射線(xiàn)檢測(cè)的物理基礎(chǔ)

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1、 射線(xiàn)檢測(cè)的物理基礎(chǔ) 射線(xiàn)檢測(cè)的物理基礎(chǔ)1.1 射線(xiàn)的產(chǎn)生及性質(zhì)1.1 射線(xiàn)的產(chǎn)生及性質(zhì)1.1.1 射線(xiàn)的分類(lèi) 射線(xiàn)是宏觀(guān)上直線(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的微觀(guān)粒子流。物理學(xué)上的射線(xiàn)又稱(chēng)輻射。射線(xiàn)種類(lèi)很多，其性質(zhì)、產(chǎn)生機(jī)理、與物質(zhì)作用時(shí)的行為也各不相同，有人為產(chǎn)生的射線(xiàn)，也有客觀(guān)存在的射線(xiàn)。按射線(xiàn)粒子是否帶有電荷可做如下分類(lèi)：1、帶有電荷的射線(xiàn) 帶有電荷的射線(xiàn)種類(lèi)很多。根據(jù)所帶電荷性質(zhì)不同又可把它們分為帶正電荷的射線(xiàn)和帶負(fù)電荷的射線(xiàn)。前者如：射線(xiàn)、質(zhì)子射線(xiàn)等；后者如射線(xiàn)（電子束）等。2、不帶電荷的射線(xiàn)這類(lèi)射線(xiàn)如 x 射線(xiàn)、射線(xiàn)、中子射線(xiàn)等。這些微觀(guān)粒子本身都不帶電荷，其中中子射線(xiàn)是一種實(shí)際存在的物質(zhì)粒子，有質(zhì)量

2、、大??；而 x、射線(xiàn)是沒(méi)有靜止質(zhì)量、幾何尺寸，但有一定能量的光量子。實(shí)質(zhì)上，x、射線(xiàn)的本質(zhì)都是電磁波的一部分。如圖 1-1 所示：輻射波長(zhǎng) 單位:埃()106 105 104 103 102 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 (105)(104)(103)(102)(10)(1)(10-1)(10-2)(10-3)(10-4)(10-5)(10-6)nm 可 x 射線(xiàn) 無(wú)線(xiàn)電波 紅外線(xiàn) 見(jiàn) 紫外線(xiàn) 射線(xiàn) 宇宙射線(xiàn) 光圖 1-1 電磁波譜 因?yàn)?x、射線(xiàn)不帶電荷，沒(méi)有質(zhì)量，所以它們不受電磁場(chǎng)的影響，在與物質(zhì)作用時(shí)有較強(qiáng)的穿透力，一般射線(xiàn)探傷用的都是 x、射線(xiàn)，而中子射線(xiàn)

3、和高能射線(xiàn)探傷只在很小范圍內(nèi)使用，所以這里只對(duì) x、射線(xiàn)進(jìn)行討論。1.1.2 射線(xiàn)的產(chǎn)生1、X 射線(xiàn)（亦稱(chēng)“倫琴射線(xiàn)”）的產(chǎn)生 根據(jù)經(jīng)典的電磁理論，高速運(yùn)動(dòng)的帶電粒子受阻會(huì)產(chǎn)生電磁輻射，亦稱(chēng)韌致輻射。在射線(xiàn)管兩極高電壓的作用下，從陰極發(fā)出的電子會(huì)得到加速，高速運(yùn)動(dòng)的電子在受到陽(yáng)極靶的阻遏時(shí)將產(chǎn)生韌致輻射，使一部分能量轉(zhuǎn)變成 x 射線(xiàn)，而絕大部分則以熱能形式釋放出來(lái)。產(chǎn)生 x 射線(xiàn)的基本條件：(1)要有一定數(shù)量的電子(2)電子向一定方向高速運(yùn)動(dòng)(3)在電子前進(jìn)的路徑上，有阻止電子運(yùn)動(dòng)的障礙物。2、射線(xiàn)的產(chǎn)生質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的元素稱(chēng)為同位素。同位素有穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種，不穩(wěn)定同位素也叫放射性同

