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　　灯丝的外加电流越大，产生的电子数量越大，射线强度越高； 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。 从中子照相来说，要求中子射线强度大、射线束质量高、便宜、方便、操作灵活等。 目前，强度大的源是核反应堆，但它投资大、笨重、无法用于生产现场。 而小型加速器、中子管、同位素中子源等虽然灵巧、方便，但强度总的来说还不够高。 3-1-4 射线的衰减特性 射线种：光电效应、瑞利散射、康普顿效应以及电子对生成。 能量较小时、前两种效应比较重要，电子对生成效应仅当能量大于1MeV时才开始显著。 各种效应随物质原子序数的不同而改变，原子序数低效应弱，原子序数高效应强。 上述几种效应造成射线能量减弱，其原因是物质对射线的吸收与散射。 射线被吸收时其能量转变为其它形式，如热能，散射则使射线) 射线的吸收 A 光电效应 射线通过物质时，光子与原子相互作用，光子被吸收，原子中的电子被释放出来，称为光电子，即光电效应。 当光子的能量处在γ射线的能量范围时，光电效应与原子序数的关系密切，原子序数愈高，光电效应愈显著，光电效应与光子能量的3次方成反比，能量愈高，光电效应愈弱。 例如能量为0.5MeV的γ射线通过铅板时，光电效应的吸收十分显著，当为2MeV时则光电效应很小。 光电效应可产生的特征X射线，称为荧光X射线，产生荧光X 射线的最佳条件是光子能量稍大于原子核外电子、如K层电子的结合能，能量太大就难以产生荧光X射线。 B 电子对生成 射线通过物质时除产生光电效应外，还有电子对生成。 当光子能量大于1.02MeV时产生电子对，产生电子对导致能量减弱的吸收系数与原子序数的平方成正比。 光子能量小于1.02MeV时不产生电子对，因此电子对效应主要发生在高能射线) 射线的散射 A 康普顿散射 又称非弹性散射和非干涉散射，一个光子和物质中一个自由电子或束缚较弱的电子发生碰撞后，光子将一部分能量传给电子，波长变长。 电子即从原子空间中以与光子初始运动方向成φ角的方向射出。光子则朝着与自己初始方向成θ角的方向散射，这就称为康普顿散射。 * 3 射线 射线检测原理 射线透过被检物体时，有缺陷部位与无缺陷部位对射线上的吸收能力不同 以金属材料为例，缺陷部位(气孔或非金属夹杂物)对射线的吸收能力低于金属基体。 透过缺陷部位的射线强度高于无缺陷部位，根据透过工件后射线强度的差异，来检测缺陷。 目前，广泛采用射线照相法，利用感光胶片来检测射线强度，胶片上相应有缺陷部位因接受较多射线，而形成黑度较大的缺陷影象。 射线透过无缺陷部位强度 式中 J1-射线透过厚度为A后的强度，J0-射线透过工件前的强度，μ-材料线衰减系数，A-透过层材料厚度。 射线透过有缺陷部位强度(缺陷假设为气孔) 式中 x-缺陷在射线方向的厚度 两者强度比为 可见缺陷沿射线透照方向长度x越大或被透物质线吸收系数μ越大，则透过有缺陷部位和无缺陷部位的射线强度差越大，胶片上缺陷与基体的黑度差越大，缺陷越容易被发现。 5-1-1 射线的本质 射线是一种电磁波，与无线电波、红外线、可见光、紫外线等本质相同，具有相同的传播速度，但频率与波长不同。 射线的波长短、频率高，具有许多与可见光不同的性质： A 不可见，依直线传播 B 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的物质 D 与可见光同样有反射、干涉、绕射、折射等现象，但这些现象又与可见光有区别，如x射线只有漫反射，不能产生如镜面反射。 E 使物质产生光电子及返跳电子、以及引起散射现象 F 被物质吸收产生热量 G 使气体电离 H 使某些物质起光化学作用，使照相胶片感光，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 3-3-2 射线) X射线与γ射线 这是射线检测中最常用的两种射线，X射线是由人为的高速电子流撞击金属靶产生的。 γ射线是放射性物质自发产生的，如钴、铀、镭等，两者产生的机理不同，但都是电磁波。 (2) α射线与β射线 放射性同位素产生α衰变和β衰变，放射α射线和β射线，α射线贯穿能力弱，但有很强的电离作用。β射线虽然穿透力强，但能量很小。 一般并不直接用α射线和β射线进行检测，它们适用于特种场合。 与X射线和γ射线不同，α射线和β射线不是电磁波，而是粒子辐射。 (3) 中子射线 中子是呈电中性的微粒子流，不是电磁波，这种粒子流具有巨大的速度和贯穿能力。 中子与X和γ射线有很大不同，在被穿透材料中的衰减主要取决于材料对中子的俘获能力。 对铅来说，X和γ射线穿透能量衰减很大，但俘获中子的能力很小。对氢来说正好相反。 