1、1射线检测 重要的无损检测技术2射线检测的物理基础n原子的概念回顾 原子有质子、中子和电子构成。质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电。表示为 原子由带正电核Z的原子核，和Z个核外电子组成，Z为原子序数，电子只能处于满足一定条件的离散轨道上。原子从一个能态En跃迁到另一个能态Em时，将发射或吸收一个一定频率的光子。hv=En-Em 事实表明，质子数和中子数都是偶数的核很稳定，都是奇数的核不稳定，N/Z太高或太低的核都不稳定。很重的核都是不稳定的。XAZ3射线检测的物理基础n放射性与放射性衰变 物质发射射线的性质称为放射性。具有放射性的元素称为放射性元素。天然放射性同位素有40多种，人工放射性同
2、位素有1000多种。放射性原子核放出某种粒子或射线变为新核的过程称为原子核的衰变，放射性衰变主要有：衰变、衰变、衰变。放射性衰变的规律：半衰期：teNN0693.02/1T4射线检测的物理基础n射线分为两类：电磁辐射和粒子辐射。nx 射线、射线属于电磁辐射，电磁辐射没有静止质量。电磁辐射与物质的作用是光(量)子与物质的相互作用。光子的能量 h 光子不带电荷，静止质量为0，在真空中沿直线以光速（c=2.998*108m.s-1）传播。n粒子、粒子、质子、中子、电子等都属于粒子辐射，粒子辐射都有静止质量。5射线检测的物理基础nx 射线管产生的x射线总强度n连续谱x射线管的转换效率为n表明在较低的电
3、压下不可能得到高的转化效率2iZVIZV6射线检测的物理基础n射线是由放射性同位素衰变过程中产生的电磁辐射，本质与x射线相同。n不同的放射性元素辐射的射线具有不同的能量，其射线为线状谱。n描述放射源放射性的是放射性活度，单位是贝可（Bq），表示1秒内发生衰变的核的个数。活度的专用单位是居里（Ci），1Ci3.7*1010Bq。n活度不等于射线的强度。对于同一个源，活度越大，射线强度越大。7射线检测的物理基础nx 射线和射线的性质 在真空中沿直线传播，不受电磁场的影响。由于普通界面对它来说太粗糙，因此基本不发生反射和折射，通过界面时不改变传播方向。x 射线和射线穿过物体时，产生吸收和散射，导致强
4、度衰减。8射线检测的物理基础n射线的射线的衰减：衰减：穿过一定厚度的物体后，透射射线将包含下列射线：一次射线ID、散射射线IS。如果到达胶片（检测器）的只有一次射线，则称为窄束射线，否则称为宽束射线。9射线检测的物理基础n单色窄束射线的单色窄束射线的衰减规律：衰减规律：射线穿透物体时其强度的衰减与吸收体性质、厚度及射线光量子的能量有关。在小厚度范围内，射线的衰减与入射线强度和物体的厚度成正比。TeIITII010射线检测的物理基础n单色窄束射线的单色窄束射线的衰减规律：衰减规律：u u称为线衰减系数（称为线衰减系数（1cm）如果将衰减按吸收和散射分类，则如果将衰减按吸收和散射分类，则 试验表明
5、：物体的原子序数越大、密度越大，射线试验表明：物体的原子序数越大、密度越大，射线在其中的衰减越大；当穿过同一物体时，在其中的衰减越大；当穿过同一物体时，能量低的能量低的射线衰减更大射线衰减更大。射线波长越长，衰减的射线波长越长，衰减的吸收吸收效应越大。射线波长越效应越大。射线波长越短，衰减的短，衰减的散射散射效应越大。效应越大。TeIITII011射线检测的物理基础n单色窄束射线的单色窄束射线的衰减规律：衰减规律：在实际应用中，常引入半厚度（半值层、半价层），是射线衰减到一半时物体的厚度n在射线照相中使用的X射线是连续谱射线，而不同能量的射线的衰减并不相同，前面的单色射线衰减规律不适用。为此，
