射线的定义

1

原子构成：原子是元素

的具体存在，是体现元素性

质的最小微粒，原子是同一

个原子核和若干个核外电子

组成的。

电子；电子的质量极轻，

为9.109*10-28g,等于氢原子

质量的1/1837。电子带有1

个单位负电荷

（1.602*10-19C）

质子和中子:质子的质

量为1.6726*10-24g，中子的

质量为1.6749*10-24g，两者

的质量几乎相等。

核素：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。

同位素：质子数相同而

中子数不同（或核电荷数相

同而相对原子质量不同）的

各种原子互为同位素。

放射性同位素：核素可

分为稳定和不稳定的两类，

不稳定的核素又称为放射性

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。

原子轨道：1913年，丹

麦科学家玻尔运用量子论思

想对原子有核模型做了进一

步的发展和完善，提出了原

子轨道和能级的概念，并对

原子发光机理做出了解释。

玻尔的原子理论假设可概括

叙述如下；原子中的电子沿

着圆形轨道绕核运行，各条

轨道有不同的能量状态，叫

做能级，各能级的能值都是

确定的。正常情况下电子总

是在能级最低的轨道上运

行，这时的原子状态称作基

态。

能级：原子中的电子沿

着圆形轨道绕核运行，各条

轨道有不同的能量状态，叫

做能级。

跃迁发光；当原子从外

界吸收一定能量时，电子就

由最低能级跳到较高能级，

这一过程称作跃迁，这时原

子的状态称作激发态。激发

态是一种不稳定状态，所以

电子将再次跃迁回较低能

级，这样，先后两个能级的

能值差就会以光能的形式辐

射出来。

原子核结构：原子核的

半径为10-13—10-12cm，约为

原子半径的万分之一。

核力：在原子核内，带

正电的质子间存着库仑斥

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，

只有在相邻原子核之间发生

作用，因此，一个核子所能

相互作用的其他核子数目是

有限的，这称为核力的饱和

性。3、核力比库仑力约大100

倍，是一种相互作用。4、核

力能促成粒子的成对结合以

及对对结合。

核稳定性：根据以上核

力的性质以及核力与库仑之

间的竞争，可以定性了解原

子核的稳定性。由于核力促

成原子核成对结合和对对结

合，如果不考虑为库仑力，

最稳定的应是中子数和质子

数相等的那些核，考虑库仑

力后，则应是包含更多中子

的核更稳定。但中子数过多

的核又是不稳定的，因为没

有足够的质子来与中子配

对；质子过多的核也是不稳

定的，因为库仑斥力将随之

增大。核稳定性与中子数、

质子数的关系为：对小质量

数的核，N/Z=1附近较稳定，

这个比值随核质量数的增大

而增加；对大质量数的核

N/Z=1.6附近的核较稳定。

放射性衰变模式：放射

性衰变有多种模式，其中最

主要的有1、α衰变，放出带

2个正电荷的氦核，衰变后形

成的子核，核电荷数较母核

减2，即在周期表上前移两

位，而质量数较母核减少4。

2、β衰变，包括β-衰变、

β+衰变和轨道电子俘获，其

中：β-衰变，母核放出电子，

衰变后子核的质量数不变，

而核电荷数增加1，即在周期

表上后移一位。轨道电子俘

获，母核俘获核外轨道上的

一个电子，核中的一个质子

转为中子，即核在周期表上

前移一位。3、γ衰变，放出

波长很短的电磁辐射。衰变

前后核的质量数和电荷数均

不发生改变。

X射线和γ射线的性质：

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、在媒质

界面上只能发生漫反射，而

不能像可见光那样产生镜面

反射；X射线和γ射线的折射

系数非常接近于1，所以折射

的方向改变不明显。4、可以

发生干涉和衍射现象，但只

能在非常小的，5、不可见，

能够穿透可见光不能穿透的

物质。6、在穿透物质过程中，

会与物质发生复杂的物理和

化学作用。7、具有辐射生物

效应，能够杀伤生物细胞，

破坏生物组织。

X射线是在X射线管中

产生的，X射线管是一个具有

阴阳两极的真空管，阴极是

钨丝，阳极是金属制成的靶。

在阴阳两极之间加有很高的

直流电压（管电压），当阴极

加热到白炽状态时释放出大

量电子，这些电子在高压电

场中被加速，从阴极飞向阳

极（管电流），最终以很大速

度撞击在金属靶上，失去所

