射线检测原理.pptx
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1、会计学1射线检测原理射线检测原理 以以金金属属材材料料为为例例,缺缺陷陷部部位位(气气孔孔或或非非金金属属夹夹杂物杂物)对射线的吸收能力低于金属基体。对射线的吸收能力低于金属基体。透透过过缺缺陷陷部部位位的的射射线线强强度度高高于于无无缺缺陷陷部部位位,根根据透过工件后射线强度的差异,来检测缺陷。据透过工件后射线强度的差异,来检测缺陷。第1页/共54页 目目前前,广广泛泛采采用用射射线线照照相相法法,利利用用感感光光胶胶片片来来检检测测射射线线强强度度,胶胶片片上上相相应应有有缺缺陷陷部部位位因因接接受较多射线,而形成黑度较大的缺陷影象。受较多射线,而形成黑度较大的缺陷影象。第2页/共54页射
2、线透过无缺陷部位强度射线透过无缺陷部位强度式式中中 J1-射射线线透透过过厚厚度度为为A后后的的强强度度,J0-射射线线透透过过工工件件前前的的强强度度,-材材料料线线衰衰减减系系数数,A-透过层材料厚度。透过层材料厚度。第3页/共54页射线透过有缺陷部位强度射线透过有缺陷部位强度(缺陷假设为气孔缺陷假设为气孔)式中式中 x-缺陷在射线方向的厚度缺陷在射线方向的厚度第4页/共54页两者强度比为两者强度比为可可见见缺缺陷陷沿沿射射线线透透照照方方向向长长度度x越越大大或或被被透透物物质质线线吸吸收收系系数数越越大大,则则透透过过有有缺缺陷陷部部位位和和无无缺缺陷陷部部位位的的射射线线强强度度差差
3、越越大大,胶胶片片上上缺缺陷陷与与基基体体的黑度差越大,缺陷越容易被发现。的黑度差越大,缺陷越容易被发现。第5页/共54页5-1-1 射线的本质射线的本质 射射线线是是一一种种电电磁磁波波,与与无无线线电电波波、红红外外线线、可可见见光光、紫紫外外线线等等本本质质相相同同,具具有有相相同同的的传传播播速度,但频率与波长不同。速度,但频率与波长不同。第6页/共54页 射射线线的的波波长长短短、频频率率高高,具具有有许许多多与与可可见见光光不同的性质:不同的性质:A 不可见,依直线传播不可见,依直线传播 B 不带电荷,因此不受电场和磁场影响不带电荷,因此不受电场和磁场影响 C 能透过可见光不能透过
4、的物质能透过可见光不能透过的物质 D 与与可可见见光光同同样样有有反反射射、干干涉涉、绕绕射射、折折射射等等现现象象,但但这这些些现现象象又又与与可可见见光光有有区区别别,如如x射射线只有漫反射,不能产生如镜面反射。线只有漫反射,不能产生如镜面反射。第7页/共54页 E 使使物物质质产产生生光光电电子子及及返返跳跳电电子子、以以及及引引起起散射现象散射现象 F 被物质吸收产生热量被物质吸收产生热量 G 使气体电离使气体电离 H 使使某某些些物物质质起起光光化化学学作作用用,使使照照相相胶胶片片感感光,又能使某些物质发生荧光光,又能使某些物质发生荧光 I 产生生物效应、伤害及杀死有生命的细胞产生
5、生物效应、伤害及杀死有生命的细胞第8页/共54页3-3-2 射线的种类射线的种类 1)X射线与射线与射线射线 这这是是射射线线检检测测中中最最常常用用的的两两种种射射线线,X射射线线是是由人为的高速电子流撞击金属靶产生的。由人为的高速电子流撞击金属靶产生的。射射线线是是放放射射性性物物质质自自发发产产生生的的,如如钴钴、铀铀、镭等,两者产生的机理不同,但都是电磁波。镭等,两者产生的机理不同,但都是电磁波。第9页/共54页(2)射线与射线与射线射线 放放射射性性同同位位素素产产生生衰衰变变和和衰衰变变,放放射射射射线线和和射射线线,射射线线贯贯穿穿能能力力弱弱,但但有有很很强强的的电电离离作作用
