X射线与γ射线的衰减规律

1.单色窄束射线的衰减规律

入射到物体的射线，因为一部分能量被吸收，一部分能量被散射而受到减弱，使其强度发生了衰减。试验表明，射线穿透物体时其强度的衰减与吸收体（射线入射的物体）的性质、厚度及入射光子的能量相关。对于一束射线，在均匀的媒质中，强度的衰减量与入射射线强度和穿透物体厚度的。关系可以写为

I=I_oe^-μX （2.2-8）

式中I_o——入射射线强度；

I——透射射线强度；

X——吸收体厚度；

μ——线衰减系数（单位常采用cm^-1）。

这就是单色窄束射线衰减的基本规律。

2.衰减系数与半值层（半厚度）

线衰减系数表示的是，入射光子在物体中穿行单位距离（如1cm）时，发生各种相互作用的可能性。它表示单位厚度的吸收体，引起的射线相对衰减程度。线衰减系数可以写成

μ=τ+σ_C+σ_R+κ

式中 τ——光电效应的线衰减系数；

σ_C——康普顿散射的线衰减系数；

σ_R——瑞利散射的线衰减系数；

κ——电子对效应的线衰减系数。在理论上常用质量衰减系数，它是线衰减系数除以物质密度所得到的值，记为μm

图2.2-12是铅、铁、铜、铝等的质量吸收系数与光子能量的关系。

图2.2-12 质量吸收系数与光子能量的关系

当衰减系数近似等于吸收系数时，在吸收限之间衰减系数与射线波长和吸收体原子序数间近似有下述关系^[6]

μm=kλ³Z³ （2.2-10）

式中 k——系数；

Z——吸收体的原子序数；

λ——入射射线的波长。(www.xing528.com)

表2.2-3列出了部分元素的质量衰减系数。

在实际应用中，常引入半值层（半厚度）描述吸收体对一定能量射线的衰减。半值层是指使入射射线的强度减弱为其值的1/2的物体厚度，也常记为T1/2

3.宽束连续谱射线的衰减规律

在实际X射线照相检测中经常遇到的射线情况是宽束、连续谱，其与窄束射线的区别如图2.2-13所示。

表2.2-3 部分元素的质量衰减系数μ_m （单位：cm²/g）

图2.2-13 宽束与窄束射线示意图

1—工件 2—准直器 3—探测器

对宽束、连续谱射线，到达探测器的射线，即透射射线强度应为一次射线和散射射线强度之和

I=I_D+I_S

式中I_D——一次射线强度；

I_S——散射线强度；

I——透射射线总强度。散射比常记为n，它等于

n=I_S/I_D

则

I=（1+n）I₀e^-μX （2.2-12）

在理论研究中，使用积累因子，常用符号B记，即

B=1+n （2.2-13）

这样，（2.2-12）式又可写成

I=BI₀e^-μX （2.2-14）

如果认为式（2.2-12）中的线衰减系数μ是对应于射线等效波长的线衰减系数，那么式（2.2-12）也就可以近似应用于宽束连续谱射线的情况。