具有的动能，这些动能绝大

部分因转换成为热能，仅有

极少一部分转换成为X射线

向四周辐射。

连续谱的产生和特点：

2

经典电动力学指出，带电粒

子在加速或减速时必然伴随

着电磁辐射，当带电粒子与

原子相碰撞发生骤然减速

时，由此伴随产生的辐射称

为韧辐射。大量电子与靶相

撞，相撞前电子初速度各不

相同，相撞时减速过程也各

不相同。少量电子经一次撞

击就失去全部动能，而大部

分电子经过多次制动逐步丧

失动能，这就使得能量转换

过程中所发生的电磁辐射可

以具有各种波长，因此，X

射线的波谱呈连续分布。

最短波长计算；

E=eV=hν=hc/λmin

λmin=hc=12.4*10-7=12.4。

eVVV（A）

管电流对连续谱的影

响；管电流越大，表明单位

时间撞击靶的电子数越多，

产生的射线强度也越大；管

电压增加时，虽然电子数目

未变，但每个电子所获得的

能量增大，因而短波成分射

线增加，且碰撞发生的能量

转换过程增加，因此，射线

强度同时增加；靶材料的原

子序数越高，核库仑场越强，

韧致辐射作用越强，射线强

度也会增加，所以靶一般采

用高原子序数的钨制作。

管电压对连续谱的影

响：X射线的产生效率与管电

压和靶材料原子序数成正

比。在其他条件相同的情况

下，管电压越高，X射线产生

效率越高；管电压的高压波

形越接近恒压，X射线产生效

率也越高。当电压为100kV

时，X射线的转换效率为1%，

而产生的4MeV高能X射线的

加速器，其转换效率均为

36%。

由于输入能量的绝大部

分转换成热能，所以X射线

管必须有良好的冷却装置，

以保证阳极不会被烧坏。

X射线产生效率的计算：

X射线的产生效率η等于连

续射线的总强度IT与管电压

V和管电流i的乘积之比即：

η=IT=kⅰiZV2=kⅰZV

ViVi

标识谱X射线的产生和

特点：标识谱的产生机理、

标识谱在探伤中的作用：当X

射线管两端所加的电压超过

某个临界值Vk时，波谱曲线

上除连续谱外，还将在特定

波长位置出现强度很大的线

状谱线，这种线状谱的波长

只依赖于阳极靶面的材料，

而与管电压和管电流无关，

因此，把这种标识靶材料特

征的波谱称为标识谱，Vk称

为激发电压。不同靶材的激

发电压各不相同，所以，钼

靶的波谱上有标识谱而钨靶

的波谱上没有标识谱。

如果X射线管的管电压

超过Vk，阴极发射的电子可

以获得足够的能量，它与阳

极靶相撞时，可以把靶原子

的内层电子逐出壳层之外，

使该原子处于激发态。此时

外层电子将向内层跃迁，同

时放出1个光子，光子的能

量等于发生跃迁的两能级能

值之差。Kα标志射线是L层

电子跃迁至K层放出的，Kβ

标志射线则是N层电子跃迁

至K层放出的„„L、M等各

壳层也可发生标志辐射，但

其能量小，通常被X射线管

管壁吸收，所以X射线波谱

中最常见的是K系标识谱。

标志X射线强度只占X射线

总强度的极少一部分，能量

也很低，所以在工业射线检

测中，标识谱不起作用。

γ射线的产生及其特

点：γ射线的产生机理，Co60

的衰变过程，线状谱特点，

放射性衰变公式，公式符号

的意义，半衰期定义，放射

强度衰变的计算：γ射线是

放射性同位素经过α衰变或

β衰变后，在激发态向稳定

态过渡的过程中从原子核内

发出的，这一过程称作γ衰

变，又称γ跃迁。γ跃迁是

核内能级之间的跃迁，与原

子的核外电子的跃迁一样，

都可以放出光子，光子的能

量等于跃迁前后两能级能值

之差。不同的是，原子的核

外电子跃迁放出的光子能量

在几电子伏到几千电子伏之

间。而核内能级的跃迁放出

的γ光子能量在几千电子伏

到十几兆电子伏之间。

以放射性同位素Co60为

例，Co60经过一次β-衰变成

为处于2.5MeV激发态的

Ni60，随后放出能量分别为

1.17MeV和1.33MeV的两种

γ射线而跃迁到基态。

由此可见，γ射线的能

量是由放射性同位素的种类

所决定的。一种放射性同位

素可能放出许多种能量的γ

射线，对此取其所辐射出的

所有能量的平均值作为该同

位素的辐射能量。

γ射线的能谱为线状

谱，谱线只出瑞特定波长的

若干点上。

放射性同位素的原子核

衰变是自发进行的，对于任

意一个放射击性核，它何时

衰变具有偶然性，不可预测，

但对于足够多的放射性核的

集合，它的衰变规律服从统

计规律，是十分确定的。

设在dt时间内发生的核

衰变数目为-dN，它必定正比

于当时存在的原子核数N，也

显然正比于时间dt，即：-dN

