射線檢測培訓(xùn)章

射線檢測培訓(xùn)章第一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.1原子和元素1.1.1元素和原子1、原子：

⑴、原子定義：原子是化學(xué)反應(yīng)的基本微粒，原子在化學(xué)反應(yīng)中不可分割。原子是化學(xué)變化中的最小微粒。在化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類和性質(zhì)不會發(fā)生變化。

⑵、原子的組成：

原子是由一個原子核和若干個核外電子組成的，而原子核又是由更小的微粒--質(zhì)子和中子組成的。2第二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

原子很小，其直徑大約只有10-8cm，原子核和電子更小，原子核的直徑約在10-14-10-12cm之間，電子直徑約10-13cm。原子核位于原子中心，電子圍繞核運(yùn)動，原子內(nèi)部大部分是“空”的。

⑶、原子的電荷質(zhì)子帶一個單位正電荷，中子不帶電，所以原子核帶正電，核電荷數(shù)等于質(zhì)子數(shù)，用符號“Z”表示。

電子帶一個單位負(fù)電荷，由于核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)等于核外電子數(shù)，所以原子核帶的正電荷數(shù)3第三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日等于核外電子所帶的負(fù)電荷數(shù)，整個原子是電中性的。核電荷數(shù)（Z）=核內(nèi)質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)

⑷、原子的質(zhì)量質(zhì)子的質(zhì)量為1.6726×10-24克，中子質(zhì)量為1.6749×10-24克，電子的質(zhì)量僅為質(zhì)子質(zhì)量的1/1837，原子的質(zhì)量主要集中在原子核上。原子的質(zhì)量用原子質(zhì)量單位（u）表示。一個原子質(zhì)量單位定義為碳原子（）質(zhì)量的1/12，質(zhì)量為1.9927×10-23克，所以1u=1.6606×10-24克。4第四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日用原子質(zhì)量單位表示，質(zhì)子和中子的質(zhì)量分別為1.007和1.008。

⑸、質(zhì)量數(shù)：原子的質(zhì)子數(shù)（Z）與中子數(shù)（N）之和，稱為原子的質(zhì)量數(shù)（A）。A=Z+N

知道了上述三個數(shù)值中的兩個，就可用上述關(guān)系求出第三個。例如硫原子量為32.06，核電荷數(shù)為16，則硫原子的中子數(shù)為32-16=16（個）5第五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

歸納起來，原子的組成可以表示如下：2、元素

⑴、元素：

①、定義：具有相同質(zhì)子數(shù)(核電荷數(shù))的同一類原子叫做元素。原子的質(zhì)子數(shù)決定著原子的種類。6第六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日例如：含有一個質(zhì)子的所有原子都是氫原子；含有二個質(zhì)子的所有原子都是氦原子；含有三個質(zhì)子的所有原子都是鋰原子；含有四個質(zhì)子的所有原子都是鈹原子…依次類推。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的元素有118種，它們原子中依次含有1-118個質(zhì)子。②、原子序數(shù)：元素在元素周期表中的序號叫做元素的原子序數(shù)，它等于原子中的質(zhì)子數(shù)，用“Z”表示。

7第七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

每一種元素都有一個名稱、一個元素符號和一個原子序數(shù)。例如含一個質(zhì)子的元素叫“氫”，元素符號是“H”，原子序數(shù)是“1”。3、同位素：

⑴、定義：

具有相同質(zhì)子數(shù)和不同中子數(shù)的同一種元素的原子互稱同位素。同種元素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù)，但它們的中子數(shù)并不一定相同，例如，氫元素的原子，有的不含中子，有的含有一個中子，有的含有二個中子。8第八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日不含中子的氫原子叫“氕”（）含一個中子的氫原子叫“氘”（）含二個中子的氫原子叫“氚”（）氕、氘、氚便是氫的三種同位素。許多元素都有同位素，如鈾有、、等多種同位素；碳有、、等幾種同位素。

⑵、同位素的類型

①、穩(wěn)定同位素和不穩(wěn)定同位素。不穩(wěn)定的同位素又稱放射性同位素，它能自發(fā)地放射出某種射線－α、β或γ射線而變?yōu)榱硪环N元素。

9第九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

②、天然放射性同位素和人工放射性同位素。天然放射性同位素是自然界存在的礦物。一般Z≧88的許多元素及其化合物具有放射性。人工放射性同位素可用高能粒子轟擊穩(wěn)定同位素的核使其變?yōu)榉派湫酝凰?。射線檢測用的放射性同位素均為人工放射性同位素。

10第十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

5、核素⑴、定義：

核素是指具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。

例如，原子核里有6個質(zhì)子和6個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)是12，稱為碳-12核素，或?qū)懗?2C核素。原子核里有6個質(zhì)子和7個中子的碳原子，質(zhì)量數(shù)為13，稱13C核素。氧元素有16O，17O，18O三種核素。⑵、核素概念的引入：第十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

核素概念最初是為了確切描述元素的原子量而引入的。

后來發(fā)現(xiàn)地球上天然存在的和人工制造的原子核都有“同核異能態(tài)”的現(xiàn)象，即具有相同質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)的原子核所顯現(xiàn)出來的核性質(zhì)，如衰變方式、半衰期、能量等等可以不同。同核異能態(tài)是原子核層次的“同分異構(gòu)體”，“同分”是指相同數(shù)目的質(zhì)子和中子，“異構(gòu)”則表示它們構(gòu)成原子核的方式不同。但同位素概念不足以反映這種“同分異構(gòu)”現(xiàn)象。如果把核素概念定義為同一同位素的核性質(zhì)不同的原子核，就可以概括核的同分異構(gòu)現(xiàn)象。因此，核素也就成了表達(dá)核性質(zhì)的獨立概念。第十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日6、元素、核素和同位素之間的區(qū)別與關(guān)系⑴、元素：