4、位素，它會(huì)自發(fā)蛻變，變成另一種元素，同時(shí)放出各種射線(xiàn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為放射性衰變。射線(xiàn)是放射性同位素經(jīng)過(guò)衰變（或）后，從激發(fā)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)過(guò)度的過(guò)程中，從原子核內(nèi)發(fā)出的。以放射性同位素 Co60 為例，Co60 經(jīng)過(guò)一次衰變成為處于 2.5 兆電子伏特激發(fā)態(tài)的Ni60，隨后放出能量分別為 1.17MeV 和 1.33MeV 的兩種射線(xiàn)而躍遷到基態(tài)。1.1.3 射線(xiàn)的特性1、射線(xiàn)的能量與強(qiáng)度能量是指單個(gè)的光量子的能量或多個(gè)光量子的能量的平均值。光量子的能量（E）與頻率（）成正比。E=h=hc/(1.1)式中 射線(xiàn)的波長(zhǎng) c 射線(xiàn)傳播速度 h普朗克常數(shù)(h=6.62510-34)X 射線(xiàn)的能量由射線(xiàn)管兩端

5、所加的電壓決定。射線(xiàn)的能量由放射性同位素的種類(lèi)決定。一種放射性同位素可能放出許多種能量的射線(xiàn)，對(duì)此取其所輻射的所有能量的平均值作為該同位素的輻射能量。例如 Co60 的平均能量為（1.17+1.33）/2=1.25MeV。能量越高,線(xiàn)質(zhì)越硬,穿透力越強(qiáng)。x、射線(xiàn)的強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的所有光量子的能量和。2、射線(xiàn)的譜線(xiàn)特征 （1）X 射線(xiàn)X 射線(xiàn)是由于韌致輻射所產(chǎn)生的，所以 它的本質(zhì)是電磁波，圖 1-2 是 x 射線(xiàn)的波譜分布圖，從 圖 中 可 以 看 出 x 射 線(xiàn) 分 為 連 續(xù) 譜 和標(biāo)識(shí)譜（特征譜）。0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 波長(zhǎng) 10相 對(duì) 8強(qiáng) 6 度

6、4 2 鎢靶 35KV (Z=74)鉬靶 35KV(Z=42)當(dāng)電子（撞擊陽(yáng)極靶）能量（kev）不超過(guò)某一限定（靶金屬 k 層結(jié)合能）時(shí)，僅為連續(xù)譜；如超過(guò)某一限度則除連續(xù)譜以外，還迭加一些標(biāo)識(shí)譜。圖 1-2 x 射線(xiàn)波譜分存布 連續(xù)譜的產(chǎn)生及特點(diǎn) 大量電子與靶相撞，減速過(guò)程各不相同，少量電子經(jīng)一次減速就失去全部動(dòng)能，而大多數(shù)電子經(jīng)多次制動(dòng)逐步喪失動(dòng)能，這就使得能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中所發(fā)出的電磁輻射可以具有各種波長(zhǎng)，因此 x 射線(xiàn)的波譜呈連續(xù)分布。連續(xù)譜存在著一個(gè)最短波長(zhǎng)min,其數(shù)值只依賴(lài)于外加電壓 V 而與靶材料無(wú)關(guān)，如果一個(gè)電子在電場(chǎng)中得到動(dòng)能 E=eV 與靶一次撞擊,這些動(dòng)能全部轉(zhuǎn)換為輻射能，

7、則輻射的波長(zhǎng)可按下式計(jì)算。E=eV=h=hc/min (1.2)則 )A()kV(V4.12)m(V104.12eVhc7min (1.3)式中：h普朗克常數(shù)(h=6.62510-34)；C光速(c=3108m)；e電子 電量(e=1.610-19)；V管電壓(單位：千伏)連續(xù)譜中最大強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng) IM=1.5min (1.4)在實(shí)際檢測(cè)中，以最大強(qiáng)度波長(zhǎng)IM為中心的鄰近波段的射線(xiàn)起主要作用。連續(xù) x 射線(xiàn)的總強(qiáng)度 IT可用連續(xù)譜曲線(xiàn)下所包含的面積表示（積分法）。試驗(yàn)證明，IT與管電流 i，管電壓 V，靶材料原子序數(shù) Z 有以下關(guān)系：IT=KiiZV2 (1.5)式中，Ki比例常數(shù)，Ki1.

