射线检测问答题(一)(含答案)

三、问答题

1.1 什么叫核素？核素分为哪几类？

1.2 什么叫核力？核力具有哪些性质？

1.3 射线可分为哪几类，用于工业探伤的射线有哪几种？

1.4 放射性同位素衰变有哪几种模式？

1.5 X射线和γ 射线具有哪些性质？

1.6 X射线和γ 射线有哪些不同点？

1.7 产生X射线需要哪些条件？

1.8 X射线机发出的X射线为什么具有连续波长？

1.9 连续X射线和标识X射线有哪些不同点？它们在射线探伤中

各起什么作用？

1.10 试述光电效应的机理和产生条件。

1.11 试述康普顿效应的机理和特点。

1.12 什么叫电子对效应？电子对效应产生条件是什么？

1.13 什么叫瑞利散射？瑞利散射的特点是什么？

1.14 射线与物质相互作用时导致其强度减弱，试叙述四种效应各

起了多少作用？

1.15 试解释“窄束”和“宽束”、“单色”和“多色”的含义。

1.16 窄束单色射线在物质中的衰减规律怎样表示？宽束连续射线

在物质中的衰减规律又怎样表示？

1.17 什么叫射线的线质？连续X射线的线质怎样表示？

1.18 什么叫半价层？它在检测中有哪些应用？

1.19 什么叫放射性同位素的半衰期？它在射线检测中有什么用

处？

1.20 试述射线照相法的原理。

问答题答案

1.1答：凡是具有一定质子数、中子数并处于特定能量状态的原子或原

子核称为核素。

核素可分为稳定和不稳定的两类，不稳定的核素又称放射性核素，它能

自发地放出某些射线――α、β或γ射线，而变为另一种元素。

1.2答：在原子核内，带正电的质子间存在着库仑斥力，但质子和中子

仍能非常紧密地结合在一起，这说明核内存在着一个非常大的力，即核

力。

核力具有以下性质：

（1）核力与电荷无关，无论中子还是质子都受到核力的作用； （2）核力是短程力，只有在相邻核子之间发生作用；

（3）核力约比库仑力大100倍，是一种强相互作用；

（4）核力能促成粒子的成对结合（例如两个自旋相反的质子或中子）

以及对对结合（即总自旋为零的一对质子和一对中子的结合）。

1.3答：（1）X射线和γ射线。它们都是波长很短的电磁波，按波粒二相

性观点，也可以看作是能量很高的光子流。X射线是高速运动的电子撞

击金属产生的；γ射线是放射性同位素在γ衰变过程中从原子核内发出

的。

（2）电子射线和β射线。它们都是高速电子流。电子射线是通过加速电

子得到的；β射线是放射性同位素在β衰变过程中从原子核内发出的。

（3）质子射线、氘核射线和α射线。它们都是带正电的粒子流，质子是

普通氢原子核H；氘核是氢同位素氘的原子核，由1个质子和1个中子构

成；α粒子是氦原子核，由2个质子与2个中子构成。质子射线与氘核射

线可利用回旋加速器或静电加速器得到，α射线是放射性同位素在α衰变

过程中从原子核内发出的。

（4）中子射线。它是高速中子流，可从原子反应堆中获得，也可通过

加速器获得，或从放射性同位素锎252中获得。

目前用于探伤的主要是X射线、γ射线和中子射线，其中X射线和γ射线

广泛用于工业探伤，中子射线用于特种检验。

1.4答：放射性同位素衰变主要有以下模式

（1）α衰变：放出带两个正电荷的氢核。

（2）β衰变，包括：β— 衰变：放出电子，同时放出反中微子；

β+ 衰变：放出正电子，同时放出中微子；

电子俘获：原子核俘获一个核外电子。

（3）γ衰变：放出波长很短的电磁波。

内转换：原子核把激发能直接交给核外电子，使电子离开原子。

（4）自发裂变，原子核自发分裂为两个或几个原子核。

1.5答：X射线和γ射线具有以下性质：

（1）在真空中以光速直线传播；