=λNdt.式中λ是比例系数，

称作衰变常数，dN代表N的

减小量，所以前面要加负号，

设t=0时原子核的数目为N0，

则式-dN=λNdt积分后得：

N=N0e-λT即放射性同位素的

衰变服从指数规律。

衰变常数λ反映了放射

性物质的固有属性，λ值越

大，说明该物质越不稳定，

衰变得越快。

放射性同位素衰变掉原

3

有核数一半所需时间，称为

半衰期，用T1/2表示。当T=T1/2

时，N=N0/2，由式N=N0e-λT可

得：N0/2=N0e-λT12

T1/2=In2=0.693

λλ

T1/2也反映了放射性物

质的固有属性，λ越大，T1/2

越小。

光电效应原理与发生几

率：当光子与物质原子的束

缚电子作用时，光子把全部

能量转移给某个束缚电子，

使之发射出去，而光子本身

则消失掉，这一过程称为光

电效应。光电效应发射出的

电子叫光电子。

原子吸收了光子的全部

能量，其中一部分消耗于光

电子脱离原子束缚所需的电

离能（电子在原子中的逸出

能），另一部分就作为光电子

的动能。所以，发生光电效

应的前提条件是光子能量须

大于电子的逸出能。释放出

来的光电子能量Ee与入射光

子能量hν以及电子所在壳

层的逸出能Ei之间有如下关

系：Ee=hν-Ei

光电效应的发生概率与

射能量和物质原子序数有

关，它随着光子能量增大而

减小，随着原子序数Z的增

大而增大。

康普顿效应原理与发生

几率：在康普顿效应中，光

子与电子发生非弹性碰撞，

一部分能量转移给电子，使

它成为反冲电子，而散射光

子的能量和运动方向发生变

化。

康普顿效应总是发生在

自由电子或原子的束缚最小

的外层电子上，入射光子的

能量和动量由反冲电子和散

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，

散射光子能量最不。

康普顿效应的发生概率

大致与物质原子序数成正

比，与光子能量成反比。

电子对效应原理与发生

几率：当光子从原子核旁经

过时，在原子核的库仑场作

用下，光子转化为1个正电

子和1个负电子，这种过程

称为电子对效应。

根据能量守恒定律，只

有当入射光子能量hν大于

2m0c2,即hν>1.02MeV时，才

能发生电子对效应，入射击

光子的能量一部分转变为正

负电子对的静止质量

（1.02MeV）外，其余就作为

它们的动能。

瑞利散射原理与发生几

率：瑞利散射是入射光子和

束缚较牢固的内层轨道电子

发生的弹性散射过程（也称

为电子的共振散射击）。在此

过程中，1个束缚电子吸收入

射光子而跃迁到高能级，随

即又放出1个能量约等于入

射光子能量的散射光子，由

于束缚电子未脱离原子，故

反冲体是整个原子，从而光

子的能量损失可忽略不计。

瑞利散射击是相干散射

的一种。相干散射是指散射

线与入射线具有相同的波

长，从而能够发生干涉的散

射过程。

瑞利散射的概率和物质

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。

半价层定义：半价层是

指使入射射线强度减少一半

的吸收物质厚度。

射线照相法的原理；射

线在穿透物体过程中会与物

质发生相互作用，因吸收和

散射而使其强度减弱。强度

衰减程度取决于物质的衰减

系数和射线在物质中穿越的

厚度。如果被透照物体（试

件）的局部存在缺陷，且构

成缺陷的物质的衰减系数又

不同于试件，该局部区域的

透过射线强度就会与周围产

生差异。把胶片放在适当位

置使其在透过射线的作用下

感光，经暗室处理后得到底

片。底片上各点的黑化程度

取决于射线照射量（又称曝

光量，等于射线强度乘以照

射时间），由于缺陷部位和完

好部位的透射射线强度不

同，底片上相应部位就会出

现黑度差异。底片上相邻区

域的黑度差定义为“对比

度”。把底片放在观片灯光屏

上借助透过光线观察，可以

看到由对比度构成的不同形

状的影像，评片人员据此判

断缺陷情况并评价试件质

量。

对缺陷引起的射线强度

变化情况可作定量分析，在

试件内部有一小缺陷，试件

厚义为T，线衰减系数为μ；

缺陷在射线透过方向的尺寸

为△T，线衰减系数为μ‘；

入射射线强度为I0，一次透

射射线强度分别是Ip（完好

部位）和Ip

‘（缺陷部位），散

射比为n，透射射线总强度为

I，则由射线与物质的相互作

用可知，有：①I=（1+n）I0e-μT

②Ip=I0e-μT③I’

p=I0e-μ(T-△

T)-μ’△T④△T=I’

