射線(xiàn)檢測(cè)物理基礎(chǔ)

關(guān)于射線(xiàn)檢測(cè)物理基礎(chǔ)第1頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(hào)表示（119種）CCOFe2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。第2頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2原子的構(gòu)成:*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(dòng)；電子在一定軌道上繞核運(yùn)動(dòng)。

鐵原子銫原子第3頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（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?。ㄒ蝗f(wàn)萬(wàn)噸?。┫鄬?duì)原子質(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?0-8cm數(shù)量級(jí)。

原子核半徑10-13cm數(shù)量級(jí)。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(duì)原子質(zhì)量第4頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）電荷：原子核帶正電；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6060=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(chēng)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）。第5頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

穩(wěn)定

核素

不穩(wěn)定自發(fā)放出α、β或γ射線(xiàn)變?yōu)榱硪环N元素放射性核素獲得：※Z≥83※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(duì)原子質(zhì)量不同）的各種原子互為同位素。

pie

氕dao氘chuan氚第6頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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α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(xiàn)狀光譜第7頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(jí)，各能級(jí)的能值都是確定的。正常情況下電子在能級(jí)最低的軌道上運(yùn)行，這時(shí)的原子狀態(tài)稱(chēng)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(jí)跳到較高能級(jí)，這一過(guò)程稱(chēng)作躍遷，這時(shí)的原子狀態(tài)稱(chēng)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(jí)：hυ=En-EmEn、Em分別為較高、較低能級(jí)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。第8頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第9頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(chēng)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(jí)軌道進(jìn)入高能級(jí)軌道，該過(guò)程稱(chēng)為激發(fā)；此時(shí)原子處于高能量狀態(tài)，稱(chēng)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(dòng)的回到穩(wěn)定狀態(tài)即回到基態(tài)；該過(guò)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(guò)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)軌道的運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為躍遷（包括從低到高；或從高到低的運(yùn)動(dòng)）；*能級(jí)：用平行線(xiàn)表示核外電子所處的能量級(jí)別稱(chēng)為能級(jí)，外殼層能級(jí)最高，但外殼層上的電子結(jié)合能最低。第10頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1901年-W.KRontgen(倫琴)德國(guó)-發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)（物理）東尼1903年：安·亨利·貝克勒爾（法國(guó)）發(fā)現(xiàn)天然放射性；皮埃爾·居里（法國(guó)）、瑪麗·居里（波蘭裔法國(guó)人）發(fā)現(xiàn)并研究放射性元素釙和鐳1904年：瑞利（英國(guó)）氣體密度的研究和發(fā)現(xiàn)氬1906年：約瑟夫·湯姆生（英國(guó)）對(duì)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(guó)人）首先提出放射性元素的蛻變理論1911年M.居里（法國(guó)人）發(fā)現(xiàn)鐳和釙因?qū)射線(xiàn)、放射性物質(zhì)及應(yīng)用作出貢獻(xiàn)而獲諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家第11頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1914年-M.VLaue(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(xiàn)分析晶體結(jié)構(gòu)（物理）1917年-C.GBarkla(巴克拉)-發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)對(duì)元素的特征發(fā)射（物理）1921年：阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（德國(guó)）他對(duì)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.GSiegbahn(塞格巴恩)-（瑞典）研究X射線(xiàn)光譜學(xué)（物理）1925年：弗蘭克·赫茲（德國(guó)）發(fā)現(xiàn)原子和電子的碰撞規(guī)律1927年-A.HCompton(康普頓)-發(fā)現(xiàn)散射X射線(xiàn)的波長(zhǎng)變化（物理）1929年：路易·維克多·德布羅意（法國(guó)）發(fā)現(xiàn)電子的波動(dòng)性1935年：詹姆斯·查德威克（英國(guó)）發(fā)現(xiàn)中子1936年-P.J.WDebye(德拜)-X射線(xiàn)偶極矩和衍射及氣體中的電子研究（化學(xué)）1946年-H.IMuller(馬勒)-X射線(xiàn)輻照引起變異（生理學(xué)或醫(yī)學(xué)）第12頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二原子核（了解）原子核的構(gòu)成

