射線理論

1、1?原子構(gòu)成：原子是元素的具體存在，是體現(xiàn)元素性質(zhì)的最小微粒，原子是同一個(gè)原子核和若干個(gè)核外電子組成的。?電子；電子的質(zhì)量極輕，為9.1091028g等于氫原子質(zhì)量的11837。電子帶有1個(gè)單位負(fù)電荷（1.6021019C）?質(zhì)子和中子:質(zhì)子的質(zhì)量為1.67261024g，中子的質(zhì)量為1.67491024g，兩者的質(zhì)量幾乎相等。?核素：凡是具有一定質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)并處于特定能量狀態(tài)的原子或原子核稱為核素。?同位素：質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同（

2、或核電荷數(shù)相同而相對(duì)原子質(zhì)量不同）的各種原子互為同位素。?放射性同位素：核素可分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定的兩類，不穩(wěn)定的核素又稱為放射性核素，它能自發(fā)地放出某些射線——α、β或γ射線，而變?yōu)榱硪环N元素。?原子軌道：1913年，丹麥科學(xué)家玻爾運(yùn)用量子論思想對(duì)原子有核模型做了進(jìn)一步的發(fā)展和完善，提出了原子軌道和能級(jí)的概念，并對(duì)原子發(fā)光機(jī)理做出了解釋。玻爾的原子理論假設(shè)可概括敘述如下；原子中的電子沿著圓形軌道繞核運(yùn)行，各條軌道有不同的能量狀態(tài)，叫做能級(jí)

3、，各能級(jí)的能值都是確定的。正常情況下電子總是在能級(jí)最低的軌道上運(yùn)行，這時(shí)的原子狀態(tài)稱作基態(tài)。?能級(jí)：原子中的電子沿著圓形軌道繞核運(yùn)行，各條軌道有不同的能量狀態(tài)，叫做能級(jí)。?躍遷發(fā)光；當(dāng)原子從外界吸收一定能量時(shí)，電子就由最低能級(jí)跳到較高能級(jí)，這一過程稱作躍遷，這時(shí)原子的狀態(tài)稱作激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，所以電子將再次躍遷回較低能級(jí)，這樣，先后兩個(gè)能級(jí)的能值差就會(huì)以光能的形式輻射出來。?原子核結(jié)構(gòu)：原子核的半徑為1013—1012cm

4、，約為原子半徑的萬分之一。?核力：在原子核內(nèi)，帶正電的質(zhì)子間存著庫侖斥力，但質(zhì)子和中子仍能非常緊密地結(jié)合在一起，這說明核內(nèi)存在著一個(gè)非常大的力，即核力。核力具有以下性質(zhì)。1、核力與電荷無關(guān)，無論中子還是質(zhì)子都受到核力的作用。2、核力是短程力，只有在相鄰原子核之間發(fā)生作用，因此，一個(gè)核子所能相互作用的其他核子數(shù)目是有限的，這稱為核力的飽和性。3、核力比庫侖力約大100倍，是一種相互作用。4、核力能促成粒子的成對(duì)結(jié)合以及對(duì)對(duì)結(jié)合。?核穩(wěn)定性

5、：根據(jù)以上核力的性質(zhì)以及核力與庫侖之間的競(jìng)爭(zhēng)，可以定性了解原子核的穩(wěn)定性。由于核力促成原子核成對(duì)結(jié)合和對(duì)對(duì)結(jié)合，如果不考慮為庫侖力，最穩(wěn)定的應(yīng)是中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)相等的那些核，考慮庫侖力后，則應(yīng)是包含更多中子的核更穩(wěn)定。但中子數(shù)過多的核又是不穩(wěn)定的，因?yàn)闆]有足夠的質(zhì)子來與中子配對(duì)；質(zhì)子過多的核也是不穩(wěn)定的，因?yàn)閹靵龀饬㈦S之增大。核穩(wěn)定性與中子數(shù)、質(zhì)子數(shù)的關(guān)系為：對(duì)小質(zhì)量數(shù)的核，NZ=1附近較穩(wěn)定，這個(gè)比值隨核質(zhì)量數(shù)的增大而增加；對(duì)大質(zhì)量數(shù)