p-Ip=I0e-

μT(e(μ-μ’)△T-1)注：△T为缺

陷与其附近的辐射强度差

值，I为背景辐射强度，取两

者之比即④/①得：⑤

△T=e(μ-μ’)△T-1

I1+n

而e(μ-μ’)△T可展为级数：e(μ

-μ’)△T=1+(μ-μ’)△T+[(μ-

μ’)△T]2+„+[(μ-μ’)△T]n

2！2！

近似取级数前两项代入

⑤得：△T=(μ-μ’)△T

I1+n

如果缺陷介质的μ’值

与μ相比极小，则μ’可以

忽略（例如μ为钢的衰减系

4

数，而μ’为空气的衰减系

数），式△T=(μ-μ’)△T

I1+n

可写作：△T=μ△T

I1+n

因为射线强度差异是底

片产生对比度的根本原因，

所以把△T/I称为主因对比

度。由式△T=μ△T可以看出

I1+n

影响主因对比度的因素是透

照厚度、线衰减系数和散射

比。

射线照相法的特点：射

线照相法在锅炉、压力容器

的制造检验中得到广泛的应

用，它的检测对象是各种熔

化焊接方法（电弧焊、气体

保护焊、电渣焊、气焊等）

的对接接头。也能检查铸钢

件，在特殊情况下也可用于

检测角焊缝或其他一些特殊

结构试件。它一般不适宜钢

板、钢管、锻件的检测，也

较少用于钎焊、摩擦焊等焊

接方法的接头的检测。

射线照相法用底片作为

记录介质，可以直接得到缺

陷的直观图像，且可以长期

保存。通过观察底片能够比

较准确地判断出缺陷的性

质、数量、尺寸和位置。

射线照相法容易检出那

些形成局部厚度的缺陷。对

气孔和夹渣之类缺陷有很高

的检出率，对裂纹类缺陷的

检出率则受透照角度的影

响。它不能检出垂直照射方

向的薄层缺陷，例如钢板的

分层。

射线照相所能检出的缺

陷高度尺寸与透照厚度有

关，可以达到透照厚度的1%，

甚至更小。所能检出的长度

和宽度尺寸和宽度尺寸分别

为毫米数量级和亚毫米数量

级，甚至更小。

射线照相法检测薄工件

没有困难，几乎不存在检测

厚度下限，但检测厚度上限

受射线穿透能力的限制。而

穿透能力取决于射线光子能

量。420kV的X射线机能穿透

的钢厚度约80mm，Co60γ射

线穿透的钢厚度约150mm。更

大厚度的试件则需要使用特

殊的设备——加速器，其最

大穿透厚度可达到400mm以

上。

射线照相法几乎适用于

所有材料，在钢、钛、铜、

铝等金属材料上使用均能得

到良好的效果，该方法对试

件的形状、表面粗糙度没有

严格要求，材料晶粒度对其

不产生影响。

射线照相法检测成本较

高，检测速度较慢。射线对

人体有伤害，需要采取防护

措施。

X射线管结构：普通X

射线管的基本结构是一个真

空度为1.33×10-4—1.33×

10-5Pa（10-6—10-7mmHg）的二

极管，由阴极（即灯丝）、阳

极（即金属靶）和保持其真

空度的玻璃外壳构成。

阳极冷却和散热的重要

性：X射线管的阳级是产生X

射线的部分，由阳极靶、阳

极体和阳极罩三部分构成。

由于高速运动的电子撞

击阳极靶时只有约1%的动能

转换为X射线，其他绝大部

分均转化为热能，使靶面温

度升高，同时X射线的强度

与阳极靶材的原子序数有

关，所以一般工业用X射线

管的阳极靶常选用原子序数

大、耐高温的钨来制造，软X

射线管则选用钼靶。

阳极体的作用是支承靶

面，伎送靶上的热量，避免

钨靶烧坏，因此，阳极体采

用热导率大的无氧铜制成。

从阴极飞出的电子在撞

击阳极靶时，会产生大量的

二次电子，如落到X射线管

的玻璃壳内壁上使玻璃壳带

电，将对飞向阳极的电子束

产生不良影响，用铜制的阳

极罩可以吸收这些二次电

子，从而防止这种影响。阳

极罩的另一作用是吸收一部

分散乱射线。

在阳级罩正对靶面的斜

面处开有能使X射线通过的

窗口，其上常装有几毫米厚

的铍。

由于X射线管能量转换

率很低，电子的能量约有99%

转换为热能传给阳级靶，因

此，X射线管工作时阳极的冷

却十分重要。如冷却不及时，

阳极过热会排出气体、降低

管子的真空度，严重过热可

使靶面熔化以至龟裂脱落，

使整个管子不能工作。

X射线管阴级特性：金属

热电子发射与发射体的温度

关系极大。假定在一定的管

电压下，X射线管阴极发出的

电子全部射到阳极上，则饱

和电流密度与温度的关系

（即X射线管的阴极特性）。

在阴极的工作温度范围内，

较小的温度变化就会引起较

大的电流变化。

X射线管阳极特性：阳极

特性即X射线管的管电压与

管电流的关系，在管电压较

低时（10—20KV），X射线管

的管电流随管电压增加而不

再增加。这说明在某一恒定

的灯丝加热电流下，阴极发

射的热电子已经全部到达了

阳极，再增加电压亦不可能

再增加管电流，也就是说，

工业检测用的X射线管工作

在电流饱和区。由此可知，

对工作在饱和区的X射线管，

要改变管电流，只有改变灯

丝的加热电流（即改变灯丝

的温度）。

X射线管的管电压：管电

压是指X射线管承载的最大

峰值电压，以符号kVp表示。

必须注意的是，在修理时进

行的电工测量中，表头指示

的是有效值。对于正弦波，

5

存在如下关系：U有效值=0.707U

峰值管电压是X射线管的重要

技术指标，管电压越高，发

射的X射线的波长越短，穿

透能力就越强。在一定范围

内，管电压和穿透能力有近

似直线关系。