元素是同一類原子的總稱，即具有相同核電荷數(shù)的一類原子的總稱。

元素是以核電荷數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)而對原子進(jìn)行分類的，也就是說原子的核電荷數(shù)決定著元素的種類。因此，不同種的元素具有不同的核電荷數(shù)，例如：1：H元素、6：C元素、8：O元素等。⑵、核素：

核素是指具有一定數(shù)目質(zhì)子和一定數(shù)目中子的一種原子。第十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

核素是指某種原子，有多少種原子就有多少種核素。例如：1H、2H、3H是3種不同的核素，但都屬于H元素。⑶、同位素

質(zhì)子數(shù)相同，中子數(shù)不同的同一元素的不同原子間，互稱同位素，因為它們處于周期表中同一位置上。即同一元素的不同核素間互稱同位素。例如：1H、2H、3H（數(shù)字下標(biāo)）就互為同位素。第十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.1.2核外電子運(yùn)動規(guī)律1、原子的結(jié)構(gòu)

⑴、道爾頓模型（實心球體）1808年，英國自然科學(xué)家約翰·道爾頓提出了世界上第一個原子的理論模型。他的理論主要有以下三點：①、原子都是不能再分的粒子；②、同種元素的原子的各種性質(zhì)和質(zhì)量都相同；③、原子是微小的實心球體。這是一個失敗的理論模型，但道爾頓第一次將原子從哲學(xué)帶入化學(xué)研究中。被稱為“近代化學(xué)之父”。15第十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日⑵、湯姆遜模型（葡萄干布丁模型）第十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

1897年湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，從而否定了原子不可分割的說法。1908年，湯姆遜在發(fā)現(xiàn)電子的基礎(chǔ)上提出了原子的葡萄干布丁模型，湯姆生認(rèn)為：①、電子是平均的分布在整個原子上的，就如同散布在一個均勻的正電荷的海洋之中，它們的負(fù)電荷與那些正電荷相互抵消。②、在受到激發(fā)時，電子會離開原子，產(chǎn)生陰極射線。湯姆遜的學(xué)生盧瑟福完成的α粒子轟擊金箔實驗（散射實驗），否認(rèn)了葡萄干布丁模型的正確性。17⑵第十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑶、盧瑟福模型（行星模型）

18第十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1911年英國科學(xué)家盧瑟福以經(jīng)典電磁學(xué)為理論基礎(chǔ)提出原子的行星模型說，主要內(nèi)容有：①、原子的大部分體積是空的。②、在原子的中心有一個很小的原子核。③、原子的全部正電荷在原子核內(nèi)，且?guī)缀跞抠|(zhì)量均集中在原子核內(nèi)部。帶負(fù)電的電子在核外空間進(jìn)行繞核運(yùn)動。19第十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑷、玻爾模型1913年丹麥科學(xué)家玻爾在行星模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用量子力學(xué)思想提出了核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型。其基本觀點是：①、原子中的電子在具有確定半徑的圓周軌道上繞原子核運(yùn)動，不輻射能量。②、在不同軌道上運(yùn)動的電子具有不同的能量（E），且能量是量子化的，不同的軌道分別被命名為K、L、N、O、P。③、當(dāng)且僅當(dāng)電子從一個軌道躍遷到另一個軌道時，才會輻射或吸收能量。如果輻射或吸收的能量以光的形式表現(xiàn)并被記錄下來，就形成了光譜。20第二十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑸、現(xiàn)代模型（電子云模型）（略）

21第二十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

實際上，核外電子并不象行星那樣在固定的軌道上運(yùn)行。所謂電子軌道只是在三維空間找到的該運(yùn)動電子的某個區(qū)域。核外電子在某一時刻所處的位置和速度無法同時準(zhǔn)確測出，也不能描繪出它的運(yùn)動軌跡。因此，描述核外電子的運(yùn)動只能采用統(tǒng)計的方法，把電子在空間出現(xiàn)的概率密度分布用圖象表示出來，即以單位體積內(nèi)電子出現(xiàn)幾率，即幾率密度大小，用小白點的疏密來表示。小白點密處表示電子出現(xiàn)的幾率密度大，小白點疏處幾率密度小，看上去好像一片帶負(fù)電的云狀物籠罩在原子核周圍，因此叫電子云。

22第二十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

描述電子軌道和電子云的參數(shù)有：

①、主量子數(shù)n：用于確定電子的電子層和軌道能級。（各電子層分別用K、L、M、N、…表示）。

②、角量子數(shù)l。用于確定每個電子層所包含的亞層，同時還代表了電子的角動量和原子軌道的形狀（各亞層分別用s、p、d、f、…表示）。③、磁量子數(shù)m：用于確定原子軌道在空間的伸展方向。④、自旋量子數(shù)ms：23第二十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

這樣，原子的結(jié)構(gòu)可以簡要概括為：在原子中，原子核位于中心，核外電子分層排布，每層都有若干亞層，每個亞層有確定的軌道，每個軌道包含兩個自旋方向相反的電子。如以n表示電子層數(shù)，原子的結(jié)構(gòu)可簡單表示如下：24第二十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日2、原子的能級概念

原子中，電子受到原子核的吸引作用，能量高的電子具有較強(qiáng)的抗力，處在離核較遠(yuǎn)的軌道上；能量較低的電子抗力較小，處在離核較近的軌道上。因此，位于不同層的電子具有不同的能量，通常把它們叫做處于不同的能級。各層電子的能量按K、L、M、N的次序遞增。按照能量排布規(guī)律，核外電子總是盡先占有能量最低的軌道，只有當(dāng)能量最低的軌道占滿后才依次進(jìn)入級量較高的軌道。因此，在正常情況下，原子處于最低的能量狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為“基態(tài)”?；鶓B(tài)的原子是穩(wěn)定的，這時25第二十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

雖然核外電子不停地繞核運(yùn)動，但并不向外輻射能量。原子從外界吸收一定能量時，電子就由較低能級跳躍的較高的能級上去，這一過程稱為“躍遷”，這時原子的狀態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)的原子是不穩(wěn)定的，它將再次躍遷到較低的能級，多余的能量以電磁波或其它形式釋放出來，即：