8、11.4109 管電流越大，表明單位時(shí)間撞擊靶的電子數(shù)越多；管電壓增加時(shí)，雖然電子數(shù)目未變，但每個(gè)電子所獲得的能量增大，因而短波成份射線(xiàn)增加，且碰撞發(fā)生的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程增加；靶材料的原子序數(shù)越高，核庫(kù)侖場(chǎng)越強(qiáng)，韌致輻射作用越強(qiáng)，所以靶一般采用高原子序數(shù)的鎢制作。上述關(guān)系可參見(jiàn)圖 1-2 和 1-3。相 相 對(duì) 對(duì) 強(qiáng) 強(qiáng) 度 度 I I min min1min2 10mA 5mA 8 10mA 200KV 100KV 100KV (a)不同管電流 (b)不同管電壓圖 1-3 x 射線(xiàn)譜 X 射線(xiàn)的產(chǎn)生效率等于連續(xù) x 射線(xiàn)的總強(qiáng)度 IT與管電壓 V 和管電流 i 的乘積之比，即：VZKiViZV

9、KVIi2iIT (1.6)可見(jiàn) x 射線(xiàn)的產(chǎn)生效率與管電壓和靶材料原子序數(shù)成正比。在其他條件相同的情況下，管電壓越高，x 射線(xiàn)的產(chǎn)生效率越高；管電壓的高壓波形越近恒壓，x 射線(xiàn)的產(chǎn)生效率也越高。當(dāng)電壓為 100KV 時(shí)，x 射線(xiàn)的轉(zhuǎn)換效率約為 1%，而產(chǎn)生 4MeVx 射線(xiàn)的加速器，其轉(zhuǎn)換效率約為 36%。由于輸入能量絕大部分轉(zhuǎn)換為熱能，所以 x 射線(xiàn)管必須有良好的冷卻裝置，以保證陽(yáng)極不被燒壞。標(biāo)識(shí)譜的產(chǎn)生和特點(diǎn) 當(dāng) x 射線(xiàn)管兩端所加的電壓超過(guò)某個(gè)臨界值 VK時(shí)，波譜曲線(xiàn)上除連續(xù)譜外，還將在特定波長(zhǎng)位置出現(xiàn)強(qiáng)度很大的線(xiàn)狀譜線(xiàn)，這種線(xiàn)狀譜的波長(zhǎng)只依賴(lài)于陽(yáng)極靶面的材料，而與管電壓和管電流無(wú)關(guān)，

10、因此，把這種標(biāo)識(shí)靶材料特征的波譜稱(chēng)為標(biāo)識(shí)譜，VK稱(chēng)為激發(fā)電壓。不同靶材的激發(fā)電壓各不相同，例如圖 1-2 中，管電壓 35KV 時(shí)，低于鎢的激發(fā)電壓（Vk=69.34KV）高于鉬的激發(fā)電壓（Vk=20.0KV）,所以，鉬靶的波譜上有標(biāo)識(shí)譜而鎢靶的波譜上沒(méi)有標(biāo)識(shí)譜。標(biāo)識(shí) x 射線(xiàn)強(qiáng)度只占 x 射線(xiàn)總強(qiáng)度極少一部分，能量也很低，所以在工業(yè)射線(xiàn)檢測(cè)中，標(biāo)識(shí)譜不起什么作用。（2）射線(xiàn)射線(xiàn)的光譜稱(chēng)為線(xiàn)狀譜，譜線(xiàn)只出現(xiàn)在特定波長(zhǎng)的若干點(diǎn)上。如圖。1.0 相 0.8 1.17Mev 1.33Mev對(duì) 0.6強(qiáng) 0.4度 0.2 0.5 1.0 1.5 2.0(Mev)衰變規(guī)律及半衰期 放射性同位素的原子核衰

11、變是自發(fā)進(jìn)行的，對(duì)于任意一個(gè)放射性核，它何時(shí)衰變具有偶然性，不可預(yù)測(cè)，但對(duì)于足夠多的放射性核的集合，它的衰變規(guī)律服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，是十分確定的。放射性同位素衰變掉原有核一半所需時(shí)間，稱(chēng)為半衰期，用 T1/2表示，當(dāng) t=T1/2時(shí),N=N0/2,由式（1.8）式可得 T1/2=ln2/=0.693/(1.9)T1/2也反映了放射性物質(zhì)的固有屬性，值越大，T1/2越小。幾種常用源探傷常用的源目前多采用人工放射性同位素制造,通常所用源有 Co60(鈷)、Cs137(銫)、Ir192(銥)、Tm170(銩)等,其特性與參數(shù)見(jiàn)表 2-2。1.1.4 X 射線(xiàn)和射線(xiàn)的性質(zhì) 1、X 射線(xiàn)、射線(xiàn)的性質(zhì) X 射線(xiàn)