3-1-5 射线) X射线的获得 X射线是由一种特制的X射线管产生的，由阴极、阳极和高真空的玻璃或陶瓷外壳组成，阴极是一加热灯丝，用于发射电子，阳极靶是由耐高温的钨制成。 工作时在两极之间加有高电压，从阴极灯丝发射的高速电子撞击到阳极靶上，其动能消耗于阳极材料原子的电离和激发，然后转变为热能，部分电子在原子核场中受到急剧阻止，产生所谓韧致X射线，即连续X射线。 为减少电子在飞往阳极过程中与气体粒子相碰撞损失动能，射线Pa真空。电子流动能的绝大部分(97%)转化为热能，因此阳极材料一般应选用耐高温材料并通以介质加冷却。动能中仅一小部分(～3%)转变为X射线。 阴极发射电子的数量，决定了从阴极飞往阳极电子流大小(管电流)，而X射线的穿透能力则决定于电子从阴极飞往阳极的运动速度，与两极之间电压(管电压)有关。管电压愈高，所产生X射线的穿透能力愈大，波长愈短。 图中可见，只改变管电流时，X射线辐射强度只是在原有各波长下相应增加。只改变管电压时、则除原来各波长相应增加辐射强度外，还出现了更短波长的X射线。 X射线管单位时间内所发出的连续X射线的全部能量的近似公式为 式中 η0-常数(×10-9)，I-管电流(A)，Z-阳极靶原子序数(钨Z=74)，U-管电压(V)。 X射线管的转换效率为 其它转变为热能 当U=100kV时 η=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 (2) γ射线的获得 放射性同位素是一种不稳定的同位素，处于激发态，原子核能级高于基级，向基级转变同时释放出γ射线，其能量等于两个能级间差。 射线检测中所用的γ射线源，是由核反应制成的人工放射源，应用较广的γ射线因其放射性比活度低，又易造成环境污染，能量单一、不宜检测厚薄不均匀工件等原因而日趋淘汰。 钴60的获得，是将同位素钴59，在原子反应堆里的中子流冲击下，激发形成不稳定的同位素即钴60，释放γ射线以及少量α射线和β射线。 放射性同位素的原子核，在自发地放射出γ射线后能量逐渐减弱，这种现象叫做衰变。 各种放射性同位素都有自己特定衰变速度，称为衰变常数(λ)，它表示单位时间内衰变核的数量与尚未衰变核的数量之比 式中 N-物质在t时尚未衰变的原子数，N0-原有物质原子数，e-自然对数底，λ-物质衰变常数。 放射同位素原子数随时间呈指数减少，放射性同位素以原有N0个原子因衰变而减少到N0/2个原子所需的时间，称为半衰期(T)。 以使用最广的钴60为例，其半衰期为5.3年 在单位时间内衰变的原子核数量，称为放射性活度，以α表示，单位为居里(Ci) 某种物质每秒钟有3.7×1010个原子衰变，则该物质的放射性活度为1Ci(居里) 单位质量放射性物质的活度称为比活度，单位为Ci/g(居里/克) γ射线的强度可由测量仪器引起的电离程度来决定，单位是R(伦琴) 1R辐射强度，等于在0℃及105Pa压力下，在1cm3空气中电离引起离子绝对值总和为一个绝对静电单位。 (3) 高能X射线的获得 普通X射线和γ射线检测，由于其能量低、穿透能力差，检测能力受到限制。 超过100mm厚钢板不能用一般X射线mm厚钢板很难用γ射线进行检测。 此时可采用加速器产生的高能X射线mm的钢板，采用高能X射线检测可获得满意结果。 高能X射线kV的射线，这种高能X射线都由加速器产生。 被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，能量在100MeV以下是低能加速器，能量在100～1000MeV之间是中能加速器。 按加速器种类可以分为电子加速器、质子加速器、重离子加速器以及全离子加速器等。 射线检测中应用的加速器都是电子加速器，能量数兆电子伏到数十兆电子伏范围内，一般都在45MeV以下，即用低能电子加速器产生。 检测对加速器的要求是束流强度大、焦点尺寸小、体积小、重量轻、成本低、操作容易、维护简单等。 适合工业无损检测用加速器，主要有电子感应加速器、电子直线加速器和电子回旋加速器。 (4) 中子射线的获得 中子射线检测时常根据不同用途选用不同能量的中子，如冷中子、热中子和快中子等。 中子照相主要是用热中子，中子源放射出来的快中子由于能量高，不适合照相，需经慢化后变成低能热中子，由准直器引出。 目前可供照相用的中子源有核反应堆、加速器和放射性同位素，常用的为(锎Cf252) (锎)Cf252中子源的半衰期2.65年，产额2.3×1012中子/s/g，目前价各还很贵。利用Cf252可做成可移动式中子照相装置。 另一种可移动中子装置，核心是与密封管中子发生器组合在一起的慢化器，与Cf252中子源不同之处是可以关闭，不运行时无需屏蔽。 国外中子管的中子产额已达1012中子/s，完全可以满足照相的要求。 *

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