（2）本身不带电，不受电场和磁场的影响；

（3）具有某些光学特性：反射（漫反射）、折射（折射系数近似1，折

射的方向改变不明显）、干涉和衍射；

（4）不可见，能够穿透可见光不能穿透的物质；

（5）在穿透物质过程中，会与物质发生复杂的物理和化学作用，例

如：电离作用、荧光作用、热作用以及光化学作用；（6）具有辐射生物效应，能够杀伤生物细胞，破坏生物组织。

1.6答：X射线和γ射线都属电磁波范畴，两者最主要的不同点是产生方

式不同。X射线是高速电子撞击金属产生的，γ射线是放射性同位素从原

子核中发出的。

其他不同点包括：X射线是连续能谱，γ射线是线状能谱；X射线能量取

决于加速电子的电压，γ射线能量取决于放射性同位素种类；X射线强度

随管电压的平方和管电流而变，γ射线强度随时间的推移按指数规律减

弱。

1.7答：产生X射线应具备五个条件：

（1）发射电子。将灯丝通电加热到白炽状态，使其原子外围电子离开

原子。在灯丝周围产生小的“电子云”，这种用热电流分离电子的方法叫

热电子发射。

（2）电子聚焦。用槽形阴极围绕灯丝，并将其与负电位接通。由于电

子带负电，会与它发生相互排斥作用，其结果是电子被聚成一束。

（3）加速电子。在灯丝与阳极间加很高的电压，使电子在从阴极飞向

阳极过程中获得很高速度。

（4）高真空度。阴阳极之间必须保持高真空度，使电子不受气体分子

阻挡而降低能量，同时保证灯丝不被氧化烧毁。

（5）高速电子被突然遏止。采用金属作阳极靶，使电子与靶碰撞急剧

减速，电子动能转换为热能和X射线。

1.8答：施加于X射线管两端的高压是脉动直流电压，由于电压不断变

化，到达阳极的电子速度各不相同，只有少数电子经过最高电压的加

速。而电子与阳极靶的碰撞情况也各不相同，少数电子经过一次碰撞，

运动即被阻止，能量全部转换为X射线。波长最短的部分射线就属这种

情况。大部分电子与靶要进行多次碰撞，速度逐渐降低，直至为0，碰

撞过程中转换的X射线能量不同，波长也各不相同，有长有短，所以X

射线管发出的X射线束波长呈连续分布。

1.9答：（1）产生机理不同，连续X射线是高速电子与阳极靶原子核的

库仑场作用下产生的，标识X射线是高速电子把靶原子的内层轨道电子

碰撞出轨道后，外层电子向内层跃迁时发出的。

（2）波长和能量不同，连续X射线具有混合波长，能谱为连续谱，最

短波长取决于管电压；而标识X射线波长为特定值，能谱为线状谱，波

长与靶材料元素有关而与管电压无关。

标识X射线波长较长，光子能量小，线质软，例如钨靶所产生的标识射

线，能量最大的K系标识射线能量为69.5KV，在探伤中基本上不起作

用。在工业探伤中，穿透试件，使胶片感光主要依靠连续X射线。

1.10答：当电子与物质原子中的束缚电子相互作用时，光子把全部能量转移给一个束缚电子，使之脱离轨道，发射出去，而光子本身消失，这

一过程称为光电效应。光电效应发射出去的电子叫光电子。

发生光电效应的必要条件是光子能量大于电子的结合能。遵照能量守恒

定律，光子部分能量消耗于光电子脱离原子束缚所需的电离能（电子在

原子中的结合能），其余能量作为光电子的动能。

1.11答：光子与电子发生非弹性碰撞，光子的一部分能量转移给电子，

使电子沿与光子入射方向成一定角度飞去，称作反冲电子，光子自身能

量减小，波长变长，运动方向改变，这一过程称作康普顿效应。

康普顿效应总是发生在自由电子或受原子束缚最松的外层电子上，入射

光子的能量由反冲电子和散射光子两者之间进行分配，散射角越大，散

射光子的能量越小，当散射角为180°时，散射光子能量最小。