6、用。射射线线虽虽然然穿穿透透力力强强,但但能能量量很很小。小。一一般般并并不不直直接接用用射射线线和和射射线线进进行行检检测测,它们适用于特种场合。它们适用于特种场合。与与X射射线线和和射射线线不不同同,射射线线和和射射线线不不是是电磁波,而是粒子辐射。电磁波,而是粒子辐射。第10页/共54页(3)中子射线中子射线 中中子子是是呈呈电电中中性性的的微微粒粒子子流流,不不是是电电磁磁波波,这种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力。这种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力。中中子子与与X和和射射线线有有很很大大不不同同,在在被被穿穿透透材材料料中的衰减主要取决于材料对中子的俘获能力。中的衰减主要取决于材料对中
7、子的俘获能力。对对铅铅来来说说,X和和射射线线穿穿透透能能量量衰衰减减很很大大,但但俘获中子的能力很小。对氢来说正好相反。俘获中子的能力很小。对氢来说正好相反。第11页/共54页3-1-5 射线的获得射线的获得(1)X射线的获得射线的获得 X射射线线是是由由一一种种特特制制的的X射射线线管管产产生生的的,由由阴阴极极、阳阳极极和和高高真真空空的的玻玻璃璃或或陶陶瓷瓷外外壳壳组组成成,阴阴极极是是一一加加热热灯灯丝丝,用用于于发发射射电电子子,阳阳极极靶靶是是由由耐高温的钨制成。耐高温的钨制成。第12页/共54页工工作作时时在在两两极极之之间间加加有有高高电电压压,从从阴阴极极灯灯丝丝发发射射的
8、的高高速速电电子子撞撞击击到到阳阳极极靶靶上上,其其动动能能消消耗耗于于阳阳极极材材料料原原子子的的电电离离和和激激发发,然然后后转转变变为为热热能能,部部分分电电子子在在原原子子核核场场中中受受到到急急剧剧阻阻止止,产产生生所所谓韧致谓韧致X射线,即连续射线,即连续X射线。射线。第13页/共54页为为减减少少电电子子在在飞飞往往阳阳极极过过程程中中与与气气体体粒粒子子相相碰碰撞撞损损失失动动能能,射射线线管管需需抽抽成成10-410-5Pa真真空空。电电子子流流动动能能的的绝绝大大部部分分(97%)转转化化为为热热能能,因因此此阳阳极极材材料料一一般般应应选选用用耐耐高高温温材材料料并并通通
9、以以介介质质加冷却。动能中仅一小部分加冷却。动能中仅一小部分(3%)转变为转变为X射线。射线。第14页/共54页阴阴极极发发射射电电子子的的数数量量,决决定定了了从从阴阴极极飞飞往往阳阳极极电电子子流流大大小小(管管电电流流),而而X射射线线的的穿穿透透能能力力则则决决定定于于电电子子从从阴阴极极飞飞往往阳阳极极的的运运动动速速度度,与与两两极极之之间间电电压压(管管电电压压)有有关关。管管电电压压愈愈高高,所所产产生生X射线的穿透能力愈大,波长愈短。射线的穿透能力愈大,波长愈短。第15页/共54页图图中中可可见见,只只改改变变管管电电流流时时,X射射线线辐辐射射强强度度只只是是在在原原有有各
10、各波波长长下下相相应应增增加加。只只改改变变管管电电压压时时、则则除除原原来来各各波波长长相相应应增增加加辐辐射射强强度度外外,还还出出现现了更短波长的了更短波长的X射线。射线。第16页/共54页n n灯丝的外加电流越大,产生的电子数量越大,射线强度越高;n n射线能量是管电压的函数,所施电压越高,则辐射的能量越高。射线能量是其唯一的特征量,射线能量与波长及穿透能力直接相关。能量越高,波长越短,穿透能力越强。第17页/共54页 X射射线线管管单单位位时时间间内内所所发发出出的的连连续续X射射线线的的全全部能量的近似公式为部能量的近似公式为式式中中 0-常常数数(10-9),I-管管电电流流(A
11、),Z-阳阳极极靶靶原原子序数子序数(钨钨Z=74),U-管电压管电压(V)。X射线管的转换效率为射线管的转换效率为其它转变为热能其它转变为热能第18页/共54页当当U=100kV时时 =0.7%200kV 1.5%300kV 2.2%400kV 3%1 MV 7%5MV 37%由此可见,提高管电压可显著提高转换效率由此可见,提高管电压可显著提高转换效率第19页/共54页(2)射线的获得射线的获得 放放射射性性同同位位素素是是一一种种不不稳稳定定的的同同位位素素,处处于于激激发发态态,原原子子核核能能级级高高于于基基级级,向向基基级级转转变变同同时时释释放出放出射线,射线,其其能量等于两个能级