6、的核NZ=1.6附近的核較穩(wěn)定。?放射性衰變模式：放射性衰變有多種模式，其中最主要的有1、α衰變，放出帶2個(gè)正電荷的氦核，衰變后形成的子核，核電荷數(shù)較母核減2，即在周期表上前移兩位，而質(zhì)量數(shù)較母核減少4。2、β衰變，包括β衰變、β衰變和軌道電子俘獲，其中：β衰變，母核放出電子，衰變后子核的質(zhì)量數(shù)不變，而核電荷數(shù)增加1，即在周期表上后移一位。軌道電子俘獲，母核俘獲核外軌道上的一個(gè)電子，核中的一個(gè)質(zhì)子轉(zhuǎn)為中子，即核在周期表上前移一位。3、γ

7、衰變，放出波長(zhǎng)很短的電磁輻射。衰變前后核的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)均不發(fā)生改變。?X射線和γ射線的性質(zhì)：1、在真空中以光速直線傳播。2、本身不帶電，不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的影響。3、在媒質(zhì)界面上只能發(fā)生漫反射，而不能像可見光那樣產(chǎn)生鏡面反射；X射線和γ射線的折射系數(shù)非常接近于1，所以折射的方向改變不明顯。4、可以發(fā)生干涉和衍射現(xiàn)象，但只能在非常小的，5、不可見，能夠穿透可見光不能穿透的物質(zhì)。6、在穿透物質(zhì)過程中，會(huì)與物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)作用。7、具有

8、輻射生物效應(yīng)，能夠殺傷生物細(xì)胞，破壞生物組織。?X射線是在X射線管中產(chǎn)生的，X射線管是一個(gè)具有陰陽兩極的真空管，陰極是鎢絲，陽極是金屬制成的靶。在陰陽兩極之間加有很高的直流電壓（管電壓），當(dāng)陰極加熱到白熾狀態(tài)時(shí)釋放出大量電子，這些電子在高壓電場(chǎng)中被加速，從陰極飛向陽極（管電流），最終以很大速度撞擊在金屬靶上，失去所具有的動(dòng)能，這些動(dòng)能絕大部分因轉(zhuǎn)換成為熱能，僅有極少一部分轉(zhuǎn)換成為X射線向四周輻射。3衰變常數(shù)λ反映了放射性物質(zhì)的固有屬性，

9、λ值越大，說明該物質(zhì)越不穩(wěn)定，衰變得越快。放射性同位素衰變掉原有核數(shù)一半所需時(shí)間，稱為半衰期，用T12表示。當(dāng)T=T12時(shí)，N=N02，由式N=N0eλT可得：N02=N0eλT12T12=In2=0.693λλT12也反映了放射性物質(zhì)的固有屬性，λ越大，T12越小。?光電效應(yīng)原理與發(fā)生幾率：當(dāng)光子與物質(zhì)原子的束縛電子作用時(shí)，光子把全部能量轉(zhuǎn)移給某個(gè)束縛電子，使之發(fā)射出去，而光子本身則消失掉，這一過程稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)發(fā)射出的電子叫

10、光電子。原子吸收了光子的全部能量，其中一部分消耗于光電子脫離原子束縛所需的電離能（電子在原子中的逸出能），另一部分就作為光電子的動(dòng)能。所以，發(fā)生光電效應(yīng)的前提條件是光子能量須大于電子的逸出能。釋放出來的光電子能量Ee與入射光子能量hν以及電子所在殼層的逸出能Ei之間有如下關(guān)系：Ee=hνEi光電效應(yīng)的發(fā)生概率與射能量和物質(zhì)原子序數(shù)有關(guān)，它隨著光子能量增大而減小，隨著原子序數(shù)Z的增大而增大。?康普頓效應(yīng)原理與發(fā)生幾率：在康普頓效應(yīng)中，光子