1.12答：当高能光子从原子核旁经过时，在原子核的库仑场作用下，光

子转化为一个正电和一个负电子，自身消失，这一过程称为电子对效

应。

根据能量守恒定律，只有当入射光子能量hυ大于2m0C2,即hυ＞

1.02MeV才能发生电子对效应，入射光子的部分能量转变为正负电子对

的静止质量（1.02MeV），其余就作为电子的动能。

1.13答：瑞利散射是入射光子与原子碰撞时和束缚较牢固的内层轨道电

子发生的弹性散射过程（也称为电子的共振散射）。

在瑞利散射过程中，1个束缚电子吸收入射光子能量而跃迁到高能级，

随即又释放出1个能量约等于入射光子能量的散射光子。瑞利散射是相

干散射的一种。瑞利散射的发生几率和物质的原子序数及入射光子的能

量有关，大致与物质原子序数Z的平方成正比，并随入射光子能量的增

大而急剧减小。当入射光子能量在200keV以下时，瑞利散射的影响不

可忽略。

1.14答：四种效应（即光电效应、康普顿效应、电子对效应、瑞利散

射）的发生几率与入射光子能量及物质原子序数有关。一般说来，对低

能量射线和原子序数高的物质，光电效应占优势，对高能量射线和原子

序数高的物质，电子对效应占优势，瑞利散射的影响大大低于上述三个

效应。

在钢铁中，当光子能量在10KeV时，光电效应占优势，随着光子能量的

增大，光电效应比率逐渐减小，康普顿效应比率逐渐增大，在稍过

100KeV后两者相等，此时瑞利散射趋于最大，但其发生率也不到

10%，1MeV附近射线的衰减基本上都是康普顿效应造成的；电子对效

应自1.02MeV以后开始发生，并随能量的增大发生几率逐渐增加，在

10MeV附近，电子对效应与康普顿效应作用大致相等；超过10MeV以

后，电子对效应对射线强度衰减起主要作用。1.15答：射线束通过狭缝后照射到物体上，贯穿物体后又经狭缝准直后

到达探测器，这种射线称作窄束射线；由于狭缝的作用，到达探测器的

只有一次透射线，各种散射线均被狭缝阻挡，所以把强度不受散射线影

响的射线称为窄束射线；而把强度受散射线影响的射线称为“宽束”射

线。

X射线的“色”的概念是从可见光中的颜色和波长的关系引伸而来，把单

一波长的射线称为“单色射线”，把混合波长的射线称为“多色射线”，把

连续波长的射线称为“白色射线”。

1.16答：射线穿透物质时，其强度按指数规律衰减。对窄束单色射线，

其强度衰减公式为：

（1）

式中：I：透射线强度；I0：入射线强度；μ：线衰减系数；T：穿透厚度

对于连续X射线，在穿透物质过程中线质会逐渐硬化，线衰减系数μ是

个变量，在此情况下可用平均衰减系数代替。所以，连续射线的强度衰

减公式为：

（2）

对宽束射线，必须考虑散射的影响，透过物质的射线强度I包括一次透

射线Ip和散射线Is两个部分，令散射比n=Is/Ip，宽束射线强度衰减公式

推导如下：

（3）

综合（2）（3）式，宽束连续射线的强度衰减公式为

1.17答：线质是对射线穿透物质能力的度量，穿透力较强的射线称其线

质较硬，穿透力较弱的射线称其线质较软。

对单色射线，线质可用光子能量或波长定量表示；对连续X射线，因其

能量和波长是连续分布的，一般可用半价层、吸收系数或有效能量来定

量表示。

1.18答：使入射射线强度减少一半的吸收物质的厚度称作半价层，用符

号T1/2表示。

射线检测中，通常利用半价层来评价射线的穿透力，表示X射线的有效

能量，标定X射线标准源。

1.19答：放射性同位素衰变掉原有核数的一半，也就是说源的放射强度

减少到原来一半所需的时间，称为半衰期，用符号T1/2表示。

射线检测中，通过半衰期，可以了解放射性同位素的稳定性，放射源可