原子核=質(zhì)子+中子r∝A1/3

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。第13頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(wú)關(guān)，無(wú)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(kù)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(duì)結(jié)合和對(duì)對(duì)結(jié)合第14頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核的穩(wěn)定性取決于質(zhì)子與中子數(shù)量的組合

對(duì)于小質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1

對(duì)于大質(zhì)量數(shù)的核，N/Z=1.6

不穩(wěn)定核素放射性衰變4α衰變*放射性原子核釋放出α粒子的過(guò)程稱(chēng)為α衰變。*α衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化：α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α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。*α粒子所形成的α射線(xiàn)是一種電離輻射。第15頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5β衰變*放射性原子核釋放出β粒子的過(guò)程稱(chēng)為β衰變。*β衰變后，原子核內(nèi)核子數(shù)的變化：

β粒子是電子,一次β衰變：質(zhì)子數(shù)增加一個(gè)，原子量不變。6γ衰變(輻射)*放射性原子核釋放出γ光子的過(guò)程稱(chēng)為γ衰變(輻射)。γ衰變通常是在α衰變和β衰變過(guò)程中發(fā)生的。并非每一個(gè)α衰變和β衰變都釋放γ光子。γ射線(xiàn)的釋放不影響原子核的核子數(shù)，僅減少原子核的強(qiáng)度。

第16頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第17頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第二節(jié)射線(xiàn)的種類(lèi)和性質(zhì)一、X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)的本質(zhì)與性質(zhì)（理解）1本質(zhì)：電磁波*X射線(xiàn)、γ射線(xiàn)、可見(jiàn)光、無(wú)線(xiàn)電波、紅外線(xiàn)都是電磁波*X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)是波長(zhǎng)較短的電磁波；區(qū)別在于波長(zhǎng)不同以及產(chǎn)生方法不同。第18頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2波動(dòng)關(guān)系：λ=C/υλ（波長(zhǎng)A），C（光速），υ（頻率）3波長(zhǎng)單位：埃A=10-8cm；納米nm=10-7cm.4X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)性質(zhì)：（1）不可見(jiàn)，在真空中以光速傳播；（2）不帶電，不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)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)。第19頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月X射線(xiàn)的產(chǎn)生產(chǎn)生機(jī)理：作加速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子將產(chǎn)生電磁輻射。X射線(xiàn)管內(nèi)高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶原子碰撞時(shí)，與原子核外庫(kù)侖場(chǎng)作用，而產(chǎn)生電磁輻射，稱(chēng)為韌致輻射。

連續(xù)譜最短波長(zhǎng)與外加電壓有關(guān)

X射線(xiàn)譜

特征譜波長(zhǎng)位置取決于靶材料第20頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)X射線(xiàn)（白色X射線(xiàn)，多色X射線(xiàn)）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(shuō)是與原子核的庫(kù)倫場(chǎng)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(xiàn)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(zhǎng)λmin=12.4/V（?）,連續(xù)譜中最大強(qiáng)度對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)λIM=1.5λmin

連續(xù)X射線(xiàn)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(xiàn)增大I變大Z越高核庫(kù)侖場(chǎng)越強(qiáng)軔致輻射作用越強(qiáng)I變大

第21頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、

連續(xù)X射線(xiàn)譜及最短波長(zhǎng)：1.管電流變；2.管電壓變；3.濾波的影響；4.Z的影響影響強(qiáng)度的因素U、Z、i第22頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3

、連續(xù)X射線(xiàn)的效率（轉(zhuǎn)換效率）：

連續(xù)X射線(xiàn)強(qiáng)度KZiU2*計(jì)算公式η=--------------------=KUZ*電功率iU*

K值：K=1.1～1.4×10-9/v；K=1.1--1.4×10-6/Kv*影響轉(zhuǎn)換效率的因素K、U、Z*例：Z=74；U=200；求ηη=1.4×10-6×74×200=2%

第23頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（5）X射線(xiàn)管采用金屬鎢作靶的原因：X射線(xiàn)管采用金屬鎢作靶的原因：☆Z=74較大，產(chǎn)生X射線(xiàn)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(xiàn)管保持高的真空度；☆鎢具有良好的導(dǎo)熱性。第24頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)（特征X射線(xiàn)，線(xiàn)狀X射線(xiàn)，單色X射線(xiàn)）標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)產(chǎn)生機(jī)理

