射吸收射線與物質(zhì)的主要作用形式光電效應(yīng)瑞利散射 康普頓效應(yīng)電子對效應(yīng)編輯課件一 瑞利散射和湯姆森散射 （了解）* 入射光子與原子碰撞,碰撞類型與能量的關(guān)系: 當(dāng)入射光子的能量較小時(shí)光子不能碰出軌道電子只能產(chǎn)生散射現(xiàn)象。* 瑞利散射：光子與內(nèi)層電子作用時(shí)，電子吸收光子能量從低能級躍遷到高能級，同時(shí)釋放出一個(gè)散射光子，其能量與入射光子的能量相同。* 湯姆森散射：光子與自由電子碰撞，使電子作同頻率振動并釋放 出與入射光子能量相同的散射線。外層電子通常認(rèn)為是自由電子。編輯課件 瑞利散射效應(yīng)示意圖瑞利散射效應(yīng)示意圖瑞利散射特點(diǎn)

20、散射過程中束縛電子未脫離原子瑞利散射是相干散射的一種（散射線與入射線波長相同）瑞利散射的概率與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射光子能量有關(guān)Z2 隨能量增大急劇減小編輯課件編輯課件二 光電效應(yīng) （了解） * 入射到物體內(nèi)的光子與原子中的軌道電子發(fā)生碰撞，光子的全部能量傳遞給軌道電子使電子脫離軌道成為光電子，這一現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。* 光電效應(yīng)的特征：1 光子的全部能量被原子吸收； * h = Ee + Ei* 入射光子能量 = 電子動能 + 電子結(jié)合能 * 產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是 hEi 入射光子能量電子結(jié)合能 編輯課件海因里希魯?shù)婪蚝掌潱℉einrich Rudolf Hertz，1857年（丁巳年）2月22

21、日1894年（甲午年）1月1日），德國物理學(xué)家，于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在。并對電磁學(xué)有很大的貢獻(xiàn)，故頻率的國際單位制單位赫茲以他的名字命名。赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)了光電效應(yīng)。愛因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)定律Ek=hv-w Ek是吸收光子而出射的電子的動能 v是光波的頻率 h是普朗克常數(shù) W是被光照射的金屬的逸出功。阿爾伯特愛因斯坦（1879.3.14-1955.4.18）猶太裔物理學(xué)家。他于1879年出生于德國烏爾姆市的一個(gè)猶太人家庭（父母均為猶太人)，1900年畢業(yè)于蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院，入瑞士國籍。1905年，獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，愛因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得192

22、1年諾貝爾物理獎，同年，創(chuàng)立狹義相對論。1915年創(chuàng)立廣義相對論。1編輯課件e0hv光電效應(yīng)示意圖光電效應(yīng)示意圖自由電子：自由電子： 稱為稱為光電子光電子入射光子入射光子編輯課件2 光子不能與自由電子相互作用，不能保持動量守衡；3 光電效應(yīng)伴隨二次標(biāo)識X射線和俄歇電子的發(fā)生； * 二次標(biāo)識X射線： 俄歇電子：e0hv二次標(biāo)識二次標(biāo)識X X射線射線1hv0hv俄歇電子：二次光電子俄歇電子：二次光電子1hvee編輯課件編輯課件編輯課件編輯課件4 光電效應(yīng)發(fā)生的幾率* Z5 1/h 即：與原子序數(shù)的5次方成正比，與入射光子能量h 成反比。5光電效應(yīng)可以在原子的任何一個(gè)殼層發(fā)生。編輯課件三 康普頓效應(yīng)

23、（散射） （了解） * 康普頓發(fā)現(xiàn)波長增長、運(yùn)動方向改變現(xiàn)象* 入射光子與軌道電子碰撞，軌道電子脫離軌道成為反沖電子，入射光子能量降低（波長變長）并改變運(yùn)動方向成為散射線，這一現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)（散射）。* 波長變長：=-。* 康普頓效應(yīng)（散射）的特征 1 產(chǎn)生康普頓效應(yīng)的入射光子能量較大，其能量一部分克服軌道電子的結(jié)合能，另一部分作為反沖電子的動能，剩下的是散射光子的能量。2 =0.0242(1-COS) 與入射光子能量無關(guān)與有關(guān)編輯課件3 與散射角關(guān)系：=0 =0 無散射線=180 =20.0242 背散射！=90 =0.02424 Z越大，康普頓效應(yīng)（散射）的幾率越大；入射光子的能量越大

24、，幾率越小。入射光子入射光子散射光子散射光子反沖電子反沖電子外層電子或外層電子或自由電子自由電子康普頓效應(yīng)示意圖康普頓效應(yīng)示意圖0hvvh 編輯課件吳有訓(xùn)（1897.4.26-1977.11.30），字正之，江西高安人，聞名世界的物理學(xué)家中國近代物理學(xué)奠基人，科學(xué)家，教育家。中國科協(xié)副主席、中國科學(xué)院副院長、研究員。吳有訓(xùn)在物理學(xué)領(lǐng)域中的重要成就是：在參與康普頓的X射線散射研究的開創(chuàng)工作時(shí)，他以精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和卓越的理論分析，驗(yàn)證了康普頓效應(yīng)。編輯課件四 電子對效應(yīng) 當(dāng)入射光子的能量1.022Mev時(shí)，在原子核附近由于核庫侖場的作用將產(chǎn)生一對正、負(fù)電子，這種現(xiàn)象稱為電子對效應(yīng)。入射光子能量=電

