x射线检测技术及应用 x射线检测

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1、x射线检测技术及应用X射线检测§7—3X射线检测本节主要介绍X射线检测的基本知识、基本原理、常用设备和检测方法，重点介绍提高检测灵敏度的措施。§7—3—1X射线的基础知识一、定义λ＝(0.01～50)nm，f＝3×1016～20Hz的电磁波。1895年伦琴在阴极管放电实验中，发现高速电子流射到一些固体表面，产生一种特殊的射线，它可以穿透可见光不能穿透的物质，使得感光片感光。伦琴称之为X射线。电磁波理论认为下列波都属于电磁波：只是波长和频率不同而已。表119X射线的波长和频率X射线是由波动着的微粒组成，微粒

2、称为X射线光子；每个光子的能量为：E＝hf式中：E——光子的能量；尔格.秒h——普朗克常数，6624×10－27尔格.秒；cmf——频率。通常，在X射线探伤中，使用的x射线的波长用下式计算：λ＝12.35/V式中：λ——波长（埃）,1埃等于10－7cm；V——管电压（KV）；由于软X射线的吸收系数较大，射线穿透工件后，由于衰减造成的强弱分布明显，能够得到的衬度对比分明的底片。二、X射线的发生X射线管就是一个热阴极高压二极管。从下图可见，当阴极灯丝被加热后，并在阴、阳极之间加高压电（几万～几十万伏）后，阴极

3、就会释放出电子，并在高压电场作用下，以相当大的速度撞击阳极；这时大部分能量以热能的形式释放，只有一小部分能量转变为X射线。三、X射线的分类按照波长的大小，将其分为两类——连续X射线和标识X射线。1、19连续X射线波长在(0.002～0.01)nm之间，连续变化的X射线。X探伤就是采用这种X射线。研究发现，当e撞击阳极时，大致是多次撞击；即第一次撞击后，e能量处于中级状态，其失去的能量转化为一定波长的光量子；第二次撞击，失去的能量又会转化为一定波长的光量子；依此类推，若干次的撞击，每次都会产生一定波长的X射

4、线。像这样，大量的电子撞击阳极靶，每种光量子的波长就会是任意值；从而使得X射线的波长显示为连续数值。用数学式子表示：εmax＝eV＝hC/λ1＋hC/λ2＋hC/λ3＋……＋hC/λn式中：εmax——阴极射出粒子带有的最高能量；e——粒子带有的电荷；C——光速度；V——管电压；图1是不同管电压辐射的连续X射线谱。从图中可见：（一所书P182图6－3）19其一、不同的管电压，辐射的X射线谱线不同；管电压愈大，谱线的位置愈高；说明其强度愈大；其二、同一管电压时，强度按照谱线按照波长的大小连续分布，并有一个极

5、大值；还可见波长较小，强度较高。有一个半经验公式，描述出连续X射线的总强度：J＝KZiV2式中：J——连续X射线的总强度；K——由实验确定的常数；Z——阳极靶材料的元素序数；i——管电流；V19——管电压。从式中可见，当X射线机选定后，X射线的总强度与管电压平方、管电流呈正比。2、标识X射线在X射线的波谱中，有几个特殊的波长，强度特别大，它的波长数值与管电压无关，而与阳极靶的元素种类有关。通常称之为元素的标识X射线。图3是Mo的标识X射线和连续X射线的波谱与强度的关系图。作此图时，管电压是35KV，其中波

6、长为063、071埃，分别是MoKα、MoKβ线系，其实，每种元素都有多条标识X射线。其示意图见P183图6－4。图6－4标识X射线示意图（1所书P183图6－4）Kα——表示由核外第一层电子中被激发到第二层后，又回到第一层时，释放的光量子；Kβ——表示由核外第一层电子中被激发到第三层后，又回到第一层时，释放的光量Http://www.wenku1.com子；由于每种元素的原子结构不同，所以从每层电子层中，被激发后，又回到原来层的电子，释放的X射线也不同；从而可以鉴别出阳极材料的元素。它是材料成分分析时的

7、重要手段。四、X射线的性质（与探伤有关的性质）1、不可见、以直线传播、不带电、不受电场和磁场的影响；与可见光一样，可以反射、折射、透射、干涉、绕射等。但是反射是漫散射；折射也不像可见光那样能观察到。2、穿透能力强，课穿透肌肉、骨骼、金属；被吸收后能产生热量；3、能感光、能是某些物质产生荧光作用；4、能引起生物效应，杀死和伤害细胞。§7—3—2X射线探伤的原理可见光不能透射一张黑纸，而X射线可以透射钢板。可见其透射能力之强。但是它透射后要损失一部分能量，称为衰减。研究发现，X射线透射能力与被透射物质种类（原

8、子序数）和厚度有关。一、衰减X射线透射物质后，失去部分能量的现象，称为衰减。研究发现引起衰减的因素有两条——吸收和散射。1、吸收19X射线穿透物质时，部分能量变成热能的现象。吸收是由于光电效应和电子对形成引起的。1）光电效应（ⅰ）定义光子与核外电子的效应，称为光电效应。它是X射线的光子，在穿透物质时，打在物质的轨道电子上，电子吸收了光子的能量而飞出来，形成光电子；此时，光子消失。这种现象即为光电效应。（ⅱ）光电效应的数学表达式