0 序言
受丁伟臣先生《射线检测在高压低于100KV为何可不用增感屏?-答案》一文启发,感到有必要写这篇短文。
1 为什么要讨论原子的K吸收端?
物质对射线的吸收(衰减),遵守下列规律:
射线能量越低,物质原子序数越大(通常密度也越大),线衰减系数也越大,而且其中光电效应所占比例也越大。
这只是一般规律。我们不大注意的另外一个问题是:各种物质对射线的强烈光电吸收,或者说敏感能量,决定于它们原子的K吸收端能量。因为当射线能量稍大于或等于K吸收端能量时,物质对射线会发生强烈的光电吸收,线衰减系数μ陡然增大。
什么是物质原子的K吸收端能量(简称“K吸收端”)?物质原子K壳层(轨道)电子被光子电离,生成光电子时,所必须射线光子能量εk。当实际射线光子能量ε稍大于或等于εk时,物质对射线会产生强烈吸收(衰减)。有了K吸收端的知识,就可以解释:
为什么溴化银胶片对13~30 keV射线能量最敏感呢?当铅屏对射线的衰减作用大于增感作用时,还要想“铅增感”么?
2 K吸收端能量和原子序数的关系
吸收端能量随物质原子序数增大而增大。常见物质原子的吸收端,见表1。
表1 某些原子K吸收端能量(k层电子的电离功)
原子名称 原子序数 K吸收端能量 (keV)
铁 26 7.1
溴 35 13.0
钼 42 20.0
银 47 25.6
钨 74 69.6
铅 82 88.23
3铅的K吸收端能量与衰减系数的关系
铅的K吸收端能量为88.23 keV。在此能量下,线衰减系数μ突然从14.7/cm,陡升为86.4/cm,而K吸收端的影响波及到150KeV。
管电压为100KV的连续x射线,最高光子能量为100KeV(所占比例几乎为零),直进射线有效能量大约为54KeV,从表2可以看出:光电效应很强。但在100KV连续x射线光子中,总有一部分光子能量介于88.23~100KeV,这部分光子被强烈吸收了,再按54KeV确定这束射线的线衰减系数,数值就偏小了。
表2 铅邻近K吸收端的能量与衰减系数的关系
能量(keV) 散射(b) 光电(b) 线衰减系数μ(/cm)
50 230 1740 65
60 180 1040 40.3
80 127 444 18.8
*88.23 113 334 14.7
K88.23 113 2510 86.4
100 100 1780 62.0
150 64 596 21.8
200 49 275 10.7
注:*88.23这一行,表示没有K吸收时的各相关数据。
参考文献
《美国无损检测测手册.射线卷》(1992中译本)
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