式中：hν-光子能量；E〃-較高能級能量；E′-較低能級能量。26第二十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.1.3原子核結(jié)構(gòu)27第二十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

1、原子核的組成

①、英國物理學(xué)家盧瑟福在1919年做核反應(yīng)實驗時發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，經(jīng)過研究證明，質(zhì)子帶正電荷，其電量和一個電子的電量相同，它的質(zhì)量等于一個電子質(zhì)量的1836倍.進(jìn)一步研究表明，質(zhì)子的性質(zhì)和氫原子核的性質(zhì)完全相同，所以質(zhì)子就是氫原子核.②、1932年英國物理學(xué)家查德威克又發(fā)現(xiàn)了中子，通過研究證明中子的質(zhì)量和質(zhì)子的質(zhì)量基本相同，但是不帶電.是中性粒子.在對各種原子核進(jìn)行的實驗中，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子和中子是組成原子核的兩種基本粒子.28第二十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

29③、原子核的組成第二十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

2、核力：在原子核內(nèi)，帶正電的質(zhì)子間存在著庫侖斥力，但質(zhì)子和中子仍能非常緊密地結(jié)合在一起，這說明核內(nèi)存在著一個非常大的力，即核力。核力具有以下性質(zhì)：

⑴、核力與電荷無關(guān)，無論中子還是質(zhì)子都受到核力的作用；⑵、核力是短程力，只有在相鄰原子核之間發(fā)生作用。因此，一個核子所能相互作用的其他核子的數(shù)目是有限的。稱為核力的飽和性。⑶、核力比庫侖力約大100倍，是一種強(qiáng)相互作用。⑷、核力能促成粒子的成對結(jié)合以及對對結(jié)合。

30第三十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

3、原子核的穩(wěn)定性：原子核的穩(wěn)定性與中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)有關(guān)。其關(guān)系為：

⑴、對小質(zhì)量數(shù)的核：N/Z＝1附近較穩(wěn)定，這個比值隨核質(zhì)量數(shù)的增大而增大；⑵、對大質(zhì)量數(shù)的核：N/Z＝1.6附近的核較穩(wěn)定。31第三十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

科學(xué)研究表明，穩(wěn)定性核素對核子總數(shù)有一定限度（一般為A≤209），而且中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)應(yīng)保持一定的比例（一般為N/Z=1～1.5，也有個別例外）。

任何含有過多核子或N/Z不適當(dāng)?shù)暮怂兀际遣环€(wěn)定的。A≥209的核素，即元素周期表中釙（Po）之后的所有元素的核素都具有放射性（釙之前的元素，有的核素也具有放射性），它們或是自發(fā)地放射出α射線（即He核），而轉(zhuǎn)變成A較小的新核；或是因核素的N/Z不適當(dāng)，其核內(nèi)的中子與質(zhì)子會自發(fā)地相互轉(zhuǎn)變，從而改變N/Z的值，并同時放出一個β-（或β+）粒子。

核素衰變后產(chǎn)生的新核幾乎都是處在激發(fā)態(tài)，這樣的核或是自發(fā)地放射出γ光子而轉(zhuǎn)變到基態(tài)或較低能態(tài)，或是繼續(xù)進(jìn)行α衰變（或β衰變），直到變成一個穩(wěn)定的核素為止。第三十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日33

4、放射性衰變

⑴、放射性同位素的原子核自發(fā)地放射粒子或波的過程叫放射性衰變。放射性同位素發(fā)生衰變后，產(chǎn)生新元素，新元素可能是穩(wěn)定的，也可能是不穩(wěn)定的，不穩(wěn)定的元素要進(jìn)一步衰變，直到產(chǎn)生穩(wěn)定同位素為止。例如，鈾238衰變后產(chǎn)生釷，釷進(jìn)一步衰變產(chǎn)生鐳，鐳進(jìn)一步衰變產(chǎn)生氡，氡又經(jīng)過一系例衰變，最后產(chǎn)生穩(wěn)定的同位素鉛而告終。

放射性衰變由原子核本身的性質(zhì)所決定，不受外部環(huán)境如溫度、壓力、電磁場等物理和化學(xué)條件的影響，且無法加以控制。第三十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日34

⑵、放射性同位素的衰變方式有多種，最常見的是α衰變和β衰變，

①.α衰變—放射性同位素的原子核放射α粒子的衰變過程叫做α衰變。α粒子由兩個質(zhì)子和兩個中子組成，帶有兩個正電荷，它實際上是一個氦原子核。有些放射性同位放射α粒子的同時，伴隨能量的躍遷同時放射出γ射線。這種衰變過程可以用下式表示：

第三十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日35

由此可以看出，放射性同位素原子核（母核）經(jīng)過α衰變之后，產(chǎn)生一種新元素（子核），其原子序數(shù)減小2，質(zhì)量數(shù)減小4。例如：衰變，放射一個α粒子，產(chǎn)生一種新元素，同時放射γ射線，其衰變過程可表示為：第三十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日36

②、β衰變—放射性同位素的原子核放射β粒子的衰變過程叫做β衰變。β粒子帶一個負(fù)電荷，實際上是由核內(nèi)的一個中子放射出來的電子。有的元素發(fā)生β衰變時伴隨能量的躍遷同時放射出γ射線，其衰變過程可以用下式表示：由上可以看出，放射性同位素原子核（母核）發(fā)生β衰變時，產(chǎn)生一種新元素（子核），其原子序數(shù)加一，質(zhì)量數(shù)不變。第三十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日37

例如：衰變，放射一個β粒子，產(chǎn)生新元素，同時放射γ射線；衰變，放射一個β粒子，產(chǎn)生新元素，同時放射γ射線。它們的衰變過程可表示為：③、γ衰變—γ衰變總是伴隨著α衰變和β衰變面發(fā)生。是原子核由激發(fā)態(tài)過渡到正常態(tài)，由高能躍遷到低能級而產(chǎn)生的。第三十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日2．β衰變