X射线管的焦点：焦点是

X射线管重要技术指标之一，

其数值大小直接影响照相灵

敏度。

X射线管焦点的尺寸主

要取决于X射线管阴极灯丝

的形状和大小、阴极头聚焦

槽的形状及灯丝在槽内安装

的位置。此外，管电压和管

电流对焦点大小也有一定影

响。

阳极靶被电子撞击的部

分叫做实际焦点。

焦点大，有利于散热，

可承受较大的管电流；焦点

小，照相清晰度好，底片灵

敏度高。

实际焦点垂直于管轴线

上的正投影叫做有效焦点，

探伤机说明书提供的焦点尺

寸就是有效焦点。它的形状

有三种：即圆焦点（用直径

表示）、长方形焦点[用（长+

宽）/2表示]和正方形焦点

（用边长表示）。

辐射场的分布：定向X

射线管的阳极靶与管轴线方

向呈20。的倾角，因此，发

射击的X射线束有40。左右

的立体锥角，随着角度的不

同X射线的强度有一定差异，

用伦琴计测量，射线强度的

分部是阴极侧比阳极侧射线

强度高，在大约30。辐射角

处射线强度最大。但实际上，

由于阴极侧射线中包含着较

多的软射线成分，所以对具

有一定厚度的试件照相，阴

极侧部位的底片并不比阳极

侧更黑，得用阴极侧射线照

相也并不能缩短多少时间。

X射线的真空度：X射线

管必须在高真空度（10-6—

10-7mmHg）才能正常工作，故

在使用时要特别注意不能使

阳极过热。

阳极金属过热时会释放

气体，使X射线管的真空度

降低，发生气体放电现象。

气体放电会影响电子发射，

从而使管电流减少。严重放

电现象也可能造成管电流突

增，这两种情况都可以从毫

安表上看出（毫安表指针摆

动，严重时指针能打到头，

过流继电器动作）。最坏的后

果是导致X射线管被击穿。

高温下工作的X射线管

实际上还存在另一种情况，

就是高温金属离子也能吸收

气体，当管内某些部分受电

子轰击时，放出的气体立即

被电离，其正离子飞向阴极，

撞击灯丝所溅散的金属会吸

收一部分气体。这两个过程

在X射线管工作中是同时存

在的，达到平衡时就决定了

此时X射线管的真空度。

这就是X射线训机的基

本原理。对新出厂的或长期

不使用的X射线机应经严格

训机后才能使用。

保证X射线管使用寿命

的措施：X射线管的寿命是指

由于灯丝发射能力逐渐降

低，射线管的辐射剂量率降

为初始值的80%时的累积工

作时限。玻璃管寿命一般不

少于400h，金属陶瓷管寿命

不少于500h。如果使用不当，

将使X射线管的寿命大大降

低。保证X射线管使用寿命

的措施主要有以下几条：

1)在送高压前，灯丝必须

提前预热、活化。

2)使用负荷应控制在最高

管电压的90%以内。

3)使用过程中一定要保证

阳极的冷却，例如，将

工作和间息时间设置为

1：1。

4)严格按使用说明书要求

进行训机。

工业射线照相常用γ

源：放射性活度定义为γ射

线源在单位时间内发生的衰

变数，单位是贝可（贝可勒

尔），符号是Bq。

对同一种γ射线源，放

射性活度大的源在单位时间

内将辐射更多的γ射线。但

对不同的γ射线源，即使放

射性活度相同，也并不表示

它们在单位时间内辐射的γ

射线光量子数目相同，这是

因为，不同的放射性同位素

在一个核的衰变中放出的γ

射线光量子数目可以不同。

所以，放射性活度并不等于

γ射线源的强度，但两者存

在一定的关系。因此，同一

种放射性同位素源，放射性

活度大的源其辐射击的γ射

击线强度也大；但对非同种

放射性同位素的源则不一

定。

放射性比活度定义为单

位质量放射源的放射性活

度，单位是，贝可/克，符号

为Bq/g。比活度不仅表示放

射源的放射性活度，而且表

示了放射源的纯度。实际上，

任何γ射线源中总伴有一些

杂质，不可能完全由放射性

核素组成，因此，比活度更

能表明γ射线源的品质。比

活度大意味着在相同活度条

件下，该种放射性同位素的

源尺寸可以做得更小一些。

6

γ射线源Co60的主要特

性参数：

主要能量（MeV）1.17,1.33

平均能量（MeV）1.25

半衰期5.27年

Kr常

数

[R˙m2/(h˙Ci)]1.32

[C

˙

m2/(kg

˙

h

˙

Bq)]9.2×10-15

比活度中

透照厚度(钢mm)40—200

价格高

γ射线源Ir192的主要

特性参数：

主要能量（MeV）

0.296,0.308

0.346,0.468

平均能量（MeV）0.355

半衰期74天

Kr常

数

[R˙m2/(h˙Ci)]0.472

[C

˙

m2/(kg

˙

h

˙

Bq)]3.29×10-15

比活度大

透照厚度(钢mm)10—100

价格较低

γ射线源Se75的主要特

性参数：

主要能量（MeV）

0.121,0.136

0.265,0.280

平均能量（MeV）0.206

半衰期120天

Kr常

数

[R˙m2/(h˙Ci)]0.204

[C

˙

m2/(kg

˙

h

˙

Bq)]1.39×10-15

比活度中

透照厚度(钢mm)5—40

价格较高

射线照相底片黑度的定

义及计算:射线穿透被检查

试件后照射在胶片上。使胶

片产生潜影，经过显影、定

影化学处理后，胶片上的潜

影成为永久性的可见图象，

称为射线底片（简称为底

片）。底片上的影像是由许多

微小的黑色金属银微粒所组

成，影像各部位黑化程度大

小与该部位被还原的银量多

少有关，被还原的银量多的

部位比银量少的部位难于透

光，底片黑化程度通常用黑

度（或称光学密度）D表示。

黑度D定义为照射光强

与穿过底片的透射光强之比

的常用对数值，即：D=1gLo

L

射线照相灵敏度的定

义：评价射线照相影像质量

最重要的指标是射线照相灵

敏度。所谓射线照相灵敏度，

从定量方面来说，是指在射

线底片上可以观察到的最小

缺陷尺寸或最小细节尺寸，

从定性方面来说，是指发现

和识别细小影像的难易程

度。

绝对灵敏度：在射线照

相底片上所能发现的沿射线

穿透方向上的最小缺陷尺寸

称为绝对灵敏度。

相对灵敏度：此最小缺

陷尺寸与射线透照厚度的百

分比称为相对灵敏度。

像质计灵敏度：为便于

定量评价射线照相灵敏度，

常用与被检工件或焊缝的厚

度有一定百分比关系的人工

结构，如金属丝、孔、槽等

组成所谓透度计，又称像质

计，作为底片影像质量的监

测工具，由此得到灵敏度称

为像质计灵敏度。

影响射线照相灵敏度的

因素：

射线照相

颗粒度δD

ν（Di-D）2δD=[∑N-1]1/2

i=1

取决于：

a)胶片系统（胶片型号、增感屏、

冲洗条件）

b)射线的质μ（或λ，KV，MeV）

c）曝光量（It）和底片黑度D

射线照相对比度定义：

如果工件中存在厚度差，那

么射线穿透工件后，不同厚

度部位的透过射线的强度就

不同，曝光后经暗室处理得

到的底片上不同部位就会产

生不同的黑度，射线照上底

片上的影像就是由不同黑度

的阴影构成的，阴影和背景

的黑度差使得影像能够被子

观察和识别。把底片上某一

小区域或相邻区域的黑度差

称为底片对比度，又叫做底

片反差。显然，底片对比度

越大，影像就越容易被观察

和识别。因此，为检出较小

的缺陷，获得较高灵敏度，

就必须设法提高底片对比

度。但在提高对比度的同时，

也会产生一些不利后果，例

如，试件能被检出的厚度范

围（厚度宽容度）减小，底

片上有效定区缩小，曝光时

间延长，检测速度下降，检

测成本增大等。

射线照相对比度公式的

解释和应用：

公式的导出基于以下三个假

设：

1)试件中缺陷厚度相对于

试件厚度来说很小，且

缺陷中充满空气，其衰

减系数忽略不计；

2)缺陷的存在不影响到达

胶片的散射线量；

3)缺陷的存在不影响散射

比。

在大多数情况下，以上

假设引起的误差极小，因此，

公式可以成立的。将主因对

比度公式△I/I=μ△T/（1+n）

代入△D=G（△I/I）/2.3

=0.434G（△I/I）

得：射线照相对比度公式

△D=0.434Gμ△T/（1+n）

射线照相对比度的影响

因素、主因对比度的影响因

素、胶片对比度的影响因素：

由式△D=0.434Gμ△T/（1+n）

可知，射线底片的对比度△D

是主因对比度μ△T/（1+n）

和胶片对比度G共同作用的

结果，主因对比度是构成底

片对比度的根本原因，而胶

片对比度可看做是主因对比

度的放大系数，通常这个系

数为3—8。

（1）影响主因对比度的因素

有厚度差△T、衰减系数μ和

散射比n。

（2）影响胶片对比度的因素

有胶片种类、底片黑度和显

影条件。

射线照相不清晰度的定

义：用一束垂直于试件表面

射线透照一个金属台阶试

块，理论上理想的射线底片

上的影像由两部分黑度区域

射线照相不清晰度U

U=Ug

2+U1

2

几何不清晰度

Ug=dfL2/L1

固有不清晰度Ui

Ui=0.0013(kV)0.79

取决于:

a)焦点尺寸df

b)焦点至工件

表面距离L1

c）工件表面于

胶片距离L2

取决于：

a)射线的质μ（或

λ，KV，MeV）

b)增感屏种类

(Pb、Au、Sb等)

c）屏一片贴紧程

度。

射线照相对比度△D

△D=0.434μG△T/(1+n)

主因对比度

△I/I=μ△T/(1+n)

胶片对比度

G=△D/△lgE

取决于:

a)缺陷造成的

透照厚度差△

T(缺陷高度、透

照方向)

b)射线的质μ

（或λ，KV，

MeV）

c）散射比n

（=Is/Ip）

取决于：

a)胶片类型（或

梯度G）

b)显影条件（配

方、时间、活度、

温度、搅动）

c）底片黑度D

7

组成，一部分是试件AO部分

形成的高黑度均匀区，另一

部分是试件OB部分形成的低

黑度均匀区，两部分交界处

的黑度是突变的，不连续的，

但实际上底片上的黑度变化

并不是突变的。试件的“阶

边”影像是模糊的，影像的

黑度变化，存在着一个黑度

过渡区。黑度过渡区不是单

纯直线，存在一个趾部和肩

部。把黑度在该区域的变化

绘成曲线，称之为“黑度分

布曲线”或“不清晰度曲线”。

很明显，黑度变化区域的宽

度越大，影像的轮廓就越模

糊，所以该黑度变化区域的

宽度就定义为射线照相不清

晰度U。

在实际工业射线照相

中，造成底片影像不清晰有

多种原因，如果排除试件或

射源移动、屏一胶片接触不

良等偶然因素，不考虑使用

盐类增感屏荧光散射引起的

屏不清晰度，那么构成射线

照相不清晰度主要是两方面

因素，即：由于射源有一定

尺寸而引起的几何不清晰度

Ug以及由于电子在胶片乳剂

中散射而引起的固有不清晰

度Ui.

