1、1Page 12推薦參考書、期刊1、期刊無損檢測：全國無損檢測學學會刊，學會對外交流指定用刊，國內無損檢測領域權威刊物。無損探傷：主要報道射線、超聲、磁粉、滲透、渦流、紅外、聲發射、微波、全息等NDT應用技術。2、書籍無損檢測 李喜孟主編 2001年2月第1版無損檢測概論 中國機械工程學會無損檢測學會編 1993年12月第1版國外無損檢測 中國機械工程學會無損檢測學會編 1981年10月第1版3第一章射線檢測技術第一節射線檢測物理基礎1、原子的能級和輻射 1903年，湯姆遜首先提出原子結構模型(葡萄干-蛋糕模型) 湯姆遜設想原子的帶正電部分是一個原子那么大的、具有彈性的、凍膠狀的球，正電荷均勻

2、分布著，在這球內或球上，有負電子嵌著。這些電子能在它們的平衡位置上作簡諧振動。觀察到的原子所發光譜的各種頻率認為就相當于這些振動的頻率。 Page 34v1911年，盧瑟福概括粒子散射實驗結果，提出了原子的核式結構。原子內部有一個原子核，原子核具有體積小、質量大而且帶有正電荷的特征，帶負電荷的電子則分布在與原子大小同數量級的封閉軌道上繞核旋轉。對中性原子，所有電子所帶負電荷之和等于原子中心所帶正電荷。但是在電子運動的規律及它與原子發射光譜的關系等問題上，盧瑟福的理論解決不了。v1913年，玻爾在原子的核式結構模型的基礎上，提出量子概念，使核式結構模型能夠說明氫原子和類氫離子的譜線頻率。52、射

3、線的種類 波長較短的電磁波叫射線。速度高、能量大的粒子流也叫射線。 射線由射線源向四周發射的過程又稱為輻射。 非電離輻射：指能量很低，不足以引起物質發生電離的射線，如微波輻射、紅外線等。 電離輻射：指能夠直接或間接引起物質電離的輻射。Page 56 直接電離輻射：如射線、射線和質子射線等。由于它們帶有電荷，所以在與物質發生作用時，要受原子的庫侖場的作用而發生偏轉。同時，會以物質中原子激發、電離方式損失其能量，故其穿透本領較差，因而一般不直接利用這類射線進行無損檢測。 間接電離輻射：是不帶電的粒子，如X射線、r射線及中子射線等。由于它們屬于電中性，不會受到庫侖場的影響而發生偏轉，且貫穿物質的本領

4、強，故廣泛地被用于無損檢測。Page 6電離輻射可分為直接電離輻射和間接電離輻射73、X射線的性質 X射線又名倫琴射線，于1895年發現。X射線是波長較短的電磁波，X射線譜的某些特征反映了原子內部結構的情況。 X射線波長范圍約在0.0006-100nm之間，在X射線檢測中常用的波長范圍約在0.001-0.1nm之間。X射線的硬度： 工業上把波長較短的X射線稱為硬X射線： 其能量較高，穿透能力較大nm01. 0 8Page 83.1 X射線的產生及其波長和強度的測量 X射線的產生方式有多種形式，例如：真空管型低能X射線發生器，直線加速器與電子回旋加速器等高能X射線發生器。（1）低能X射線發生器

5、真空管型X射線發生器的原理見圖，陰極發射的電子流經高電位梯度電場聚焦與加速后，撞擊陽極靶，其動能消耗于陽極材料原子的電離和激發，然后轉變為熱能，電子在原子核場中受到急劇阻止，可產生韌致X射線，即連續X射線。9Page 9（2）X射線波長的測量、強度的測量 布喇格公式：當一束射線射入晶體而發生衍射時，任何一組晶面上，出射方向對平面的傾角和入射射線的傾角相等的射線，如果滿足下式：2sin(1,2,3,)ndn出射光線就會加強。已知晶體常數d，確定傾角，可測出X射線波長10Page 10利用布喇格公式測量射線波長和強度的方法：X射線通過鉛板上二窄縫S1和S2，形成扁而窄的一束，落在晶體C的一個面上，

6、電離室I和晶體C可以各自繞著通過晶體的一個軸轉動。電離室充以稀有氣體，X射線射入，氣體就會電離，電離電流的大小代表射線的強弱，可以做到電離電流與射線強度成正比。A AI I圖：圖：X X射線測譜儀射線測譜儀S S1 1S S2 2X射線測譜儀原理11Page 11 晶體和電離室的位置先與入射的射線成一直線，然后把晶體轉一個小角度，電離室轉二倍，記下刻度盤上的讀數和電離電流，這樣繼續做下去，電離室的方向與射線入射的方向的夾角一直保持著等于晶體表面和射線入射方向的夾角二倍。當達到某一角度時，電離電流會突然增強，這就表示這時進入電離室的射線特別強，布拉格公式已滿足。把這時的角度代入公式，波長可以算出