β衰變又分β-衰變、β+衰變和軌道電子俘獲三種方式。

(1)β-衰變放射出β-粒子（高速電子）的衰變。一般地，中子相對豐富的放射性核素常發(fā)生β-衰變。這可看作是母核中的一個中子轉(zhuǎn)變成一個質(zhì)子的過程。

(2)β+衰變

放射出β+粒子（正電子）的衰變。一般地，中子相對缺乏的放射性核素常發(fā)生β+衰變。這可看作是母核中的一個質(zhì)子轉(zhuǎn)變成一個中子的過程。

第三十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日(3)軌道電子俘獲(K、L俘獲）原子核俘獲一個K層或L層電子而衰變成核電荷數(shù)減少1，質(zhì)量數(shù)不變的另一種原子核。由于K層最靠近核，所以K俘獲最易發(fā)生。在K俘獲發(fā)生時，必有外層電子去填補(bǔ)內(nèi)層上的空位，并放射出具有子體特征的標(biāo)識X射線。這一能量也可能傳遞給更外層電子，使它成為自由電子發(fā)射出去，這個電子稱作“俄歇電子”。第三十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日3、γ衰變和內(nèi)變換

(1)γ衰變

處于激發(fā)態(tài)的核，通過放射出γ射線而躍遷到基態(tài)或較低能態(tài)的現(xiàn)象。γ射線的穿透力很強(qiáng)。γ射線在醫(yī)學(xué)核物理技術(shù)等應(yīng)用領(lǐng)域占有重要地位。

(2)內(nèi)變換有時處于激發(fā)態(tài)的核可以不輻射γ射線回到基態(tài)或較低能態(tài)，而是將能量直接傳給一個核外電子（主要是K層電子），使該電子電離出去。這種現(xiàn)象稱為內(nèi)變換，所放出的電子稱作內(nèi)變換電子。第四十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.2射線的種類和性質(zhì)12.1、x射線和γ射線的性質(zhì)1、電磁波電磁波是周期性變化的電磁場在空間由近及遠(yuǎn)的傳播，我們所熟知的可見光、無線電波、紅外線、紫外線以及x射線、γ射線等都是電磁波。電磁波在物理學(xué)上通常用波速C、波長λ和頻率ν來描述，它們之間的關(guān)系是：

41第四十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日電磁波譜第四十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

電磁波的頻譜范圍大致如下所示：γ射線：0.003-0.139 X射線:0.006-1019紫外線：200-3900 可見光：3900-7800紅外線：7800-0.3mm 無線電波:0.3mm-30Km?？梢钥闯觯姶挪ǖ念l率范圍非常寬，如無線電波的波長可達(dá)數(shù)十公里，而X射線和γ射線的波長可小至若干億分之一厘米。還可看出，不同類型的電磁波具有不同的波長范圍，而一定范圍波長的電磁波具有一定的性質(zhì)，超出這個范圍時，電磁波的性質(zhì)就起了變化。43第四十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

2、x射線和γ射線的性質(zhì)x射線和γ射線就其本質(zhì)而言，與可見光、無線電波相同，統(tǒng)統(tǒng)屬于電磁波。其區(qū)別只是產(chǎn)生方式不同和波長范圍不同，因此它們除與可見光和無線電波等具有許多共性之外，也具有不同于可見光的特性。其主要性質(zhì)可簡述如下：

⑴、在真空中以直線傳播。

⑵、本身不帶電，不受電場和磁場的影響。⑶、在媒質(zhì)界面只能發(fā)生漫反射，而不能像可見光一樣產(chǎn)生鏡面反射；X射線和γ射線的44第四十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日折射系數(shù)非常接近于1，折射方向改變不明顯。⑷、可發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，但只能在非常小的，例如晶體組成的光闌中才能發(fā)生這種現(xiàn)象。⑸、不可見，能穿透可見光所不能穿透的物質(zhì)。⑹、在穿透物質(zhì)過程中，會與物質(zhì)發(fā)生非常復(fù)雜的物理和化學(xué)作用，例如電離作用、熒光作用、熱作用及光化學(xué)作用。

⑺、具有輻射生物效應(yīng)，能夠殺傷生物細(xì)胞，破壞生物組織。45第四十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.2.2X射線的產(chǎn)生及其特點1、產(chǎn)生X射線的條件X射線是由高速運(yùn)動的電子與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生的，從本質(zhì)上講，當(dāng)高速運(yùn)動的電子與原子內(nèi)部的原子核或核外電子作用時，以X射線的形式釋放能量。

產(chǎn)生X射線須具備的條件包括：（1）.電子源—將金屬絲（一般為鎢絲）通電加熱到白熾狀態(tài)使電子逸出成為自由電子，通常將金屬絲稱之為“燈絲”。（2）.加速電子的手段—建立一高壓電場，燈絲與陰極相連，使電子在電場作用下飛向陽極。46第四十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

（3）.電子聚焦——將燈絲置于杯狀或槽形陰極聚焦窒中，使電子聚成一束定向發(fā)射。（4）.接受電子轟擊的靶——將一塊高熔點金屬（一般為鎢）嵌入陽極，接受電子轟擊。（5）.高真空度——用玻璃或其它材料作成殼體，使陰極和陽極之間保持高真空度，以保證高速電子不受氣體阻擋、燈絲不被氧化。滿足上述條件的裝置稱之為“X射線管”，X射線就是在X射線管中發(fā)生的。

47第四十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

2、X射線譜及其組成X射線波譜由連續(xù)譜和標(biāo)識譜兩部分組成。連續(xù)譜是波長連續(xù)變化的部分；標(biāo)識譜重疊在連續(xù)譜上，如同山丘上的寶塔。

第四十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日493、X射線的產(chǎn)生機(jī)理

⑴、連續(xù)譜的產(chǎn)生及特點

高速電子與原子核外庫侖場作用產(chǎn)生的X射線叫做連續(xù)X射線（又叫做多色X射線、白色X射線或韌致輻射）。當(dāng)高速電子與靶相撞時，受原子核外庫侖場的作用，運(yùn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)且速度減慢，這時電子的一部分能量便以X射線的形式釋放出來。由于高速電子的能量不同，受阻程度和減速過程不同，所以產(chǎn)生的X射線具有各種波長，其波譜呈連續(xù)分布。第四十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日50