25、子對靜止質(zhì)量+動能* 電子質(zhì)能 0.511Mev * 特征：1 電子對的壽命很短，它們很快湮滅生成二個(gè)能量分別為0.511Mev的新的光子；2 能量越大，產(chǎn)生電子對的可能性越大。e+eKLM電子對效應(yīng)示意圖電子對效應(yīng)示意圖MeVhv022. 10編輯課件 趙忠堯，男，（1902年6月27日1998年5月28日），浙江諸暨人。中科院院士、核物理學(xué)家，中國核物理研究的開拓者，中國核事業(yè)的先驅(qū)之一，南京大學(xué)杰出校友。1930年最先觀察到射線通過重物質(zhì)時(shí)的反常吸收和特殊輻射，這是正負(fù)電子對的產(chǎn)生和湮滅過程的最早實(shí)驗(yàn)證據(jù)。1936年，為了表彰正電子的發(fā)現(xiàn)這一重要成就，瑞典皇家科學(xué)院把諾貝爾物理學(xué)獎授予了

26、1932年在云霧室中觀測到正電子徑跡的安德遜，而不是1930年首先發(fā)現(xiàn)了正負(fù)電子湮滅的趙忠堯。編輯課件五、各種相互作用發(fā)生的相對幾率五、各種相互作用發(fā)生的相對幾率各種效應(yīng)各種效應(yīng)幾率幾率低能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢低能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢中等能量和原子序數(shù)低的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢中等能量和原子序數(shù)低的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢高能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，電子對效應(yīng)占優(yōu)勢高能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，電子對效應(yīng)占優(yōu)勢編輯課件五、各種效應(yīng)相互作用發(fā)生的相對幾率五、各種效應(yīng)相互作用發(fā)生的相對幾率常見材料鐵的各常見材料鐵的各種效應(yīng)發(fā)生幾率種效應(yīng)發(fā)生幾率10KeV10KeV：光電效應(yīng)

27、占絕對優(yōu)勢：光電效應(yīng)占絕對優(yōu)勢100KeV100KeV：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)各占：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)各占50%50%1MeV1MeV：康普頓效應(yīng)發(fā)生幾率最大：康普頓效應(yīng)發(fā)生幾率最大10MeV10MeV：康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)各占：康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)各占50%50%10K 100K 1M編輯課件各種效應(yīng)的發(fā)生對射線檢測照相底片質(zhì)量的影響提高照相對比降低照相對比度：康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)電子對效應(yīng)1MeV1MeV左右能量射線照相，其左右能量射線照相，其對比度往往不如較低能量或較對比度往往不如較低能量或較高能量的射線照相，這些都是高能量的射線照相，這些都是康普頓效應(yīng)的影響造成的?？灯疹D效應(yīng)的影響造

28、成的。MeVCo25. 160：平均能量這是一種成像質(zhì)量較這是一種成像質(zhì)量較差的放射源差的放射源編輯課件射線的衰減：由于物質(zhì)對光子的吸收和散射，使得穿過物質(zhì)的射線強(qiáng)度低于入射線強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為射線衰減。初始初始X X射線射線強(qiáng)度強(qiáng)度I Io o熱能熱能熒光熒光X X射線射線穿透穿透X X射線強(qiáng)度射線強(qiáng)度I II Io oe e-T-T電子電子散射散射X X射線射線相干的相干的不相干的不相干的光電子光電子反沖電子反沖電子俄歇電子俄歇電子X X 射線與物質(zhì)相互作用示意圖射線與物質(zhì)相互作用示意圖T T一次射線一次射線編輯課件六窄束、單色射線的強(qiáng)度衰減規(guī)律（理解）透射射線和散射線： 穿過物質(zhì)后射線通

29、常由兩部分組成:一部份是未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子,其能量和方向均未發(fā)生變化,稱為透射射線(又稱一次射線);另一部份是發(fā)生過一次或多次康普頓效應(yīng)的光子,其能量和方向都發(fā)生了改變,稱為散射線。 射線分類(按能量)單色射線：指由單一波長的電磁波組成的射線，即只含有一種能量的光子，又稱單能輻射。是線狀譜。如CO60放射的射線就是線狀光譜。連續(xù)譜射線：指包含連續(xù)分布能量的射線，即含有不同能量的光子，或者說，包含一段波長范圍。是一個(gè)連續(xù)譜。例如；通常的 X 射線就是連續(xù)譜射線。1、單色射線和連續(xù)譜射線編輯課件2、窄束射線和寬束射線窄束射線：不包括散射線成分在內(nèi)的射線束，又稱透射射線。即通過物質(zhì)后的射線束