12、、射線(xiàn)就其本質(zhì)而言都是電磁波，正因它們是比可見(jiàn)光波長(zhǎng)更短的電磁波，所以除了具有一些可見(jiàn)光所具有的特性外，還有其特有的性質(zhì)，概括起來(lái)，它們有如下性質(zhì)：(1)不可見(jiàn)，以光速直線(xiàn)傳播。(2)不帶電荷，不受電磁場(chǎng)的干擾。(3)能穿透金屬等可見(jiàn)光不能穿透的物質(zhì)。(4)有反射、折射、衍射、干射現(xiàn)象，但不太明顯。(5)能被物質(zhì)吸收和散射。(6)能使氣體電離。(7)能使某些物質(zhì)發(fā)生熒光作用。(8)能使膠片感光。(9)能殺傷有生命的細(xì)胞。2、X 射線(xiàn)、射線(xiàn)在探傷應(yīng)用中的比較 X 射線(xiàn)、射線(xiàn)它們的相同點(diǎn)是都屬于電磁波，而不同之處在于它們產(chǎn)生機(jī)理不同。X射線(xiàn)是由于高速運(yùn)動(dòng)的電子被阻遏時(shí)的躍遷產(chǎn)生的，而射線(xiàn)是由于放射

13、性同位素在自發(fā)衰變時(shí)原子核能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生的。正是由于它們的產(chǎn)生機(jī)理不同，所以它們?cè)谔絺芯透饔袃?yōu)缺點(diǎn)。(1)x 射線(xiàn)可通過(guò)調(diào)節(jié)管電壓、管電流透照在穿透情況下的任意厚度，而射線(xiàn)的能量只取決于源的種類(lèi)，對(duì)同種源來(lái)講射線(xiàn)能量和穿透能力一般是固定的。(2)射線(xiàn)與 x 射線(xiàn)相比，它的波長(zhǎng)更短，穿透能力更強(qiáng)。但物質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的吸收要比 x射線(xiàn)弱，所以用射線(xiàn)拍出的底片對(duì)比度小。又因?yàn)樯渚€(xiàn)源的焦點(diǎn)就是放射性同位素的幾何尺寸，所以往往焦點(diǎn)比 x 射線(xiàn)機(jī)焦點(diǎn)要大，所以得到底片的幾何不清晰度較大。(3)射線(xiàn)源發(fā)出的射線(xiàn)在整個(gè)空間中都有，而對(duì) x 射線(xiàn)機(jī)即使周向機(jī)也只有在一個(gè)環(huán)周上有射線(xiàn)的存在，所以對(duì)于大型容器，尤其

14、是球型容器，射線(xiàn)的效率要比 x 射線(xiàn)機(jī)的效率高。(4)因?yàn)?x 射線(xiàn)機(jī)受電力支配，而射線(xiàn)源不需電源，不需冷卻，所以對(duì)于缺少電源缺少自來(lái)水的現(xiàn)場(chǎng)工地，射線(xiàn)比 x 射線(xiàn)機(jī)更方便,更因?yàn)樯渚€(xiàn)源比一般 x 射線(xiàn)機(jī)要小巧,所以對(duì)一些形狀特殊的工作,射線(xiàn)探傷更是顯出其優(yōu)越性。(5)因?yàn)樯渚€(xiàn)射線(xiàn)設(shè)備不能隨意關(guān)閉，所以從安全因素上對(duì)環(huán)境污染與操作方面十分麻煩，防護(hù)與管理上的要求也更高。1.2 射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用1.2 射線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用 射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，會(huì)與物質(zhì)發(fā)生相互作用而強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致強(qiáng)度減弱的原因可分為兩類(lèi)，即吸收和散射。吸收是一種能量轉(zhuǎn)換，光子的能量被物質(zhì)吸收后變?yōu)槠渌问降哪芰浚簧⑸鋾?huì)使光子的運(yùn)