7、，而電流的強度也就代表這個波長的射線的強度。A A利用布喇格公式測量射線波長和強度的方法：123.2X射線譜 不同波長的射線具有不同的穿透力，波長越短，射線越硬，穿透力越強 X射線譜指的是X射線的強度I隨波長變化的關系曲線（I曲線）。 X射線強度大小由單位時間內通過與X射線傳播方向垂直的單位面積上的光量子數決定。 實驗表明，X射線管陽極靶發射出的X射線分為兩類：連續X射線譜和特征X射線譜。13（1）連續X射線譜 經典電動力學對連續X射線譜的解釋 若電子的初速度為v，電子從初速度v變到0經歷的時間為t，那么在電子停速時間t內放射的總能量為：2232e vE=3c t高速電子在陽極表面以不同的方式

8、停速，所產生的電磁脈沖的波長應具有連續的數值。但經典電動力學不能解釋最短波長的存在。14（1）連續X射線譜 量子力學對連續X射線的解釋21mv =h+p2212mvXph式中：為電子的動能；為所產生的 射線光子的能量；為消耗于陽極物質中的激發、電離能量；當p0時，可產生最大頻率的X射線2maxmin1v2hchmmin1.24hceUU所以： 式中：U為X射線管的管電壓，單位為KV 波長單位為nm，最短波長由U決定。15 總之：連續X射線譜是由高速運動的電子被陽極靶突然阻止而產生的，它由某一短波限min開始直到波長等于無窮大的一系列波長組成，具有如下實驗規律： （1）當增加X射線管壓時，各種波

9、長射線的相對強度一致增高，最大強度X射線的波長Imax和短波限min變小。（圖b） （2）當管壓保持恒定，增加管流時，各種波長X射線的相對強度一致增高，但Imax和min大小不變。（圖a） （3）當改變陽極靶元素時，各種波長的相對強度隨靶元素的原子序數增加。（圖c）（1）連續X射線譜16Page 16連續X射線的總強度 連續X射線的總強度為連續區的積分值。2UIiZ總式中，是實驗常數（1.1-1.410-6），上式表明：連續譜的總強度與管電流i，靶的原子序數Z，以及管電壓U的平方成正比。（1）連續X射線譜 綜合各種連續X射線強度分布的實驗結果，可以得到在某一實驗條件下發出的連續X射線的總強度：

10、min( )IId總克拉邁爾給出了波長小于5A的連續X射線強度近似表達式：2minI11( )()cZI史蒂芬森給出了波長在8-14A波段的X射線強度近似表達式：5minI11( )()cZI17Page 17X射線管的效率：定義為X射線強度與X射線管功率的比值，即： 當用鎢作陽極，Z74，管電壓為100kv時，X射線管的效率為1%左右。 這是由于X射線管中電子的能量絕大部分在和陽極靶碰撞時產生熱能而損失。只有極少部分能量轉化為X射線能，所以高能X射線發生器工作時必須以冷卻水沖刷陽極，達到冷卻陽極的目的。（1）連續X射線譜2ZiUZUiU18（2）X射線標識譜（特征譜）當管電壓超過某一臨界值時

11、（如對銅靶超過20kv），強度分布曲線將產生顯著的變化，即在連續X射線譜某幾個特定波長的地方，強度突然顯著地增加，由于它們的波長反映了靶材料的特征，因此稱之為標識譜。Page 1819Page 19標識X射線的產生：由于內層電子躍遷的結果。標識X射線的結構：各元素的標識譜有相似的結構，清楚地分為幾個線系，波長最短的一組線稱為K線系，這個線系一般可以觀察到三條譜線，稱為 ，其中，線最強，它的波長最長，線最弱（光量子數少），它的波長最短。比K線系波長更長一些，譜線也較多的一組譜線稱為L線系，波長更長的還有M線系、N線系等。 如果N軌道電子躍遷到K軌道，則其輻射頻率為： K K KKK,（2）X射線

12、標識譜（特征譜）NKNKEEh式中，EN和EK分別為電子處于N軌道和K軌道的能量。 20（2）X射線標識譜（特征譜） 任何電子躍遷到K層時產生的X射線統稱為K系X射線；躍遷到L層產生的X射線統稱為L系X射線；其他各系依此類推。在每一系（如K系）X射線里，凡從相臨層（L到K層）躍遷產生的稱 譜線（即 線），隔層（如M到K層躍遷產生的）稱 譜線（即 ）。 同理產生 ，如下圖所示。由于能級的分裂，譜線還可進一步分為 等。 原子的能級是不連續的，所以產生的X射線也是不連續的，我們把這種X射線成為標識X射線或線狀X射線。KK,KLLL MM12,KK圖1.5 標識x射線能級圖ONMLKK系L系M系21（

13、2）X射線標識譜（特征譜）銠（Rh）制陽極靶產生X射線 當管電壓較低時，X射線管將產生連續X射線。隨著X射線管電壓的提高，連續X射線譜的曲線向短波方向移動，但其本質并為發生變化。 但當電壓超過23.2KV時，射線譜開始發生變化，標識譜和連續譜同時出現。圖中可看出波長為0.537A、0.547A、0.612A和0.617A四條線。 22綜上所述，我們可以把產生標識X射線的條件和過程歸納如下： 為了產生任何系的X射線，必須供給外界能量（如高速飛行的自由電子），足以使重原子的內層電子躍遷到外層的軌道空位上。 當管電壓小于K系激發電壓而大于L系激發電壓時，不產生K系X射線而產生L系射線，同時伴有M系、N系、O系等系的X射線產生。 由于高速電子的轟擊，靶材料在一秒鐘之內有 數量級的原子變成激發態，它們的K