在X射線的連續(xù)譜中存在著一個最短的波長，其值可以用下式計算：

式中：V——管電壓，單位kV。由上式可以看出，連續(xù)X射線的波長（能量）取決于管電壓。管電壓越高，波長越短，X射線的能量越高。在連續(xù)譜中，最大強(qiáng)度對應(yīng)的波長為：實際射線檢測中，以最大強(qiáng)度波長為中心的鄰近波段的射線起主要作用。

第五十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日51

高速電子轟擊靶時產(chǎn)生的X射線總強(qiáng)度由下式確定：

式中：I—管電流Z—靶材料的原子序數(shù)V—管電壓（單位V）由上式可知，連續(xù)X射線的強(qiáng)度取決于管電流、管電壓和靶材料的原子序數(shù)。

（與管電流成正比，與管電壓的平方成正比）。第五十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日第五十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日53

X射線的產(chǎn)生效率可由下式確定：

式中：Z—靶材料的原子序數(shù)；V—管電壓（單位KV）。由上式計算可知，X射線的發(fā)生效率是相當(dāng)?shù)偷?，例如，?dāng)管電壓為200kv時，其X射線發(fā)生效率只有2%左右。

在X射線產(chǎn)生過程中，能量轉(zhuǎn)換方式主要是熱，高速電子的絕大部分能量都轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?。第五十三頁，共一百一十三頁?022年，8月28日計算題1.4求管電壓為250KV的X射線機(jī)和能量為4MeV的直線加速器輻射的連續(xù)X射線的發(fā)生效率（設(shè)靶材為鎢Z＝74，比例常數(shù)η0＝1.2×10－6）。

解：公式X射線機(jī)：

η＝η0ZV＝1.2×10－6×74×250=2.22%

直線加速器：

η＝η0ZV＝1.2×10－6×74×4000=35.52%第五十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.6當(dāng)X射線管的管電壓為150kV時，產(chǎn)生的X射線的最短波長為多少？若連續(xù)X射線最大強(qiáng)度所對應(yīng)的波長為最短波長的1.5倍，求最大強(qiáng)度處的光子能量為多少？第五十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.5已知CO60γ源輻射兩種能量的光子，一種是1.17MeV，另一種是1.33MeV.求它們的波長分別為多少？第五十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑵、標(biāo)識譜的的產(chǎn)生及特點

高速電子與原子的內(nèi)層電子作用時產(chǎn)生的X射線叫做標(biāo)識X射線（或特征X射線）。當(dāng)高速電子與原子內(nèi)層的軌道電子作用時，將內(nèi)層電子撞出原子，內(nèi)層軌道上留下一個空位，這時外層軌道上的電子便會躍遷到內(nèi)層軌道填補(bǔ)這個空位。由于外層電子處于較高的能級，當(dāng)它躍遷到內(nèi)層軌道時，多余的能量便以X射線的形式釋放出來，其能量等于兩個軌道的能量差：57第五十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

電子在不同的軌道之間躍遷產(chǎn)生不同的標(biāo)識X射線，例如L、M、N層電子向K層躍遷產(chǎn)生K系標(biāo)識X射線，M、N層電子向L層躍遷產(chǎn)生L系標(biāo)識X射線，…依次類推。

標(biāo)識X射線呈單個或多個線狀譜，其能量與高速電子的能量無關(guān)，只取決于軌道電子的能級和能級差，也就是說，它只與靶材料的原子結(jié)構(gòu)有關(guān)。依據(jù)這種性質(zhì)，標(biāo)識X射線可用于金屬成分和結(jié)構(gòu)分析。由于它的能量很低，在射線探傷中沒有多大作用。

58第五十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日⑶、連續(xù)X射線與標(biāo)識X射線的不同之處

問答題1.9：①、產(chǎn)生機(jī)理不同：連續(xù)X射線是高速電子與原子核外庫侖場作用產(chǎn)生的；標(biāo)識X射線是高速電子與原子的內(nèi)層軌道電子作用產(chǎn)生的。②、頻譜不同：連續(xù)X射線是連續(xù)譜，標(biāo)識X射線是線狀譜。③、連續(xù)X射線的能量取決于管電壓，標(biāo)識X射線的能量與管電壓無關(guān)，只取決于靶材。

標(biāo)識X射線能量低線質(zhì)軟，在探傷中基本上不起作用，工業(yè)探傷中起作用的主要是連續(xù)X射線。第五十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.2.3γ射線的產(chǎn)生及特點1、γ射線的產(chǎn)生γ射線是放射性同位素經(jīng)過α或β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，這一過程稱作γ衰變，也稱為γ躍遷。與核外電子的躍遷一樣，γ躍遷也可以放出光子。其不同之處是，γ躍遷是核內(nèi)能級之間的躍遷，其放出的γ光子能量在幾千電子伏到十幾兆電子伏之間，而核外電子躍遷放出的x光子能量只有幾電子伏到幾千電子伏。2、γ射線的特點

⑴、γ射線的能量是由放射性同位素的種類決定的。一種放射性同位素可能放射出許多60第六十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

種能量的γ射線，對此取其所輻射出的所有能量的平均值作為該同位素的輻射能量。如CO60的平均能量為（1.17+1.33）/2=1.25MeV。

⑵、γ射線的能譜為線狀譜，譜線只出現(xiàn)在特定波長的若干點上。

61第六十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

3、放射性活度和比活度(1)、放射性活度—是指放射性材料單位時間內(nèi)原子的衰變數(shù),標(biāo)準(zhǔn)度量單位為貝可(Bq),1Bq表示每秒鐘內(nèi)有一個原子發(fā)生衰變，即1Bq=1/s。

