射线检测 教学课件 ppt 作者 张小海 4-2 射线透过物质的衰减及规律
57页1、4.8 射线透过物质的衰减及规律,射线检测的物理基础,本节主要内容,1. 射线衰减的原因分析 2. 射线衰减在射线检测中的地位和作用 3. 有关射线的基本概念 4. 射线衰减的基本规律,上节课回顾:射线与物质相互作用,射线光子与物质原子相互作用,根据原子种类不同、光子能量不同,作用类型: 光电效应: 康普顿效应: 电子对效应: 瑞利散射:,光子与轨道电子作用 光子与自由电子(最外层轨道 电子、轨道束缚弱)作用 光子与原子核的库仑场作用 光子与整个原子交互作用,上节课回顾:射线与物质相互作用结果,一次透射射线:未与物质作用,直接穿透的射线 散射线: 光子与物质作用方向改变的射线,1. 吸收和散射引起的射线强度衰减,入射光子的能量除一次透射射线外,还包括 散射:一部分转移到方向改变的光子 包括康普顿散射、瑞利散射和电子对效应 吸收:一部分转移到作用的电子或产生的 电子, 包括光电效应、电子对效应 吸收+散射,射线强度衰减(光子数的减 少、光子方向发生变化),1. 由传播几何因素引起的强度衰减,平方反比定律:由射线源辐射的射线,以一定的辐射角度在空间沿直线传播,随着传播距离的增加,在以焦点为
2、中心而半径不同的各球面上,X射线的强度与距离的平方成正比。,2. 射线衰减在射线检测中的地位和作用,射线强度衰减导致射线强度分布不同 胶片记录射线强度分布 射线强度差异是底片产生对比度的根本原因,起决定性作用,射线衰减在射线检测中的地位和作用,小直径管椭圆成像,3. 射线基本概念,按射线能量分为 单色射线: 多色射线: 按是否考虑散射线分为 窄束射线: 宽束射线:,单一波长射线 连续波长射线,一次透射射线 一次透射射线+散射线,窄束射线获取装置,4. 射线强度衰减规律,(1 )单色、窄束射线强度衰减规律,单一均质材料中,在很小的厚度范围内强度的衰减量与入射射线强度和穿透物体的厚度成正比。 负号表示射线强度减弱。,射线强度衰减公式,朗伯-比尔定律,即射线衰减基本规律。 意义:计算穿过物体后的透射射线强度。,(2 )线衰减系数,物理意义:射线穿透单位厚度物质时,射线强度的相对衰减量或衰减百分比。,单位:cm-1,NA是阿伏伽德罗常数,A是物质的原子的质量数。,线衰减系数的影响因素,影响因素: 同样能量的射线,穿过物质的原子序数越大,物质密度越大,射线在物体中受到的衰减也越大。 不同能量的射
3、线穿过同一种物体时,能量低的射线将受到更大的衰减。,铁的线衰减系数,R曲线是瑞利散射部分 PE曲线是光电效应部分 C曲线是康普顿效应部分 PP曲线是电子对效应部分 T曲线是总的线衰减系数,铝的线衰减系数,R曲线是瑞利散射部分 PE曲线是光电效应部分 C曲线是康普顿效应部分 PP曲线是电子对效应部分 T曲线是总的线衰减系数,铅的线衰减系数,R曲线是瑞利散射部分 PE曲线是光电效应部分 C曲线是康普顿效应部分 PP曲线是电子对效应部分 T曲线是总的线衰减系数,几种材料的线衰减系数,上表分析,相同条件下,密度越大,衰减越多。 对多数材料,线衰减系数随能量升高下降,不利因素之一就是造成缺陷检测结果对比度下降。因此,在保证穿透情形下,尽量选用低能X射线。 可以根据材料的线衰减系数选用屏蔽材料,比如”铅”。,(3) 质量衰减系数,理论上常用质量衰减系数,即线衰减系数除以物质密度所得到的值,常记为 优点:不受物质密度和物理状态的影响。 例:水和水蒸气的 值一样,但 不同 同样地,有 上式表明,对同样能量的射线,物质的原子序数越大,物质的密度越大,射线在物体中受到的衰减也越大;对不同能量的射线,当穿过
4、同一种物体时,能量低的射线将受到更大的衰减。,混合物或化学物的质量衰减系数,若构成物体的各元素的百分比含量分别为W1、W2、W3、,相应的各元素的质量衰减系数分别为 ,则物体的质量衰减系数可按下式计算,应用,例如:三氧化二铝(Al2O3)对0.05MeV能量的射线可按下式计算其线衰减系数。从有关手册查到 铝(Al):相对原子质量 A27 质量衰减系数值m0.357cm2/g 氧(O):相对原子质量 A16 质量衰减系数值m0.211cm2/g Al2O3的密度:3.904.10g/cm3 取其值为3.95g/cm3 用上述数据计算 m 0.357227/(316227) 0.211316/(316227)0.2833(cm2/g) m0.28333.951.139(cm1) 即三氧化二铝(Al2O3)的线衰减系数为1.139cm1。,吸收系数与波长及元素的关系,元素的吸收系数是入射线的波长和吸收元素原子序数的函数。 元素其质量吸收系数随着波长的变化有若干突变,发生突变的波长称为吸收限(或称吸收边)。 在各个吸收限之间质量吸收系数随波长增加而增大。所以短波长的X射线(所谓硬X射线)穿透能
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