11、與電子發(fā)生非彈性碰撞，一部分能量轉(zhuǎn)移給電子，使它成為反沖電子，而散射光子的能量和運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生變化。康普頓效應(yīng)總是發(fā)生在自由電子或原子的束縛最小的外層電子上，入射光子的能量和動(dòng)量由反沖電子和散射光子兩者之間進(jìn)行分配，散射角越大，散射光子的能量越小，當(dāng)散射角為180。時(shí)，散射光子能量最不?？灯疹D效應(yīng)的發(fā)生概率大致與物質(zhì)原子序數(shù)成正比，與光子能量成反比。?電子對(duì)效應(yīng)原理與發(fā)生幾率：當(dāng)光子從原子核旁經(jīng)過時(shí)，在原子核的庫侖場(chǎng)作用下，光子轉(zhuǎn)化為1個(gè)

12、正電子和1個(gè)負(fù)電子，這種過程稱為電子對(duì)效應(yīng)。根據(jù)能量守恒定律，只有當(dāng)入射光子能量hν大于2m0c2即hν1.02MeV時(shí)，才能發(fā)生電子對(duì)效應(yīng)，入射擊光子的能量一部分轉(zhuǎn)變?yōu)檎?fù)電子對(duì)的靜止質(zhì)量（1.02MeV）外，其余就作為它們的動(dòng)能。?瑞利散射原理與發(fā)生幾率：瑞利散射是入射光子和束縛較牢固的內(nèi)層軌道電子發(fā)生的彈性散射過程（也稱為電子的共振散射擊）。在此過程中，1個(gè)束縛電子吸收入射光子而躍遷到高能級(jí)，隨即又放出1個(gè)能量約等于入射光子能量的

13、散射光子，由于束縛電子未脫離原子，故反沖體是整個(gè)原子，從而光子的能量損失可忽略不計(jì)。瑞利散射擊是相干散射的一種。相干散射是指散射線與入射線具有相同的波長(zhǎng)，從而能夠發(fā)生干涉的散射過程。瑞利散射的概率和物質(zhì)的原子序數(shù)及入射光子的能量有關(guān)，大致與物質(zhì)原子序數(shù)Z的平方成正比，并隨入射光子能量的增大而急劇減小。當(dāng)入射光子能量在200keV以下時(shí)，瑞利散射的影響不可忽略。?半價(jià)層定義：半價(jià)層是指使入射射線強(qiáng)度減少一半的吸收物質(zhì)厚度。?射線照相法的原

14、理；射線在穿透物體過程中會(huì)與物質(zhì)發(fā)生相互作用，因吸收和散射而使其強(qiáng)度減弱。強(qiáng)度衰減程度取決于物質(zhì)的衰減系數(shù)和射線在物質(zhì)中穿越的厚度。如果被透照物體（試件）的局部存在缺陷，且構(gòu)成缺陷的物質(zhì)的衰減系數(shù)又不同于試件，該局部區(qū)域的透過射線強(qiáng)度就會(huì)與周圍產(chǎn)生差異。把膠片放在適當(dāng)位置使其在透過射線的作用下感光，經(jīng)暗室處理后得到底片。底片上各點(diǎn)的黑化程度取決于射線照射量（又稱曝光量，等于射線強(qiáng)度乘以照射時(shí)間），由于缺陷部位和完好部位的透射射線強(qiáng)度不同

15、，底片上相應(yīng)部位就會(huì)出現(xiàn)黑度差異。底片上相鄰區(qū)域的黑度差定義為“對(duì)比度”。把底片放在觀片燈光屏上借助透過光線觀察，可以看到由對(duì)比度構(gòu)成的不同形狀的影像，評(píng)片人員據(jù)此判斷缺陷情況并評(píng)價(jià)試件質(zhì)量。對(duì)缺陷引起的射線強(qiáng)度變化情況可作定量分析，在試件內(nèi)部有一小缺陷，試件厚義為T，線衰減系數(shù)為μ；缺陷在射線透過方向的尺寸為△T，線衰減系數(shù)為μ‘；入射射線強(qiáng)度為I0，一次透射射線強(qiáng)度分別是Ip（完好部位）和Ip‘（缺陷部位），散射比為n，透射射線總強(qiáng)