放射性活度的常用單位為居里（Ci）,1Ci表示放射性材料每秒鐘有3.7×1010個原子發(fā)生衰變，即1Ci=3.7×1010/s。對于同一種放射源來說，放射性活度大的源,單位時間內(nèi)衰變的原子數(shù)目多，因而放射的γ射線多，其γ射線強(qiáng)度就大。62第六十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

但對不同的放射源來說，即使放射性活度相同，也不表明其放射的γ射線強(qiáng)度相同。這是因為不同的放射性同位素在一個核衰變中放出的γ射線光子數(shù)可以不同。例如，鈷60一個核衰變放出能量不同的兩個γ射線光子，但對銩170來說，不是每個核衰變都放射γ射線光子，而是大約只有8%的核衰變放射γ射線。

63第六十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑵、放射性比活度—是指單位質(zhì)量放射性物質(zhì)的放射性活度，單位是Bq/g或Ci/g。比活度不僅表示放射性材料的活度，而且表明了其純度。實際上，任何放射性材料中都伴有一定的雜質(zhì)，因此比活度在某種程度上更能表明γ射線源放射γ射線的情況。在活度相同的情況下，比活度大的源其尺寸可以做得更小一些。64第六十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

4、衰變律和半衰期⑴.衰變律放射性同位素原子核衰變是自發(fā)進(jìn)行的，對于任意一個核來說，它何時衰變具有偶然性，但對于足夠多的核的集合來說，其衰變必定服從統(tǒng)計規(guī)律。設(shè)在dt時間內(nèi)發(fā)生的核衰變數(shù)為dN，則dN必然與當(dāng)時存在的原子核數(shù)N和時間dt成正比，于是有： -dN=λNdt式中：λ—衰變常數(shù)。－dN—N的減少量,所以前面加負(fù)號。

65第六十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

設(shè)t=0時原子核數(shù)為N0，則上式積分后得：

上式稱為放射性同位素的衰變律。由上式可以看出，放性同位素的衰變服從指數(shù)規(guī)律。⑵.半衰期

半衰期是指放射性同位素的原子核數(shù)衰變一半所需要的時間，用T1/2表示。

66第六十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

當(dāng)t=T1/2時，N=N0/2，由衰變律得：

λ和T1/2都是放射性材料的固有特性，反映了放射性同位素的衰變速率，λ越大，T1/2越小，放射性同位素越不穩(wěn)定，衰變得越快。67第六十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

以半衰期數(shù)表達(dá)的衰變律的另一種表達(dá)式

第六十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

每一種同位素都有各自的半衰期，有的很短，有的很長，例如，銫135的半衰期只有2.8×10-10秒，而鈾238的半衰期長達(dá)45億年。

下面是幾種常用γ射線源的半衰期：

Cs137—33年；

Co60—5.3年;

Se75—

120天Tm170—128天；

Ir192—74天;

69第六十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日知道了一個γ射線源的活度和半衰期，就可計算出該源在任意時刻的活度。例如，80Ci的Ir192源，150天其活度變?yōu)椋旱谄呤摚惨话僖皇摚?022年，8月28日

計算題1.3CS137（已知半衰期為33年）γ射線源用了16年后，放射性強(qiáng)度還剩原來的百分之幾？第七十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.1C060的衰變常數(shù)為0.131年，求它的半衰期。

1.2Ir192的半衰期限為75天，求它的衰變常數(shù)。第七十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

5、γ射線的能量和強(qiáng)度⑴、γ射線的能量X射線管發(fā)生的X射線，其頻譜是連續(xù)分布的，X射線的能量取決于管電壓。γ射線與連續(xù)X射線不同，它是由一個或幾個能量不連續(xù)的線狀譜組成的，每一種同位素發(fā)射的γ射線的能量是不可控制的，要改變γ射線的能量，只有選擇不同種類的放射源。

γ射線的能量通常用組成γ射線的各種光子的平均能量來表示。73第七十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

下面是幾種常用γ射線源的平均能量：

鈷60—1.25MeV銫137—0.66MeV銥192—0.35MeV;銩170—0.072MeV硒75—0.206MeV有時用“X射線當(dāng)量能量”來表示γ射線的能量。所謂X射線當(dāng)量能量，是指與γ射線產(chǎn)生同等吸收效果的X射線平均能量，用射線管峰值管電壓（Kvp）表示。幾種常用同位素的X射線當(dāng)量能量為：

鈷60：2000—3000Kvp; 銫137：600—1500Kvp; 銥192：150—800Kvp; 銩170：30—150Kvp74第七十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

⑵、γ射線的強(qiáng)度γ射線強(qiáng)度是指γ射線源在單位時間內(nèi)發(fā)射的γ射線的數(shù)量。對于同一種γ源來說，其源強(qiáng)度與源活度成正比。但對不同類型的源來說，無法根據(jù)源活度大小對其強(qiáng)度行比較。為此，引入了克鐳當(dāng)量的概念。已經(jīng)知道，在距1克鐳1米處的照射量率為0.84R/h，因此，任何類型的放射源，只要在離源1米處的照射率為0.84R/h，其源強(qiáng)度即為1克鐳當(dāng)量。

75第七十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

每一種放射源，其源活度與源強(qiáng)度之間都有確定的關(guān)系，這種關(guān)系用γ當(dāng)量表示。它是指單位活度γ放射源的克鐳當(dāng)量。下面是幾種常用γ放射源的γ當(dāng)量：

鈷60：γ=1.57gRa/Ci=1.57mgRa/mCi銫137：γ=0.39gRa/Ci=0.39mgRa/mCi 銩170:γ=0.002gRa/Ci=0.002mgRa/Ci 銥192：γ=0.56gRa/Ci=0.56mgRa/Ci硒75：γ=0.24gRa/Ci=0.24mgRa/Ci式中：gRa—克鐳當(dāng)量，mgRa—毫克鐳當(dāng)量（1gRa=1000mgRa）Ci—居里，mCi—毫居里（1Ci=1000mCi）76第七十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