15、動(dòng)方向改變。在 x 射線(xiàn)和射線(xiàn)能量范圍內(nèi)，光子與物質(zhì)作用的主要形式有：光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)，當(dāng)光子能量較低時(shí)，還必須考慮瑞利散射。射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)的強(qiáng)度衰減遵循指數(shù)規(guī)律，衰減情況不僅與吸收物質(zhì)的性質(zhì)和厚度有關(guān)，而且還取決于輻射自身的性質(zhì)。1.2.1 光電效應(yīng) 當(dāng)光子與物質(zhì)原子的束縛電子作用時(shí)，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身消失掉，這一過(guò)程稱(chēng)為光電效應(yīng)，光電效應(yīng)發(fā)射出的電子叫光電子，該過(guò)程如圖 1-5 所示。原了吸收了光子的全部能量,其中一部分消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離能(電子在原子中的結(jié)合能),另一部分就作為光電子的動(dòng)能。所以，發(fā)生光電效應(yīng)的前提條

16、件是光子能量必須大于電子的結(jié)合能。釋放出來(lái)的光電子能量 Ee與入射光子能量 h以及電子所在殼層的結(jié)合能 Ei之間有如下關(guān)系：Ee=h-Ei （1.10）光電效應(yīng)的發(fā)生幾率與射線(xiàn)能量和物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān),它隨著光子能量增大而減小,隨著原子序數(shù) Z 的增大而增大。原子核 原子 反沖電子 e 入射光子 h 入射光子 h 電子 e-光電子 散射光子 h 圖 1-5 光電效應(yīng)的示意圖 圖 1-6 康普頓效應(yīng)的示意圖1.2.2 康普頓效應(yīng) 在康普頓效應(yīng)中,光子與電子發(fā)生非彈性碰撞,一部分能量轉(zhuǎn)移給電子,使它成為反沖電子,而散射光子的能量和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化,如圖 1-6 所示,h和 h為入射和散射光子能量,為

17、散射光子與入射光子方向間夾角,稱(chēng)為散射角,為反沖電子的反沖角?？灯疹D效應(yīng)總是發(fā)生于自由電子或原子的束縛最松的外層電子上，入射光子的能量和動(dòng)量由反沖電子和散射光子兩者之間進(jìn)行分配，散射角越大，散射光子的能量越小，當(dāng)散射角為 1800時(shí)，散射光子能量最小。康普頓效應(yīng)的發(fā)生機(jī)率大致與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，與光子能量成反比。1.2.3 電子對(duì)效應(yīng) 當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過(guò)時(shí)，在原子核的庫(kù)侖場(chǎng)作用下，光子轉(zhuǎn)化為一個(gè)正電子和一個(gè)負(fù)電子，這種過(guò)程稱(chēng)為電子對(duì)效應(yīng)，如圖 1-7 所示。根據(jù)能量守恒定律，只有當(dāng)入射光子能量 h大于 2m0C2即 h1.02MeV 時(shí)，才能發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)，入射光子的能量除一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)

18、電子對(duì)的靜止質(zhì)量（1.02MeV）外,其余就作為它們的動(dòng)能。與光電效應(yīng)相似，電子對(duì)效應(yīng)除涉及入射光子和電子對(duì)外，必須有一個(gè)第三者原子核參加，才能滿(mǎn)足動(dòng)量和能量守恒。e+原子核 正負(fù)電子對(duì) 入射光子 h e_ 圖 1-7 在原子核庫(kù)侖場(chǎng)中的電子對(duì)效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng)產(chǎn)生的快速正電子和電子一樣,在吸收物質(zhì)中通過(guò)電離損失和輻射損失消耗能量,很快被慢化,然后與吸收物質(zhì)中一個(gè)電子相互轉(zhuǎn)化為兩個(gè)能量為 0.51MeV 的光子,這種現(xiàn)象稱(chēng)電子對(duì)湮沒(méi)。1.2.4 瑞利散射 瑞利散射是入射光子和束縛較牢固的內(nèi)層軌道電子發(fā)生的彈性散射過(guò)程(也稱(chēng)為電子的共振散射)。在此過(guò)程中，一個(gè)束縛電子吸收入射光子而躍遷到高能級(jí)，隨

19、即又放出一個(gè)能量約等于入射光子能量的散射光子，由于束縛電子未脫離原子，故反沖體是整個(gè)原子，從而光子的能量損失可忽略不計(jì)。瑞利散射是相干散射的一種，所謂相干散射，是指散射線(xiàn)與入射線(xiàn)具有相同波長(zhǎng)，從而能夠發(fā)生干涉的散射過(guò)程。瑞利散射的幾率和物質(zhì)的原子序數(shù)及入射光子的能量有關(guān)，大致與物質(zhì)原子序數(shù) Z 的平方成正比，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。當(dāng)入射光子能量在 200KV 以下時(shí)，瑞利散射的影響不可忽略。1.2.5 各種相互作用發(fā)生的相對(duì)幾率 光電效應(yīng)、康普頓效應(yīng)、電子對(duì)效應(yīng)的發(fā)生幾率與物質(zhì)的原子序數(shù)和入射光子能量有關(guān)，對(duì)于不同物質(zhì)和不同能量區(qū)域，這三種效應(yīng)的相對(duì)重要性不同，圖 1-8 表示各種

20、效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)的區(qū)域,可以看出:1.對(duì)于低能量射線(xiàn)和原子序數(shù)高的物質(zhì),光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。2.對(duì)于中等能量射線(xiàn)和原子序數(shù)低的物質(zhì)，康普頓效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。3.對(duì)于高能量射線(xiàn)和原子序數(shù)高的物質(zhì)，電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)。80 (%)100 z 60 80 60 40 40 20 20 0.01 0.1 1 10 100 1 2 5 1 2 5 1 2 5 1 2 5 E (MeV)0.01 0.1 1 10 100 圖 1-8 按光子能量和原子序數(shù)來(lái)表示的 光子能量(MeV)三種相互作用占優(yōu)勢(shì)的區(qū)域 圖 1-9 鐵中各種效應(yīng)的發(fā)生幾率 圖 1-9 表示射線(xiàn)與鐵相互作用時(shí),各種效應(yīng)的發(fā)生幾率,由圖中可見(jiàn)看出:當(dāng)光子能量

21、為10KeV 時(shí),光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì),隨著能量的增大,光電效應(yīng)逐漸減小,而康普頓效應(yīng)的作用卻逐光電效應(yīng) 電子對(duì)效應(yīng)占優(yōu)勢(shì) 占優(yōu)勢(shì) 康普頓效應(yīng) 占優(yōu)勢(shì) C e 漸增大,稍過(guò) 100KeV,兩種效應(yīng)相等,瑞利散射在此能量附近發(fā)生比率達(dá)到最大,但也不超過(guò)10%。在 1MeV 左右，射線(xiàn)強(qiáng)度的衰減幾乎都是康普頓效應(yīng)造成的。光子能量繼續(xù)增大，由電子對(duì)效應(yīng)引起的吸收逐漸增大，在 10MeV 左右，電子效應(yīng)與康普頓效應(yīng)作用大致相等。超過(guò)10MeV 以后，電子對(duì)效應(yīng)的比率越來(lái)越大。各種效應(yīng)對(duì)射線(xiàn)照相質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。例如，光電效應(yīng)和電子對(duì)效應(yīng)引起的吸收有利于提高照相對(duì)比度，而康普頓效應(yīng)產(chǎn)生的散射則會(huì)降低對(duì)比度。

22、對(duì)輕金屬試件照相質(zhì)量往往比重金屬試件照相質(zhì)量差。使用 1MeV 左右能量的射線(xiàn)照相，其對(duì)比度往往不如較低能量射線(xiàn)或更高能量射線(xiàn)，這些都是康普頓效應(yīng)的影響造成的。1.3 射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律1.3 射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律1.3.1 射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律 射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)后,總強(qiáng)度衰減了,射線(xiàn)強(qiáng)度的衰減來(lái)自于兩個(gè)方面吸收和散射。當(dāng)射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)，隨著貫穿行程的增加，射線(xiàn)強(qiáng)度衰減增大。射線(xiàn)的衰減程度不僅與穿透物質(zhì)的厚度有關(guān)，而且還與射線(xiàn)的線(xiàn)質(zhì)（即能量）有關(guān)，與物質(zhì)的密度和原子序數(shù)等都有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，射線(xiàn)的波長(zhǎng)越短，能量越大，衰減就越小，物質(zhì)的原子序數(shù)越大，密度越大，衰減就越大。