6、引入了等效波长的概念。693.02ln200hTTIeII12射线检测的物理基础n宽束连续谱射线的宽束连续谱射线的衰减规律：衰减规律：对于宽束连续谱射线，透射射线的强度为一次射线和散射线强度之和：I=ID+IS 对于单色宽束射线：关于散射线，引入散射比n=IS/ID 则：对于宽束连续谱射线，只要将上式的u用等效波长的线衰减系数替代即可。TSDeInIII0)1(TDeII013射线检测的物理基础n连续谱线的硬化：连续谱线的硬化：对同一连续谱射线，当穿过不同的厚度时，对应的对同一连续谱射线，当穿过不同的厚度时，对应的等效波长也不同。随着物体厚度的增加，透射线的等效波长也不同。随着物体厚度的增加，
7、透射线的等效波长减小，或者说等效能量提高，称为连续谱等效波长减小，或者说等效能量提高，称为连续谱射线的硬化。如下表。射线的硬化。如下表。同质系数第一半值层第二半值层同质系数第一半值层第二半值层14射线检测的设备与器材n射线胶片的感光特性：射线胶片的感光特性：曝光后底片的曝光后底片的黑度黑度（光学密度）与（光学密度）与曝光量曝光量之之间的关系，包括：间的关系，包括：感光度（感光度（S）梯度（梯度（G）灰雾度灰雾度（D0）宽容度宽容度 等等等等15射线检测的设备与器材n光学密度：底片的不透明程度，常称为黑度。光学密度：底片的不透明程度，常称为黑度。记作记作D。n设入射光强为设入射光强为I0，透射光
8、强为，透射光强为I，则，则n曝光量：曝光期间胶片接收的光能量。一般曝光量：曝光期间胶片接收的光能量。一般用光强和时间的乘积表示。用光强和时间的乘积表示。n而射线照相中，曝光量常用而射线照相中，曝光量常用E表示，定义也表示，定义也不相同：不相同：X射线是管电流和时间的乘积；射线是管电流和时间的乘积；伽马探伤是放射性活度与时间的乘积。伽马探伤是放射性活度与时间的乘积。)lg(0IID ItH 16射线检测的设备与器材n普通胶片和工业射线胶片的特性曲线如下图普通胶片和工业射线胶片的特性曲线如下图n对于正常曝光部分，有对于正常曝光部分，有 D：底片黑度；：底片黑度；G：梯度；：梯度；H：曝光量；：曝光
9、量；kHGDlg17射线检测的设备与器材n感光度（感光度（S）：使底片产生一定黑度所需要）：使底片产生一定黑度所需要的曝光量的倒数。又叫感光速度。的曝光量的倒数。又叫感光速度。n梯度（梯度（G）：特性曲线任一点的斜率。）：特性曲线任一点的斜率。n灰雾度（灰雾度（D0）：胶片不曝光显影后得到的黑）：胶片不曝光显影后得到的黑度。度。n宽容度（宽容度（L）：特性曲线上直线部分对应的）：特性曲线上直线部分对应的曝光量对数之差。射线照像的曝光量应该在曝光量对数之差。射线照像的曝光量应该在这个区间。这个区间。18射线检测的设备与器材n射线胶片的分类：射线胶片的分类：增感型胶片：适宜于和荧光增感屏配合使增感型胶片：适宜于和荧光增感屏配合使用的胶片。用的胶片。非增感型胶片：适宜于和金属增感屏配合非增感型胶片：适宜于和金属增感屏配合使用，或不是用增感屏直接使用。使用，或不是用增感屏直接使用。19射线检测的设备与器材n增感屏：增感屏：射线的穿透能力很强，胶片吸收很少。为射线的穿透能力很强，胶片吸收很少。为了提高曝光效率，有时需要增感。主要参了提高曝光效率，有时需要增感。主要参数是增感系数数是增感系数(曝光量之比曝光量之比)：金属增感屏、荧光增感屏、复合增感屏金属增感屏、荧光增感屏、复合增感屏EEk0