30、，僅由未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子組成。寬束射線：是包含了散射線成分在內(nèi)的射線束，它既含有未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的一次透射線，又含有與物質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的散射線。吸收體吸收體源源鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器探測器探測器T T獲得窄束輻射的裝置示意圖射線分類(考慮散射線)編輯課件六、單色窄束射線衰減規(guī)律衰減公式：一次透射射線強(qiáng)度；I入射射線強(qiáng)度；0I)(工件吸收體厚度T。線衰減系數(shù))(1cm線衰變系數(shù)：是一個(gè)重要的系數(shù)，其表示入射光子通過單位厚度的物質(zhì)時(shí)，與物質(zhì)平均發(fā)生各種相互作用的可能性。 I = Io e I = Io e -T -T 編輯課件線衰減系數(shù)： 線衰減系數(shù)與射線光子的能量，物

31、質(zhì)的原子序數(shù)和密度有關(guān)。大致存在以下關(guān)系：質(zhì)量衰減系數(shù)m： 對于同一種物質(zhì)，射線能量不同時(shí)衰減系數(shù)不同。對于同一能量的射線，通過不同物質(zhì)時(shí)，其線衰減系數(shù)也不同。=光電光電+康普頓康普頓+電子對電子對 m m = / = / /= K Z /= K Z 3 33 3 編輯課件半價(jià)層(半值層)：指入射射線的強(qiáng)度減少一半時(shí)穿過的吸收物質(zhì)厚度。（或指使入射射線的強(qiáng)度減弱到其值的二分之一時(shí)，穿過的物質(zhì)厚度），記為Th。 I=Io e I=Io e - -d d 1/2=I / Io = e 1/2=I / Io = e - -ThTh Th = Ln2 / = 0.693 / Th = Ln2 / =

32、0.693 / 編輯課件【例例】 1 1 已知某窄束單能射線穿過20mm的鋼后，強(qiáng)度減弱到原來的20，求該射線在鋼中的線衰減系數(shù)。解1：已知：I / I0 = 0.20，T = 2 cm， 線衰減系數(shù)表示入射光子在物體中，穿透單位距離時(shí)線衰減系數(shù)表示入射光子在物體中，穿透單位距離時(shí)( (例如例如1cm)1cm)，平均發(fā)生各種相，平均發(fā)生各種相互作用的可能性。互作用的可能性。 由公式： II0 eT I / I0 eT e20.2 兩邊取自然對數(shù): ln e2 ln 0.2 2 ln 0.2 故： 1/2ln0.20.80 (cm1) 答：- 。編輯課件【例】2 已知某窄束單能射線穿過20mm的

33、鋼后，強(qiáng)度減弱到原來的20，求該射線在鋼中的線衰減系數(shù)。解2：設(shè)射線穿過n個(gè)半價(jià)層后，強(qiáng)度衰減到原來的20%，則有： 即 20mm（2 cm ）鋼，相當(dāng)于2 .32個(gè)半價(jià)層， 則：半價(jià)層Th厚度為0.86 cm 。 由公式： Th = 0.693 / ，得 0.693 / Th0.80 (cm1) 答：- 編輯課件七 寬束多色射線的強(qiáng)度衰變規(guī)律（了解） 工業(yè)射線檢驗(yàn)中應(yīng)用的不可能是單色窄束射線,而是包含著散射線成分在內(nèi)的多色寬束射線。 具有連續(xù)波長射線(如X射線)也稱為白色射線。 多色寬束射線通過物質(zhì)時(shí)，不同能量的射線衰減程度各不相同，因此，窄束單色射線衰減規(guī)律公式將不適應(yīng)。1、散射線和散射比

34、散射線成分熒光X射線 能量很低，容易被吸收光電子反沖電子俄歇電子散射光子(散射X射線)很易被物質(zhì)本身或空氣吸收，一般不會對照相的質(zhì)量構(gòu)成影響。照相的質(zhì)量主要影響源編輯課件1、散射線和散射比寬束射線的強(qiáng)度：）（）（nIIIIIIIPPSPSP1/1散射比： 散射比n的大小與射線能量，穿透物質(zhì)種類，穿透厚度等諸多因素有關(guān)。2、平均衰減系數(shù) ：0302010IIII321IIIITTTeIIeIIeII321033022011，20TeIIn = Is / Ip n = Is / Ip 編輯課件3 3、寬束多色射線強(qiáng)度衰減規(guī)律、寬束多色射線強(qiáng)度衰減規(guī)律 ：透射線強(qiáng)度，I初始射線強(qiáng)度；0I平均衰減系數(shù)；強(qiáng)度之和；和散射線為一次透射線SPII穿透物質(zhì)厚度；T散射比。n I I（寬束）（寬束）= Is= Is（散射線）（散射線）+ Ip+ Ip（窄束）（窄束）= n Ip = n Ip + Ip =+ Ip =（1+n1+n）Ip =Ip =（1+n1+n）Ioe Ioe -T