放射性同位素活度與放射強(qiáng)度的關(guān)系也可以用Kγ（照射量率常數(shù)）表示。Kγ表示1居里的點源在距源1米處的照射率，幾種常用射線源的Kr值如下：鈷60：Kγ=1.32R·m2/h·Ci銫137：Kγ=0.328R·m2/h·Ci 銩170:Kγ=0.0013R·m2/h·Ci 銥192：Kγ=0.472R·m2/h·Ci硒75：Kγ=0.204R·m2/h·Ci77第七十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日2、距1mCi源1cm處的照射率：

鈷60：Kγ=13.2R·cm2/h·mCi

銫137：Kγ=3.28R·cm2/h·mCi

銩170:Kγ=0.013R·cm2/h·mCi

銥192：Kγ=4.72R·cm2/h·mCi

硒75：Kγ=2.04R·cm2/h·mCi第七十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日5、X射線和γ射線的不同之處：問答題1.6

⑴、產(chǎn)生機(jī)理不同，X射線是高速電子與物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的；而γ射線是放射性物質(zhì)原子核衰變時放射出來的。⑵、X射線是連續(xù)譜，γ射線是線狀譜；⑶、X射線的能量取決于管電壓，γ射線的能量取決于放射性同位素的種類；⑷、X射線的強(qiáng)度隨管電壓和管電流而變化，γ射線的強(qiáng)度取決于源的大小，且隨時間而不斷減弱。第七十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日80

1.2.4、波粒二象性（略）X射線和γ射線都是電磁波。電磁波具二象性，即波動性和粒子性。波動性是指電磁波在傳播過程中會發(fā)生反射、折射、干涉、衍射和偏振等現(xiàn)象；粒子性是指電磁波（X射線和γ射線）在穿透物質(zhì)的過程會與物質(zhì)發(fā)生光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。第八十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日81

1905年，愛因斯坦提出了關(guān)于光的本性的假說，認(rèn)為光是一粒一粒以光速運(yùn)動的粒子流，這些粒子稱為光子或光量子。光子不帶電荷，不受電磁場的影響，靜止質(zhì)量為零，具有一定的能量。光子能量可用下式表示：

式中：E-光子能量；h-普朗克常數(shù)，h=6.624×10-27爾格·秒；ν-頻率；λ-波長。第八十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日82

可以看出，光子能量與頻率成正比，與波長成反比，頻率越高，波長越短，能量越高。X和γ射線的波長非常短，所以能量非常高，這就是能穿透可見光不能穿透的物質(zhì)的原因。X和γ射線的能量用電子伏（eV）、千電子伏（KeV）和兆電子伏（MeV）表示，1MeV=103KeV=106eV。物理學(xué)中用焦耳或爾格作為能量單位，它們和電子伏之間的關(guān)系是：1eV=1.6×10-19爾格=1.6×10-17焦耳射線照相中使用的X和γ射線的能量范圍大約為幾千電子伏到幾兆電子伏。

第八十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日83

1.2.5、射線的種類（略）除X射線和γ射線外，還有：1、電子射線和β射線電子射線和β射線都是由電子組成的。電子射線是利用加速器或其它高壓電場加速電子獲得的；而β射線是β衰變過程中從原子核內(nèi)發(fā)出的電子。其質(zhì)量很小，帶有一個單位負(fù)電荷，其電離作用較小，穿透力較大。2、質(zhì)子射線和α射線質(zhì)子射線和α射線都是帶正電的粒子流。質(zhì)子射線可通過加速器獲得；而α射線是放射性同位素在α衰變過程中從原子核內(nèi)發(fā)出的。α粒子第八十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日84實際上是氦原子核，它由兩個質(zhì)子和兩個中子組成，帶有兩個單位正電荷。由于α粒子質(zhì)量大，帶電量大，運(yùn)動速度慢，所以有很強(qiáng)的電離作用，電離過程中，能量損耗很快，因此其穿透能力很弱，甚至連一張紙都可以將它完全阻擋。3、中子射線中子射線是高速運(yùn)動的中子流，可通過放射性同位素、加速器或核反應(yīng)堆獲得。由于中子不帶電，與原子核沒有排斥作用，所以很容易鉆入原子深處。與X射線和γ射線相比，中子具有獨特的穿透特性。第八十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日85

X射線和γ射線的衰減主要取決于物質(zhì)的原子序數(shù)和密度，而中子的穿透能力則取決于物質(zhì)對中子的俘獲能力。重元素如鉛，對X射線和γ射線衰減很大，但對中子的俘獲能力很小，所以中子在鉛中的穿透厚度很大，而在輕元素如氫中的穿透能力卻很小。因此，中子射線在射線探傷中具有很大的價值，可用于解決X射線和γ射線不能解決的問題。目前，中子射線照相已成功用于火藥、塑料和航天產(chǎn)品的檢驗。隨著經(jīng)濟(jì)和便利的中子源的出現(xiàn)，中子射線照相將獲得廣泛的應(yīng)用。第八十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日861.2.6關(guān)于標(biāo)識X射線的進(jìn)一步討論（略）1.2.7工業(yè)檢測常用放射性同位素的特性（略）

1、Co60：人工放射性同位素，由穩(wěn)定同位素Co59被中子照射后形成。反應(yīng)形式為：

由上述反應(yīng)生成的同位素是不穩(wěn)定的，它放出β粒子而變成同位素Ni60，即：

第八十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日87受激態(tài)的Ni60在連續(xù)放出2個各帶有1.17和1.33MeV的γ光子后轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。半衰期5.3年、Kr照射量率常數(shù)為1.32R·m/(h·Ci)、實際比活度50Ci/g，有鐵磁性。

2、Cs137U235分裂時的一種產(chǎn)物。當(dāng)U235分裂時，約有6.3%的產(chǎn)物為Cs137。在β衰變過程中，約有92%的Cs137核轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗顟B(tài)的Ba137，約有8%的Cs137核轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)的Ba137。受激狀態(tài)的Ba137轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)時放出0.661MeV的γ射線。

