射线检测的物理基础.ppt

射线检测基础
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原子与原子结构

世界上一切物质都是由元素构成的,原子是元素的具体存在,是体现元素性质的最小微粒。
原子质量采用“原子质量单位”用符号U表示,规定碳原子质量的1/12为U,而原子量就是某元素的原子的平均质量相当于6 12C的质量的1/12的比值。原子由一个原子核和若干个核外电子组成。原子核所带的正电荷数与核外电子所带的负电荷数相等。原子核是由两种更小的粒子即质子和中子组成的,中子不带电,1个质子带1个单位正电荷。
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数值关系:质子数=核电荷数=核外电子数=原子序数
原子量=质子数+中子数
例如: 27 60Co表示钴元素中原子量为60的钴原子,核电荷数为27,核内有27个质子,33个中子,原子序数为27。
同位素:质子数相同而中子数不同(或叙述为核电荷数相同而原子量不同)的几种原子相互称为同位素。例如: 27 60Co和27 59Co。同位素可分为稳定和不稳定两类,不稳定的同位素又称为放射性同位素。放射性同位素又可分为天然和人工制造两类,后者最常用的方法是用高能量粒子轰击稳定同位素的核使其成为放射性同位素。
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玻尔的原子理论假设
要用人工方法,以中子、质子或其它基本粒子作为炮弹轰击原子核从而改变核内质子数或中子数目,可以产生新的同位素,也可以使稳定的同位素变为不稳定的同位素。
放射性衰变及其模式:
不稳定的核素会自发蜕变,变成另一种核素,同时放出各种射线。
α衰变β衰变γ衰变
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射线的种类和性质
x 射线和γ射线的性质
与电波,红外线,光波,紫外线一样都是电磁波。区别只是波长不同和产生方法不同。(图1-2)
性质:。
,不受电场和磁场的影响。
,而不能像可见光那样产生镜面反射。折射系数接近1。
。
。
,会与物质发生复杂的物理,化学作用。
,能杀伤生物细胞,破坏生物组织。
x 射线的产生及特点
在一个具有阴阳两极的真空管(x 射线管)产生。阴极是钨丝,阳极是金属制成的靶,两极之间加有很高的直流电压(管电压)。阴极加热释放的电子在高压电场中加速从阴极飞向阳极(管电流)以很高的速度撞击到金属靶上,失去所有动能,绝大部分动能转换为热能,仅有极少部分转换为x 射线向四周辐射。
这些x 射线线谱由两部分组成:
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连续谱和标识谱
连续谱的产生及特点
带电粒子在加速或减速时必然伴随着电磁辐射。当带电粒子与原子想碰撞(与原子核的库仑场相互作用)发生骤然减速时,由此伴随产生的辐射称为韧致辐射。
连续谱的最短波长
连续谱中最大强度对应的波长
连续x 射线总强度
管电流增加撞击电子数增加,管电压增加每个电子能量增大。转换过程增加Z越高核库仑场越强,韧致辐射作用越强。
x 射线转换效率
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标识谱的产生及特点
x 射线官的管电压超过某个临界值(激发电压Vk)阴极放射的电子可以获得足够能量。它与阳极靶相撞时,可以将靶原子的内层电子逐出壳层之外,使该原子处于激发态,此时外层电子将向内层跃迁,同时放出1个光子,其能量等于发生跃迁的两能级之差。例如:Kα标识射线是L层电子跃迁至K层放出的,Kβ标识射线是N层电子跃迁至K层放出的。
标识x射线强度只占x射线总强度的极少部分,能量也低,所以在工业射线探伤中不起什么作用。
标识谱的波长只依赖于阳极靶面的材料,与管电压,管电流无关,不同的靶材激发电压也不同。
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γ射线的产生及特点
γ射线是放射性同位素经α衰变或β衰变后,从激发态向稳定态过渡的过程中从原子核内发出的,这一过程称为γ衰变(或γ跃迁)。γ跃迁是核内能级之间的跃迁。
和原子核外电子的跃迁相同和不同点:
反应式: 27 59Co+n→ 27 60Co+γ. 27 60Coβ→ 28 60Ni+γ不稳定
。
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放射性同位素的衰变服从指数规律:
衰变常数λ反映了放射性物质的固有属性,λ越大该物质越不稳定,衰变得越快。
半衰期:T1/2放射性同位素衰变掉原有核数一半所需时间
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