V>VK

標(biāo)識(shí)譜VK激發(fā)電壓不同靶材VK各不相同第25頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)X射線(xiàn)。產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)的條件：管電壓>某一臨界值時(shí)，才能產(chǎn)生標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)。標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)強(qiáng)度少，能量低，在工業(yè)射線(xiàn)檢測(cè)中不起作用。2標(biāo)識(shí)譜特征1、每一譜線(xiàn)都有特定的波長(zhǎng)，電子撞擊的物質(zhì)不同，這些特定波長(zhǎng)的值也不同。2、特征譜可以分成若干系，每一系的譜線(xiàn)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(guò)激發(fā)電壓時(shí)，才能產(chǎn)生該系的特征譜線(xiàn)。第26頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四連續(xù)X射線(xiàn)與標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)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(xiàn)管產(chǎn)生的X射線(xiàn)包括：連續(xù)X射線(xiàn)和標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)五γ射線(xiàn)（理解）1產(chǎn)生原理γ射線(xiàn)是放射性同位素經(jīng)過(guò)α或β衰變后，在激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過(guò)渡的過(guò)程中從原子核內(nèi)發(fā)出的。*放射性同位素產(chǎn)生α或β衰變之后，若仍處于高能級(jí)的激發(fā)狀態(tài)，必定要釋放多余的能量回到低能級(jí)的穩(wěn)定狀態(tài)（基態(tài)），這時(shí)發(fā)射γ射線(xiàn)。第27頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月核內(nèi)能級(jí)之間的躍遷與核外電子躍遷相同點(diǎn)：放出光子，hυ=En-Em不同點(diǎn)：核外電子躍遷hυneV～

核內(nèi)能級(jí)躍遷hυnKeV～n10MeVγ射線(xiàn)能量取決于放射性同位素種類(lèi)，γ射線(xiàn)能譜為線(xiàn)狀譜，譜線(xiàn)只出現(xiàn)在特定波長(zhǎng)的若干點(diǎn)上。一種放射性同位素放出多種能量射線(xiàn)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(huì)衰減，不隨時(shí)間而改變nKeV第28頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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-λt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）；λ--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(chēng)為該同位素的半衰期。記以T’。第29頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月*半衰期公式的推導(dǎo)：N1------=----=e-λT’No2二邊取自然對(duì)數(shù)，Ln(1/2)=-λT’---->Ln2=0.693所以：0.693

T’=--------

λ

例：Co60T’=5.3年λ=0.693/5.3年=0.130/年*半衰期的簡(jiǎn)便計(jì)算公式N1-------=(---)t/T’（t/T’）即有多少個(gè)半衰期No2第30頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3γ射線(xiàn)的能量能量決定穿透力*穿透力取決于源的種類(lèi)和性質(zhì)4γ射線(xiàn)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(xiàn)有兩種不同類(lèi)型：一種是帶正電的射線(xiàn)，極易吸收的，他稱(chēng)之為α射線(xiàn)；另一種帶負(fù)電的射線(xiàn)，有較強(qiáng)的穿透能力，他稱(chēng)之為β射線(xiàn)。1900年由法國(guó)科學(xué)家P.V.維拉德（PaulUlrichVillard）發(fā)現(xiàn)，將含鐳的氯化鋇通過(guò)陰極射線(xiàn)，從照片記錄上看到輻射穿過(guò)0.2毫米的鉛箔，拉塞福稱(chēng)這一貫穿力非常強(qiáng)的輻射為γ射線(xiàn)，第31頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5X射線(xiàn)和γ射線(xiàn)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(duì)人和生物造成危害；*（5）穿過(guò)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；*γ--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；*γ--隨時(shí)間變化；*（4）波譜形式不同。第32頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用射線(xiàn)強(qiáng)度減弱散射吸收射線(xiàn)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(duì)效應(yīng)第33頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(lèi)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(jí)躍遷到高能級(jí)，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(dòng)并釋放出與入射光子能量相同的散射線(xiàn)。外層電子通常認(rèn)為是自由電子。

第34頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月瑞利散射效應(yīng)示意圖瑞利散射特點(diǎn)散射過(guò)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(xiàn)與入射線(xiàn)波長(zhǎng)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)σ∝Z2σ隨能量增大急劇減小第35頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第36頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二光電效應(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(chēng)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；*hυ=Ee+Ei*入射光子能量=電子動(dòng)能+電子結(jié)合能*產(chǎn)生光電效應(yīng)的條件是hυ>Ei入射光子能量>電子結(jié)合能第37頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月海因里?！?shù)婪颉ず掌潱℉einrichRudolfHertz，1857年（丁巳年）2月22日－1894年（甲午年）1月1日），德國(guó)物理學(xué)家，于1888年首先證實(shí)了電磁波的存在。并對(duì)電磁學(xué)有很大的貢獻(xiàn)，故頻率的國(guó)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(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)定律Ek=hv-wEk是吸收光子而出射的電子的動(dòng)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(ài)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(guó)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(guó)籍。1905年，獲蘇黎世大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位，愛(ài)因斯坦提出光子假設(shè)，成功解釋了光電效應(yīng)，因此獲得1921年諾貝爾物理獎(jiǎng)，同年，創(chuàng)立狹義相對(duì)論。1915年創(chuàng)立廣義相對(duì)論。[1]第38頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光電效應(yīng)示意圖自由電子：

稱(chēng)為光電子入射光子第39頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2光子不能與自由電子相互作用，不能保持動(dòng)量守衡；3光電效應(yīng)伴隨二次標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)和俄歇電子的發(fā)生；*二次標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)：俄歇電子：二次標(biāo)識(shí)X射線(xiàn)俄歇電子：二次光電子第40頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第41頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第42頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第43頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4光電效應(yīng)發(fā)生的幾率σ*σ∝Z5σ∝1/hυ’即：與原子序數(shù)的5次方成正比，與入射光子能量hυ’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。第44頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三康普頓效應(yīng)（散射）（了解）*康普頓發(fā)現(xiàn)波長(zhǎng)增長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)變長(zhǎng)）并改變運(yùn)動(dòng)方向成為散射線(xiàn)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為康普頓效應(yīng)（散射）。*波長(zhǎng)變長(zhǎng)：Δλ=λ'-λ。*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(dòng)能，剩下的是散射光子的能量。2Δλ=0.0242(1-COSΦ)Δλ與入射光子能量無(wú)關(guān)與Φ有關(guān)第45頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3Δλ與散射角關(guān)系：Φ=0Δλ=0無(wú)散射線(xiàn)Φ=180Δλ=2×0.0242背散射！Φ=90Δλ=0.02424Z越大，康普頓效應(yīng)（散射）的幾率越大；入射光子的能量越大，幾率越小。入射光子散射光子反沖電子φθ外層電子或自由電子康普頓效應(yīng)示意圖第46頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吳有訓(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(guó)近代物理學(xué)奠基人，科學(xué)家，教育家。中國(guó)科協(xié)副主席、中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、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(xiàn)散射研究的開(kāi)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)。第47頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四電子對(duì)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(kù)侖場(chǎng)的作用將產(chǎn)生一對(duì)正、負(fù)電子，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電子對(duì)效應(yīng)。入射光子能量=電子對(duì)靜止質(zhì)量+動(dòng)能*電子質(zhì)能0.511Mev*特征：1電子對(duì)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(duì)的可能性越大。e+e－θKLM電子對(duì)效應(yīng)示意圖φ第48頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

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(guó)核物理研究的開(kāi)拓者，中國(guó)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γ射線(xiàn)通過(guò)重物質(zhì)時(shí)的反常吸收和特殊輻射，這是正負(fù)電子對(duì)的產(chǎn)生和湮滅過(guò)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(jiǎng)授予了1932年在云霧室中觀測(cè)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。第49頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、各種相互作用發(fā)生的相對(duì)幾率各種效應(yīng)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(shì)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(shì)高能量和原子序數(shù)高的物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)第50頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、各種效應(yīng)相互作用發(fā)生的相對(duì)幾率常見(jiàn)材料鐵的各種效應(yīng)發(fā)生幾率10KeV：光電效應(yīng)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)100KeV：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)各占50%1MeV：康普頓效應(yīng)發(fā)生幾率最大10MeV：康普頓效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)各占50%10K100K1M第51頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種效應(yīng)的發(fā)生對(duì)射線(xiàn)檢測(cè)照相底片質(zhì)量的影響提高照相對(duì)比降低照相對(duì)比度：康普頓效應(yīng)光電效應(yīng)電子對(duì)效應(yīng)1MeV左右能量射線(xiàn)照相，其對(duì)比度往往不如較低能量或較高能量的射線(xiàn)照相，這些都是康普頓效應(yīng)的影響造成的。這是一種成像質(zhì)量較差的放射源第52頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月射線(xiàn)的衰減：由于物質(zhì)對(duì)光子的吸收和散射，使得穿過(guò)物質(zhì)的射線(xiàn)強(qiáng)度低于入射線(xiàn)強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱(chēng)為射線(xiàn)衰減。初始X射線(xiàn)強(qiáng)度Io熱能熒光X射線(xiàn)穿透X射線(xiàn)強(qiáng)度I＝Ioe-μT電子散射X射線(xiàn)相干的不相干的光電子反沖電子俄歇電子X(jué)射線(xiàn)與物質(zhì)相互作用示意圖T一次射線(xiàn)第53頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六窄束、單色射線(xiàn)的強(qiáng)度衰減規(guī)律（理解）透射射線(xiàn)和散射線(xiàn)：

穿過(guò)物質(zhì)后射線(xiàn)通常由兩部分組成: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(chēng)為透射射線(xiàn)(又稱(chēng)一次射線(xiàn));另一部份是發(fā)生過(guò)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(chēng)為散射線(xiàn)。射線(xiàn)分類(lèi)(按能量)單色射線(xiàn)：指由單一波長(zhǎng)的電磁波組成的射線(xiàn)，即只含有一種能量的光子，又稱(chēng)單能輻射。是線(xiàn)狀譜。如CO60放射的γ射線(xiàn)就是線(xiàn)狀光譜。連續(xù)譜射線(xiàn)：指包含連續(xù)分布能量的射線(xiàn)，即含有不同能量的光子，或者說(shuō)，包含一段波長(zhǎng)范圍。是一個(gè)連續(xù)譜。例如；通常的X射線(xiàn)就是連續(xù)譜射線(xiàn)。1、單色射線(xiàn)和連續(xù)譜射線(xiàn)第54頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、窄束射線(xiàn)和寬束射線(xiàn)窄束射線(xiàn)：不包括散射線(xiàn)成分在內(nèi)的射線(xiàn)束，又稱(chēng)透射射線(xiàn)。即通過(guò)物質(zhì)后的射線(xiàn)束，僅由未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的光子組成。寬束射線(xiàn)：是包含了散射線(xiàn)成分在內(nèi)的射線(xiàn)束，它既含有未與物質(zhì)發(fā)生相互作用的一次透射線(xiàn)，又含有與物質(zhì)發(fā)生相互作用而產(chǎn)生的散射線(xiàn)。吸收體源鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器探測(cè)器△T獲得窄束輻射的裝置示意圖射線(xiàn)分類(lèi)(考慮散射線(xiàn))第55頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、單色窄束射線(xiàn)衰減規(guī)律衰減公式：線(xiàn)衰變系數(shù)μ：是一個(gè)重要的系數(shù)，其表示入射光子通過(guò)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=Ioe-μTμ第56頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線(xiàn)衰減系數(shù)μ：

線(xiàn)衰減系數(shù)μ與射線(xiàn)光子的能量，物質(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)μm：

對(duì)于同一種物質(zhì)，射線(xiàn)能量不同時(shí)衰減系數(shù)不同。對(duì)于同一能量的射線(xiàn)，通過(guò)不同物質(zhì)時(shí)，其線(xiàn)衰減系數(shù)也不同。μ=μ光電+μ康普頓+μ電子對(duì)

μm=μ/ρ

μ/ρ=KZ3λ3

第57頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月半價(jià)層(半值層)：指入射射線(xiàn)的強(qiáng)度減少一半時(shí)穿過(guò)的吸收物質(zhì)厚度。（或指使入射射線(xiàn)的強(qiáng)度減弱到其值的二分之一時(shí)，穿過(guò)的物質(zhì)厚度），記為T(mén)h。I=Ioe-μd

1/2=I/Io=e-μTh

Th=Ln2/μ=0.693/μ第58頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】1

已知某窄束單能射線(xiàn)穿過(guò)20mm的鋼后，強(qiáng)度減弱到原來(lái)的20％，求該射線(xiàn)在鋼中的線(xiàn)衰減系數(shù)。解1：已知：I/I0=0.20，T=2cm，

線(xiàn)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1cm)，平均發(fā)生各種相互作用的可能性。

由公式：

I＝I0e－μTI/I0＝e－μT

e－μ·2＝0.2

兩邊取自然對(duì)數(shù):lne－μ·2＝ln

0.2

－μ·2＝ln

0.2

故：

μ＝－1/2·ln0.2＝0.80(cm－1)答：-----。第59頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月【例】2

已知某窄束單能射線(xiàn)穿過(guò)20mm的鋼后，強(qiáng)度減弱到原來(lái)的20％，求該射線(xiàn)在鋼中的線(xiàn)衰減系數(shù)。解2：設(shè)射線(xiàn)穿過(guò)n個(gè)半價(jià)層后，強(qiáng)度衰減到原來(lái)的20%，則有：

即20mm（2cm）鋼，相當(dāng)于2.32個(gè)半價(jià)層，

則：半價(jià)層Th厚度為0.86cm。

由公式：Th=0.693/μ，得

μ＝0.693/Th＝0.80(cm－1)答：-----

第60頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七寬束多色射線(xiàn)的強(qiáng)度衰變規(guī)律（了解）

工業(yè)射線(xiàn)檢驗(yàn)中應(yīng)用的不可能是單色窄束射線(xiàn),而是包含著散射線(xiàn)成分在內(nèi)的多色寬束射線(xiàn)。

具有連續(xù)波長(zhǎng)射線(xiàn)(如X射線(xiàn))也稱(chēng)為白色射線(xiàn)。

多色寬束射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，不同能量的射線(xiàn)衰減程度各不相同，因此，窄束單色射線(xiàn)衰減規(guī)律公式將不適應(yīng)。1、散射線(xiàn)和散射比散射線(xiàn)成分熒光X射線(xiàn)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(xiàn))很易被物質(zhì)本身或空氣吸收，一般不會(huì)對(duì)照相的質(zhì)量構(gòu)成影響。照相的質(zhì)量主要影響源第61頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、散射線(xiàn)和散射比寬束射線(xiàn)的強(qiáng)度：散射比：

散射比n的大小與射線(xiàn)能量，穿透物質(zhì)種類(lèi)，穿透厚度等諸多因素有關(guān)。2、平均衰減系數(shù)：n=Is/Ip第62頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、寬束多色射線(xiàn)強(qiáng)度衰減規(guī)律

：

I（寬束）=Is（散射線(xiàn)）+Ip（窄束）=nIp+Ip=（1+n）Ip=（1+n）Ioe-μT第63頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工件源探測(cè)器△TnIp+Ip=（1+n）Ip=（1+n）Ioe-μT

第64頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第四節(jié)射線(xiàn)照相法的原理與特點(diǎn)

射線(xiàn)照相法原理

（掌握）*底片圖像構(gòu)成的二個(gè)基本因數(shù)：黑度與形狀

*決定黑度的是射線(xiàn)的強(qiáng)度變化*決定形狀的是射線(xiàn)的幾何投影

一

強(qiáng)度衰減原理

I0入射強(qiáng)度I0入射強(qiáng)度Ip’缺陷部位一次透射強(qiáng)度Ip完好部位一次透射強(qiáng)度TΔTI

總透射強(qiáng)度第65頁(yè)，課件共72頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月射線(xiàn)照相的對(duì)比度根據(jù)寬束多色射線(xiàn)衰減公式：I=（1+n)I0e-μtIP=I0e-μtIP1

=I0e-μ（T-△T）-μ1△T△I=

IP1-IP=I0e-μ（T-△T）-μ1△T-I0e-μt=I0e-μT(e（μ-μ1）△T-1)△I/

I=（μ-μ1）△T

/(1+n)如果缺陷中的介質(zhì)μ1值與μ值相比非常小,則μ1可以忽略,則上式可以寫(xiě)為△I/