半衰期5.3年、Kr照射量率常數(shù)為0.32R·m/(h·Ci)、實際比活度25Ci/g。實際使用的放射源是Cs137的化合物CsCl。

第八十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日88

3、Ir192:人工放射性同位素Ir192是Ir191俘獲熱中子而得到的。

Ir192經(jīng)上述反應(yīng)仍不穩(wěn)定，其中96%的核素經(jīng)β衰變過渡到，另外4%經(jīng)K俘獲過渡到從不穩(wěn)定狀態(tài)過渡到穩(wěn)定狀態(tài)時放出多種不同能量的γ射線。

半衰期74.4天、Kr照射量率常數(shù)為0.472R·m/(h·Ci)、實際比活度350Ci/g。第八十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日89

4、Tm170熱中子照射穩(wěn)定同位素Tm169時，形成人工放射性同位素Tm170。衰變時，約76%的Tm170放射β粒子而變?yōu)榉€(wěn)定的同位素Yh170；約24%的Tm170放射β粒子而形成處于受激狀態(tài)的Yh170。在轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)時，約有3%放出能量為0.084MeV的γ射線，約5%通過內(nèi)轉(zhuǎn)換發(fā)射K層軌道電子，隨后發(fā)生電子躍遷發(fā)射52KeV的標(biāo)識X射線。半衰期128天、Kr照射量率常數(shù)為0.0014R·m/(h·Ci)、實際比活度1000Ci/g。第八十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日90

5、Se75將元素Se74或其化合物放入反應(yīng)堆中受中子照射，通過中子俘獲反應(yīng)得到Se75。Se75衰變方式為軌道電子俘獲。即原子核俘獲一個核外電子變成原子序數(shù)為33的As75，隨即放出γ射線。Se75原子序數(shù)為34，半衰期120.4天、Kr照射量率常數(shù)為0.202R·m/(h·Ci)、實際比活度1.45×104Ci/g。第九十頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.3、射線與物質(zhì)的相互作用X射線和γ射線穿透物質(zhì)時，其強(qiáng)度會因物質(zhì)的吸收和散射而減弱，吸收和散射是由于射線與物質(zhì)的相互作用而產(chǎn)生的。

X射線和γ射線與物質(zhì)的相互作用方式主要有三種，即光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)。1.3.1光電效應(yīng)當(dāng)光子與物質(zhì)的束縛電子作用時，光子把全部能量給束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身則消失掉，這種現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)。光電效應(yīng)發(fā)射出去的電子叫光電子。91第九十一頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日92第九十二頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

光電效應(yīng)過程中，光子的一部分能量消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離能（電子在原子中的逸出能），另一部分就作為光電子的動能。所以發(fā)生光電效應(yīng)的條件是光子能量必須大于電子的逸出能，即。發(fā)生光電效應(yīng)時，由于原子的內(nèi)層電子被擊出，使原子處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)原子恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時，發(fā)出標(biāo)識X射線（又稱次級X射線或熒光X射線）。光電效應(yīng)的發(fā)生機(jī)率隨光子能量的增大而減小，物質(zhì)原子序數(shù)的增大而增大。光子能量大約在10Kev左右時，光電效應(yīng)占絕對優(yōu)勢，能量超過10kev時，光電效應(yīng)逐漸減少。93第九十三頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

1.3.2康普頓效應(yīng)當(dāng)光子與原子外層電子作用時，將部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使之脫離原子，成為反沖電子，入射光子失去部分能量，變成能量較低的光子，并改變原來的方向，成為散射光子，這種現(xiàn)象稱為康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)中產(chǎn)生的散射光子叫做康普頓散射，其方向與入射光子的能量有關(guān)，入射光子能量越高，散射線的方向與入射光子越接近，反之，從入射方向偏離越大。94第九十四頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日95第九十五頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

康普頓效應(yīng)的發(fā)生機(jī)率與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射線的能量有關(guān)。

由于輕元素的外層電子受核束縛較弱，所以原子序數(shù)低的物質(zhì)發(fā)生機(jī)率大。

射線能量在1MeV以下時，發(fā)生機(jī)率隨能量增大而增大，1MeV左右，射線強(qiáng)度的衰減幾乎都是由康普頓效應(yīng)引起的，射線能量超過1MeV時，發(fā)生機(jī)率隨能量增大而減小。96第九十六頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.3.3電子對效應(yīng)

當(dāng)入射光子的能量大于兩個電子的靜止質(zhì)量,即大于1.02MeV時,光子在原子核附近經(jīng)過,受核庫侖場的作用,轉(zhuǎn)化為一個正電子和一個負(fù)電子,這種過程稱為電子對效應(yīng)。正電子在物質(zhì)中運(yùn)動，逐漸損失能量，最終與一個電子結(jié)合，轉(zhuǎn)化為兩個能量0.51MeV的光子，這種現(xiàn)象稱為電子對湮沒。光電效應(yīng)的發(fā)生機(jī)率隨原子序數(shù)和入射線能量的增大而增大，在高能射線照相中，引起射線強(qiáng)度衰減的主要因素是電子對效應(yīng)。97第九十七頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日98第九十八頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日1.3.4瑞利散射入射光子與束縛較牢固的內(nèi)層軌道電子發(fā)生彈性碰撞而產(chǎn)生的散射叫做瑞利散射，也稱相干散射。當(dāng)入射光子與內(nèi)層電子碰撞時，電子吸收光子能量躍遷到高能級，隨即又放射出一個散射光子，其波長與入射光子相同。瑞利散射的幾率隨物質(zhì)原子序數(shù)的增大而增大，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。1.3.5各種效應(yīng)相對發(fā)生幾率光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)和電子對效應(yīng)的發(fā)生幾率與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射光子的能量有關(guān)。一般說來：99第九十九頁，共一百一十三頁，2022年，8月28日

a、低能射線和高原子序數(shù)物質(zhì)，光電效應(yīng)占優(yōu)勢；b、中等能量射線和低原子序數(shù)物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢；