第三章射线检测[幻灯片].ppt

第三章 射线检测;第三章 射线检测; 射线检测对气孔、夹渣、疏松等体积型缺陷的检测灵敏度较高，对平面缺陷的检测灵敏度较低，如当射线方向与平面缺陷（如裂纹）垂直时很难检测出来，只有当裂纹与射线方向平行时才能够对其进行有效检测。 另外，射线对人体有害，需要有保护措施。;　一. 射线的种类和频谱 　　波长较短的电磁波叫射线，速度高、能量大的粒子流也叫射线。　　;　在射线检测中应用的射线主要是X射线、γ射线和中子射线。X射线和γ射线属于电磁辐射，中子射线是中子束流。 由于他们属电中性，不会受到库伦场的影响而发生偏转，且贯穿物质的本领较强，被广泛应用于无损检测。 　　;　　二、射线的产生 　　（一）X射线的产生 X射线是一种波长比紫外线还短的电磁波，它具有光的特性，例如具有反射、折射、干涉、衍射、散射和偏振等现象。 　　;　　X射线通常是将高速运动的电子作用到金属靶(一般是重金属)上而产生的。X射线源即X射线发生器主要由三部分组成：发射电子的灯丝（阴极）、受电子轰击的阳极靶面、电子加速装置——高压发生器。;图为在35 kV的电压下操作时，钨靶与钼靶产生的典型的X射线谱。钨靶发射的是连续光谱，而钼靶除发射连续光谱之外还叠加了两条特征光谱，称为标识X射线，即Kα线和Kβ线。若要得到钨的Kα线和Kβ线，则电压必须加到70 kV以上。 ;　　1、连续X射线 　　根据电动力学理论，具有加速度的带电粒子将产生电磁辐射。在X射线管中，高压电场加速了阴极电子，当具有很大动能的电子达到阳极表面时，由于猝然停止，它所具有的动能必定转变为电磁波辐射出去。由于电子被停止的时间和条件不同，电子的能量和波长不同，所以辐射的电磁波具有连续变化的波长。  　　在任何X射线管中，只要电压达到一定数值，连续X射线总是存在的。;　　2、标识X射线 　　根据原子结构理论，原子吸收能量后将处于受激状态，受激状态原子是不稳定的，当它回复到原来的状态时，将以发射谱线的形式放出能量。在X射线管内，高速运动的电子到达阳极靶时将产生连续X射线。如果电子的动能达到相当的数值， 可足以打出靶原子(通常是重金属原子)内壳层上的一个电子， 该电子或者处于游离状态，或者被打到外壳层的某一个位置上。 于是原子的内壳层上（低能级处）有了一个空位，邻近高能级壳层上的电子便来填空，这样就发生相邻壳层之间一系列电子的跃迁。外层高能级上的电子向内层低能级跃迁时将释放出多余能量，从而发射出X射线。显然，这种X射线与靶金属原子的结构有关，其能量或波长是确定的，因此称其为标识X射线或特征X射线。标识X射线通常频率很高， 波长很短。 ; 第二章 射线检测 ;三、射线的特性  X射线、γ射线、中子射线都可用于固体材料的无损检测。 1、具有穿透物质的能力； 2、不带电荷，不受电磁场的作用； 3、 具有波动性、粒子性，即二象性； 在做衍射试验的时候，粒子流和光束一样，都可以产生衍射波纹。同时在局部区域，光的衍射图案也如同粒子的衍射图案一样，出现单个粒子形成的点。这个试验得出的结论就是，在微观粒子运动的时候，既有波动效应，也有粒子效应，这就是波粒二象性。 4、能使某些物质起光化学作用； 5、能使气体电离和杀死有生命的细胞。;　　四、射线通过物质的衰减 　　射线穿过物质时，与物质中的原子发生撞击、产生能量转换，引发能量的衰减和以下种种物理效应。 （一） X射线、 射线通过物质时的衰减 　1、X射线、 射线与物质的相互作用 　　射线与物质的相互作用主要有三种过程：光电效应、康普顿效应和电子对的产生。 这三种过程的共同点是都产生电子， 然后电离或激发物质中的其他原子；此外，还有少量的汤姆逊效应。光电效应和康普顿效应随射线能量的增加而减少，电子对的产生则随射线能量的增加而增加，四种效应的共同结果是使射线在透过物质时能量产生衰减。 ;　　每束射线都具有能量为E=hv的光 子。光子运动时保持着它的全部动能。 光子能够撞击物质中原子轨道上的电 子，若撞击时光子释放出全部能量，将所有能量传给电子，使其脱离原子而成为自由电子，光子本身消失。 这种现象称为光电效应。光子的一部分能量把电子从原子中逐出去，剩余的能量则作为电子的动能被带走，于是该电子可能又在物质中引起新的电离。当光子的能量低于1 MeV时，光电效应是极为重要的过程。;　（2） 康普顿效应 在康普顿效应中，一个光子撞击一 个电子时只释放出它的一部分能量，结 果光子的能量减弱并在和射线初始方向 成θ角的方向上散射，而电子则在和初 始方向成φ角的方向上散射。这种现象 称为康普顿效应。