底片上总不清晰度U是

Ug和Ui的综合结果，其中几

何不清晰度Ug构成黑度过渡

区直线部分，而固有不清晰

度Ui则使黑度过渡区产生趾

部和肩部，目前描述U、Ug

和Ui比较广泛采用的关系式

为：U=（U2

g+U2

i）1/2

几何不清晰度Ug的定

义、影响因素、计算方法：

由于X射线管焦点或γ射线

源都有一定尺寸，所以透照

工件时，工件表面轮廓或工

件中的缺陷在底片上的影像

边缘会产生一定宽度的半

影，此半影宽度就是几何不

清晰度Ug。Ug值可用下式计

算：Ug=df×b/(F-b)。

通常技术标准中所规定

的射线照相必须满足的几何

不清晰度，是指工件中可能

产生的最大几何不清晰度

Ugmax，相当于射源侧表面缺陷

可射源侧放置的像质计金属

丝所产生的几何不清晰度，

其计算公式为：Ugmax=df×L2/

（F-L2）=df×L2/L1由此

式可知，几何不清晰度与焦

点尺寸和工件厚度成正比，

而与焦点至工件表面的距离

成反比。在焦点尺寸和工件

厚度给定的情况下，为获得

较小的Ug值，透照时就需要

取较大的焦距F，但由于射线

强度与距离平方成反比，如

果要保证底片黑度不变，在

增大焦距的同时就必须延长

曝光时间或提高管电压，所

以对此要纵使权衡考虑。

使用X射线照相时，由

于透照场中不同位置上的焦

点尺寸不同，阴极一侧的焦

点尺寸较大，因此，相应位

置上的几何不清晰度也较

大。实际上，由于照射场内

光学焦点从阴极到阳极一侧

都是变化的，因此，即使是

纵焊缝（平板）照相，底片

上各点的Ug值也是不同的。

而环焊缝（曲面）照相，由

于距离、厚度的变化，其底

片的上各点的Ug值的变化更

大，更复杂。

固有不清晰度Ui的定

义、影响因素：固有不清晰

度是由照射到胶片上的射线

在乳剂层中激发出的电子的

散射所产生的。当光子穿过

乳剂层时，会在乳剂中激发

出电子。射线光量子能量越

高，激发出的电子动能就越

大，在乳剂层中的射程也越

长。这些电子向各个方向散

射，作用于邻近的卤化银颗

粒，动能较大的电子甚至可

穿过多个卤化银颗粒。由于

电子的作用，会使这些卤化

银颗粒产生潜影，因此一个

射线光量子不只影响一个卤

化银颗粒，而可能在乳剂中

产生一小块潜影银，其结果

是不仅光量子直接作用的点

能被显影，而且该点附近区

域也能被显影，这就造成了

影像边界的扩散和轮廓的模

糊。固有不清晰度大小就是

散射电子在胶片乳剂层中作

用的平均距离。

固有不清晰度主要取决

于射线的能量，在100—

400kV范围，表达固有不清晰

度的经验公式可写为：

Ui=0.0013（kV）0.79

Ui随射线能量的提高而

连续递增，在低能区，Ui增

大速率较慢，但在高能区，

Ui增大速率较快。

射线照相颗粒度的定

义，颗粒度产生机理，影响

因素：颗粒性是指均匀曝光

的射线底片上影像黑度分布

不均匀的视觉印象。颗粒度

则是根据测微光密度计测出

的数据、按一定方法求出的

所谓底片黑度涨落的客观量

值。观察受到高能量射线照

射的快速胶片，不用放大镜，

颗粒性就很明显；而对受低

能量射线照射的慢速胶片来

说，可能要经中度放大才使

颗粒性明显。

颗粒性印象不是单个显

影的感光颗粒引起的。在工

业射线胶片中，由单个感光

颗粒显影产生的黑色金属银

粒很少大于0.01mm，通常还

要小些，这远低于人眼可见

界限。实际上颗粒的视觉印

象是由许多银粒交互重叠组

成的颗粒团产生的，而颗粒

团的黑度则是由这些单个银

粒的随机分布造成的。

颗粒的随机性是多种因

素造成的：胶片乳剂层中感

光银盐颗粒大小，分布均匀

度具有随机性；射线源发出

的光量子到达胶片的空间分

布是随机的；胶片乳剂吸收

光量子，使乳剂中一个或多

个溴化银晶体感光也是随机

的。

颗粒性产生原因可归纳

为两个方面：一是胶片噪声，

相关于银盐粒度和感光速

度；二是量子噪声，即光子

随机分布的统计涨落，相关

于射线能量、曝光量和底片

黑度。一般说来，颗粒性随

胶片粒度和感光速度的增大

而增大，随射线能量的增大

而增大，随曝光量和底片黑

度的增大而减小。

胶片乳剂层中感光银盐

颗粒大小对颗粒性有直接影

响，大颗粒银盐阴光性好，

在底片上引起的黑度起伏显

然更大一些。关于感光速度

的影响可解释如下：对慢速

胶片来说，要产生一定黑度，

比如黑度2.0，一个小区域中

可能要吸收10000个光子。

而对快速胶片，产生同样黑

度所需的光子要少得多。考

虑光子吸收过程中的叠加作

用对随机性的影响，产生一

定黑度所需要的光了数越

多，射线照相影像的颗粒性

就越不明显，所以胶片速度

会影响底片影像颗粒性。一

般情况是慢速胶片中的溴化

银晶体比快速胶片中的晶体

小，因此，胶片粒度和感光

速度对颗粒性的影响往往是

加和性的。

同样也易于理解，射线

照相的颗粒性随能量的提高

而增大。因为在低能量下，

吸收一个光子只使一个或几

个溴化银颗粒感光，而在高

能量下，一个光子能使许多

颗粒感光，这样就使随机分

布的黑度起伏变大，显示出

颗粒增大的倾向。而曝光量

8

增大和底片黑度增大都使得

更多的光子到达胶片，大量

光子的叠加作用将使黑度的

随机性起伏降低，所以减小

了颗粒性。

颗粒度限制了影像能够

记录的细节的最小尺寸。一

个尺寸很小的细节，在颗粒

度较大的影像中，或者不能

形成自己的影像，或者其影

像被黑度的起伏所掩盖，无