23、但它們之間并不是簡(jiǎn)單的直線(xiàn)關(guān)系，而是呈指數(shù)規(guī)律衰減。對(duì)于單色單束（一種頻率的平行射線(xiàn)束）它在物質(zhì)中的衰減規(guī)律為：I=I0e-T (1.11)式中：I0入射線(xiàn)的初始強(qiáng)度值，I射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)層 T 以后的強(qiáng)度，物質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的衰減系數(shù)，T通過(guò)物質(zhì)層的厚度，e自然對(duì)數(shù)的底。在實(shí)際探傷工作中使用的 x 射線(xiàn)和射線(xiàn)，并非是理想的單色單束，x 射線(xiàn)為多色多束，而射線(xiàn)為單色多束，對(duì)于多色多束射線(xiàn)來(lái)說(shuō)它的衰減規(guī)律和單色單束射線(xiàn)在物質(zhì)中的傳播規(guī)律是有區(qū)別的。首先，探傷時(shí)所使用的射線(xiàn)一般為連續(xù)射線(xiàn)，這就使得衰減系數(shù)實(shí)際上是個(gè)變量，在射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)的初始部分，值較大，隨著穿透層的深入，射線(xiàn)的線(xiàn)質(zhì)逐漸變硬，衰減系數(shù)也就減小了

24、?？紤]到這種情況，衰減系數(shù)可取平均值。實(shí)質(zhì)上探傷時(shí)射線(xiàn)還是寬束的，這就必須考慮散射線(xiàn)的影響，因?yàn)樯⑸渚€(xiàn)的作用結(jié)果使穿過(guò)物質(zhì)后射線(xiàn)強(qiáng)度還應(yīng)包括散射線(xiàn)成分。即實(shí)際通過(guò)物質(zhì) T 層后，射線(xiàn)強(qiáng)度為垂直透過(guò)的射線(xiàn)強(qiáng)度 Ip和散射線(xiàn)強(qiáng)度 Is的和，即：I=Ip+Is 考慮了多束色情況后，（并引入散射比 n）表示射線(xiàn)在物質(zhì)中的衰減規(guī)律的1-11 式可修正為：I=(1+n)I0e-T (1.12)式中，n 為散射比，它是散射占垂直透過(guò)射線(xiàn)強(qiáng)度的比。即 n=Is/Ip1.3.2 衰減系數(shù)與半價(jià)層在式（1-11）中，為衰減系數(shù)，它的物理意義是單位射線(xiàn)強(qiáng)度在穿過(guò)單位物質(zhì)厚度時(shí)的衰減量，也稱(chēng)它為線(xiàn)衰減系數(shù)。因?yàn)閷?dǎo)致射

25、線(xiàn)強(qiáng)度衰減的有吸收和散射效應(yīng)，所以線(xiàn)衰減系數(shù)是三個(gè)效應(yīng)對(duì)強(qiáng)度衰減的貢獻(xiàn)之和，即：=+c+e (1.13)式中，光電效應(yīng)對(duì)衰減系數(shù)的貢獻(xiàn)，c康普頓散射對(duì)衰減系數(shù)的貢獻(xiàn)，e電子對(duì)效應(yīng)對(duì)衰減系數(shù)的貢獻(xiàn)。線(xiàn)衰減系數(shù)是入射光量子的能量（h）和穿過(guò)物質(zhì)的原子序數(shù) Z 的函數(shù)。K.Z3 (1.14)K-比例系數(shù) -射線(xiàn)波長(zhǎng) Z-被透物質(zhì)的原子序數(shù) 射線(xiàn)能量越大，物質(zhì)原子序數(shù)越小，線(xiàn)衰減系數(shù)就越小，相反，射線(xiàn)能量越低，穿過(guò)物質(zhì)的原子序數(shù)越大，線(xiàn)衰減系數(shù)越大。半價(jià)層：射線(xiàn)在物質(zhì)中傳播時(shí)，強(qiáng)度強(qiáng)度衰減到原來(lái)的一半時(shí)穿過(guò)物質(zhì)的厚度。有時(shí)也叫半階層。如果用 H1/2來(lái)表示半價(jià)層，它與線(xiàn)衰減系數(shù)關(guān)系如下：由（1-11）式可得：2/1H00eII21 經(jīng)數(shù)學(xué)整理后得到：H1/2=0.693/(1.15)即射線(xiàn)穿過(guò)物質(zhì)的半價(jià)層與物質(zhì)對(duì)這種射線(xiàn)的衰減系數(shù)的乘積為一常數(shù).物質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的衰減系數(shù)越大,它的半價(jià)層就越小,相反,物質(zhì)對(duì)射線(xiàn)的衰減系數(shù)越小,其半價(jià)層厚度就越大。