无损检测模块一射线检测资料.ppt

模块一 射线检测 射线检测是常规无损检测技术之一。它依据被检工件由于成分、密度、厚度等的不同，对射线（即电磁辐射或粒子辐射）产生不同的吸收或散射的特性，对被检工件的质量、尺寸、特性等作出判断。可以检查金属和非金属材料及其制品的内部缺陷。 项目1 射线检测基础知识 学习目标 1.了解射线的产生、种类和性质。 2.熟悉射线的衰减规律。 3.掌握射线检测的基本原理及特点。 一、射线的种类及性质 射线的种类： 1. X射线：X射线的波长为0.001～0.1nm。 2.γ射线：γ射线的波长为0.0003～0.1nm。 X射线和γ射线性质 1.在真空中以光速直线传播. 2.不带电，不受电场和磁场影响. 3.在界面漫反射，折射方向不明显. 4.可以发生干涉和衍射现象. 5.不可见，能够穿透可见光不能穿透的物质. 6.会与物质发生复杂的物理和化学作用. 7.具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，破坏生物组织. 二、X射线和γ射线的产生 1.X射线的产生 X射线是在X射线管中产生的,如图1-1所示，射线管是一个具有阴阳两极的真空管，阴极是钨丝，阳极是金属靶。在阴阳两极之间加有很高的管电压，当阴极加热到白炽状态时释放出大量电子，这些电子在高压电场中被加速，从阴极飞向阳极，最终以很大速度撞击在金属靶上，失去所具有的动能，这些动能绝大部分转换为热能，仅有极少一部分转换为X射线向四周辐射。 2.γ射线的产生 γ射线是放射性同位素的原子核在自然裂变(衰变)时放射出来的电磁波。射线检测中采用的γ射线主要来自钴60（Co60）、铯137（Cs137）、铱192（Ir192）、铥170（Tm170）等放射性同位素源。 对于一个γ射线放射性源，描述它的放射性的是放射性活度。应注意的是，活度不等于射线强度。对于同一放射性元素，活度大的源其射线强度也大，但对不同的放射性元素，不一定存在这样的关系。 三、射线在物质中的衰减 1. 射线与物质的相互作用 当X射线、γ射线射入物体后，将与物质发生复杂的相互作用。这些作用从本质上说是光量子与物质原子的相互作用，包括光量子与原子、原子核、原子的电子及自由电子的相互作用。主要的作用是：光电效应、康普顿效应、电子对效应和瑞利散射。 （1）光电效应 当光子与物质原子的内层束缚电子作用时，光子与原子中的轨道电子发生弹性碰撞，光子的全部能量传递给轨道电子，使这个电子脱离轨道发射出去，而光子本身消失，这一现象称为光电效应。光电效应发射出的电子叫光电子。该过程如图1-2所示。 （1）光电效应 由于光电效应中在原子的电子轨道上将产生空位，这些空位将被外层轨道电子填充，所以将产生跃迁辐射，发射特征X射线。这种辐射通常称为荧光辐射。伴随发射特征X射线(荧光辐射)是光电效应的重要特征。 （2）康普顿散射 光子与物质原子核的外层电子或自由电子发生非弹性碰撞时，光子自身能量减少，波长变长，改变运动方向成为散射光子；电子获得光子一部分能量成为反冲电子，这一过程称康普顿效应。如右图所示θ为散射光子与入射光子方向间的夹角，称为散射角，φ为反冲电子的反冲角。 （3）电子对效应 高能量的光量子与物质的原子核发生相互作用时，光量子可以转化为一对正、负电子，这就是电子对效应。如图1-4所示。在电子对效应中，入射光量子消失，产生的正、负电子对在不同方向飞出，其方向与入射光量子的能量相关。 （3）电子对效应 电子对效应只能发生在入射光量子的能量不小于1.02MeV时，这是因为电子的静止质量相当于0.51MeV能量，一对电子的静止质量相当于1.02MeV的能量，从能量守恒定律，显然，只有入射光量子的能量不小于1.02MeV时才可能转化为一对正、负电子，多余的能量将转换为电子的动能。 （4）瑞利散射 瑞利散射是入射光子和束缚较牢固的内层轨道电子发生的弹性散射过程（也称为电子的共振散射）。在此过程中，一个束缚电子吸收入射光子而跃迁到高能级，随即又放出一个能量约等于入射光子能量的散射光子，由于束缚电子未脱离原子，反冲体是整个原子，从而光子的能量损失可忽略不计。 2.射线在物质中的衰减规律 单色射线：波长单一的射线。 连续谱射线：含有连续的一段波长的射线。 一次射线：从射线源沿直线穿过物体透射的射线； 散射线：相互作用中产生的能量或方向不同于一次射线的射 线，也常称为二次射线； 电子：相互作用中产生的电子，如光电子、反冲电子等。 单色窄束射线衰减规律 单色窄束射线的衰减规律 宽束连续谱射线的衰减规律 半值层厚度是指使射线的强度减弱为入射射线强度值的1/2的物体厚度，也常记为T1/2，容易得到 T1/2=0.693/μ 四、射线检测的原理与特点 1.射线检测的原理 工件中存在缺陷时，构成缺陷的物质的衰减系数不同于工