法识别出来。

照射量的定义与单位：

所谓照射量，是指X射线或

γ射线的光子在单位质量的

空气中释放出来的所有次级

电子（负电子和正电子），当

它们被空气完全阻止时，在

空气中形成的任何一种符号

的（带正电或负电的）离子

的总电荷的绝对值。其定义

为dQ除以dm所得的商，即：

P=dQ/dm。照射量（P）的SI

单位为库伦˙千克-1，用符号

C˙kg-1表示。

比释动能的定义和单

位：比释动能的定义是指不

带电粒子与物质相互作用，

在单位质量的物质中释放出

来的所有带电粒子的初始动

能的总和。若在质量为dm的

物质中，不带电粒子释放出

来的全部带电粒子的初始动

能之和为dEtr，则比释动能

K定义的表示式为：

K=dEtr

dm

比释动能只适用于X射

线和γ射线等不带电粒子辐

射，但适用于各种物质。

比释动能的SI单位是焦

耳/千克（J/kg），其特定名

称为戈[瑞]（Gy）。1Gy等于

是1kg受照射的物质吸收1J

的辐射能量，即：1Gy=1J/kg

比释动能的定义和单

位：比释动能率用字母K表

示，是单位时间的比释动能。

若在时间dt内，比释动能的

增量为dK，则比释动能定义

为：K=Dk/dt

比释动能率的SI单位

为戈瑞˙秒-1，用符号Gy˙S-1

表示。其他常用单位有毫戈

瑞时-1（mGy˙h-1）等。

吸收剂量的定义和单

位：任何电离辐射照射物体

时，受照物体将吸收电离辐

射的全体或部分能量。用比

释动能描述第一阶段的能量

转移情况，而对于第二阶段

的能量转移情况，即描述次

级电子有多少能量被物质吸

收，可用吸收剂量表示，即

吸收剂量是表片受照物体吸

收电离辐射能量程度的一个

物理量。

吸收剂量的定义为：任

何电离辐射，授予质量为dm

的物质的平均能量dε—/dm式

中ε—为平均授予能。授予能ε

为进入一基本体积的全部带

电电离粒子和不带电电离粒

子能量和与离开该体积的全

部带电电离粒子和不带电电

离粒子的能量总和之差，再

减去在该体积内发生任何核

反应或基本粒子反应所增加

的静止质量的等效能量。

吸收剂量不像照射量和

比释动能，只适用X射线或

γ射线，它适用于任何类型

和任何能量的电离辐射，同

时也适用于任何被照射物

质。吸收剂量的大小一方面

取决于电离辐射的能量，另

一方面取决于被照射物质本

身的性质。因此，在提及吸

收剂量时，必须说明是什么

物质的吸收剂量。

吸收剂量（D）单位与比

释动能相同，SI单位是焦耳

˙千克-1，用符号J˙kg-1表示，

其特定名称为戈[瑞]（Gy）。

已废除但有时仍沿用的专用

单位是拉德（rad）。

吸收剂量率的定义和单

位：各种电离辐射击的生物

效应，不仅与吸收剂量的大

小有关，还与吸收剂量的速

率有关，因此，引入“吸收

剂量率”的概念。一般说来，

吸收剂量率（D）表示单位时

间内吸收剂量的增量。严格

定义为：某一时间间隔dt内

吸收剂量的增量dD除以该时

间间隔dt所得的商，即：

D=dD/dt吸收剂量率的单位

与比释动能率相同，用戈瑞

（Gy）或其倍数或其分倍数

除以适当的时间而得的商表

示，如毫戈瑞˙时-1（mGy˙h-1）

微戈瑞˙秒-1（μGy˙s-1）等。

照射量、比释动能、吸

收剂量的关系：

1）照射量和比释动能的关

系：X射线或γ射线照射

空气时，如果忽略次级电

子能量转移成热能和辐

射能的部分，即认为：在

单位质量空气中所产生

的次级电子能量全部用

于使空气分子电离，则空

气中某点照射量P和比

释动能K在带电粒子平

衡条件下的关系为：

K=33.72P。

2）比释动能和吸收剂量的

关系：比释动能和吸收剂

量分别反映物质吸收电

离辐射的两个阶段。对于

一定质量的dm的物质，

不带电粒子转移给物质

次级电了的平均能量

dε—

tr与物质量终吸收能

量dε—相等，则比释动能

和吸收剂量相等。

K=dε—

tr/=dε—/dm=D

3）照射量和吸收剂量的关

系：在实际工作中，仪器

直接测量的只能是照射

量，而不是吸收剂量。因

此，要计算辐射场中某点

被照射物质的吸收剂量，

就只能用该点的照射量

进行换算。也就是说，测

量或计算出辐射场中某

点的照射量，才能换算出

某一物质在该点的吸收

剂量。

当量剂量的定义与单

位：

1）当量剂量HT吸收剂量在

一定程度上可以反映生物体

因受到辐射而产生的生物效

应。但辐射的生物效应不只

是仅仅依赖于吸收剂量的大

小，还与其他因素有关。同

样的吸收剂量，由于射线的

种类和能量不同，对机体产

生的生物效应亦有不同。考

虑到这一影响因素，应该有

一个与辐射种类和射线能量

有关的因子对吸收剂量进行

修正，这个因子叫做辐射权

重因子（ωR）。用辐射权重

因子修正后的吸收剂量叫做

当量剂量。

2）当量剂量的单位辐射权

重因子WR是无量纲的，当量

剂量的SI单位与吸收剂量的

SI单位相同，为J˙kg-1，专

用名称是希沃特（Sv），因此：

1Sv=1J˙kg-1

当量剂量率的定义与单

位：当量剂量率HT是单位时

间内的当量剂量。若在dt时

间内，当量剂量的增量为

dHT，则当量剂量率为：

HT=（dHT）/（dt）

当量剂量率的SI单位为

希沃特˙秒-1（Sv˙s-1）、此外

还有希沃特或其倍数或其分

倍数除以适当的时间单位而

得的商，如厘希沃特˙秒-1

（cSv˙s-1）、希沃特˙分钟-1

（Sv˙min-1）等。