12、间差。能量等于两个能级间差。射射线线检检测测中中所所用用的的射射线线源源,是是由由核核反反应应制制成成的的人人工工放放射射源源,应应用用较较广广的的射射线线源源有有钴钴60、铱铱192、铯、铯137、铥、铥170等。等。第20页/共54页 铯铯137因因其其放放射射性性比比活活度度低低,又又易易造造成成环环境境污污染染,能能量量单单一一、不不宜宜检检测测厚厚薄薄不不均均匀匀工工件件等等原原因而日趋淘汰。因而日趋淘汰。钴钴60的的获获得得,是是将将同同位位素素钴钴59,在在原原子子反反应应堆堆里里的的中中子子流流冲冲击击下下,激激发发形形成成不不稳稳定定的的同同位位素素即钴即钴60,释放,释放射
13、线以及少量射线以及少量射线和射线和射线。射线。第21页/共54页 放放射射性性同同位位素素的的原原子子核核,在在自自发发地地放放射射出出射射线后能量逐渐减弱,这种现象叫做衰变。线后能量逐渐减弱,这种现象叫做衰变。各各种种放放射射性性同同位位素素都都有有自自己己特特定定衰衰变变速速度度,称称为为衰衰变变常常数数(),它它表表示示单单位位时时间间内内衰衰变变核核的的数量与尚未衰变核的数量之比数量与尚未衰变核的数量之比式式中中 N-物物质质在在t时时尚尚未未衰衰变变的的原原子子数数,N0-原原有有物质原子数,物质原子数,e-自然对数底,自然对数底,-物质衰变常数。物质衰变常数。第22页/共54页 放
14、放射射同同位位素素原原子子数数随随时时间间呈呈指指数数减减少少,放放射射性性同同位位素素以以原原有有N0个个原原子子因因衰衰变变而而减减少少到到N0/2个原子所需的时间,称为半衰期个原子所需的时间,称为半衰期(T)。以使用最广的钴以使用最广的钴60为例,其半衰期为为例,其半衰期为5.3年年第23页/共54页 在在单单位位时时间间内内衰衰变变的的原原子子核核数数量量,称称为为放放射射性活度,以性活度,以表示,单位为居里表示,单位为居里(Ci)某某种种物物质质每每秒秒钟钟有有3.71010个个原原子子衰衰变变,则则该物质的放射性活度为该物质的放射性活度为1Ci(居里居里)单单位位质质量量放放射射性
15、性物物质质的的活活度度称称为为比比活活度度,单单位为位为Ci/g(居里居里/克克)第24页/共54页 射射线线的的强强度度可可由由测测量量仪仪器器引引起起的的电电离离程程度度来决定,单位是来决定,单位是R(伦琴伦琴)1R辐辐射射强强度度,等等于于在在0及及105Pa压压力力下下,在在1cm3空空气气中中电电离离引引起起离离子子绝绝对对值值总总和和为为一一个个绝绝对静电单位。对静电单位。第25页/共54页(3)高能高能X射线的获得射线的获得 普普通通X射射线线和和射射线线检检测测,由由于于其其能能量量低低、穿穿透能力差,检测能力受到限制。透能力差,检测能力受到限制。超超过过100mm厚厚钢钢板板
16、不不能能用用一一般般X射射线线检检测测,超过超过300mm厚钢板很难用厚钢板很难用射线进行检测。射线进行检测。此此时时可可采采用用加加速速器器产产生生的的高高能能X射射线线检检测测,例例如如对对厚厚度度达达300500mm的的钢钢板板,采采用用高高能能X射射线检测可获得满意结果。线检测可获得满意结果。第26页/共54页 高高能能X射射线线是是指指能能量量超超过过1000kV的的射射线线,这这种种高能高能X射线都由加速器产生。射线都由加速器产生。被被加加速速粒粒子子的的能能量量在在1000MeV以以上上是是高高能能加加速速器器,能能量量在在100MeV以以下下是是低低能能加加速速器器,能能量量在
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