本书是中国机械工程学会无损检测分会推荐使用的高等院校无损检测

专业及其相关专业参考教材之一（全套教材计有：射线检测、超声检测、电

磁检测）。书中系统地介绍了射线检测的基础理论知识，射线透照工艺分析

和射线检测方面的新技术，反映了近年来射线检测方面的新成果。内容包

括：原子和基本粒子、原子核和放射性衰变、射线与物质的相互作用、射线

检测工艺规范、有效透照范围缺陷检出的可能性、对典型射线照相的分析、

射线实时成像、高能射线检测、工业CT技术和高速射线检测技术等。书中

有200余幅插图和典型的缺陷照片。

本书的主要读者对象是大专院校无损检测专业及相关专业的学生和教

师、从事无损检测工作的高、中级技术人员，也可作为无损检测高级人员培

训参考教材和有关质量管理人员、安全监察人员在工作中参考。

目 录

前言

1射线检测物理基础

1.1原子和基本粒子

1.1.1原子的核模型

1.1.2玻尔的氢原子理论

1.1.3原子的壳层结构

1.1.4基本粒子

1.2原子核和放射性衰变

1.2.1核结构模型

1.2.2原子核的基本性质

1.2.3放射性衰变

1.3X射线和Υ射线的性质

1.3.1X射线的本质和一般性质

1.3.2连续X射线

1.3.3标识X射线

1.3.4X射线谱

1.3.5Υ射线和穆斯堡尔效应

1.4射线与物质的相互作用

1.4.1光电效应

1.4.2相干散射

1.4.3康－吴散射

1.4.4电子对效应

1.4.5俄歇效应和荧光辐射

1.5射线贯穿物质后的减弱和

强度计算

1.5.1射线贯穿物质后的减弱

1.5.2连续X射线的谱线分布

计算和线质

1.5.3散乱X射线的计算和测量

1.6射线探伤原理

2射线检测工艺

2.1射线透照灵敏度

2.1.1射线照相影像的质量因素

2.1.2IQI灵敏度

2.1.3IQI灵敏度与射线照相

技术因素的关系

2.2透照规范与曝光曲线

2.2.1引言

2.2.2透照电压的最高值和最低值

2.2.3焦距的最短值

2.2.4曝光量的最低适宜值

2.2.5曝光曲线

2.2.6曝光曲线的应用和制作

2.2.7X光胶片感光特性曲线和

曝光曲线的修正

2.2.8射线照相时的工艺措施

2.3有效透照范围

2.3.1引言

2.3.2射线照相的厚度宽容度

2.3.3平板射线照相的有效透照

范围

2.3.4圆环射线照相的有效透照

范围

2.3.5圆柱射线照相的有效透照

范围

2.3.6圆管射线照相的有效透照

范围

2.4缺陷的可检出性

2.4.1引言

2.4.2体积类缺陷的可检出性

2.4.3分散细小缺陷的可检出性

2.4.4面状缺陷的可检出性

2.4.5缺陷的可检出性与丝型

IQI灵敏度的关系

2.4.6不同位置缺陷的可检出性

2.5铸件的射线照相

2.5.1铸件射线照相的基本原理

2.5.2铸件射线照相的一般技术

2.5.3铸件射线照相的显示

2.6焊缝的射线照相

2.6.1焊缝射线照相原理

2.6.2焊缝的射线照相工艺

2.7平板试件的透照

2.7.1透照条件的确定

2.7.2考虑到透照灵敏度的曝光

曲线图

2.8有余高试件的透照

2.8.1带余高试件的散射比的计算

方法及其测量

2.8.2余高对射线底片对比度的

影响

3射线检测新技术

3.1射线实时成像

3.1.1射线实时成像原理

3.1.2荧光屏

3.1.3像质与射线成像参数

3.1.4射线源

3.1.5远距离观察系统

3.1.6射线实时成像中的图像优化

3.1.7微焦点射线实时成像

3.2高能射线检测

3.2.1高能射线设备概述

3.2.2高能辐射特性

3.2.3检测灵敏度和影像质量

3.2.4高能X射线照相应用的

几个问题

3.2.5高能检测用加速器的发展

趋势

3.3中子射线检测法

3.3.1中子射线检测原理及其特点

3.3.2中子射线源的类型与选用

3.3.3中子图像检测器

3.3.4中子射线照相的应用

3.4运动中的射线照相

3.4.1运动中射线照相的特点

3.4.2运动中射线照相的适用环境

3.4.3运动中射线照相应用举例

3.4.4运动中射线照相步移技术

3.5工业射线CT技术

3.5.1CT技术基本原理

3.5.2射线CT的新进展

3.5.3射线CT的评价参数

3.5.4射线CT的应用举例

3.6背散射检测技术

3.6.1康普顿背散射成像原理

3.6.2康普顿背散射成像的

灵敏度与衬度

3.6.3康普顿背散射系统

3.6.4背散射测厚系统

3.6.5β背散射检测技术

3.7辐射检测技术

3.7.1最佳辐射源的选择

3.7.2辐射检测器

3.8图像数据分析

3.8.1数字化图像

3.8.2图像增强方法

3.8.3图像数据处理

3.8.4图像数据分析应用举例

3.9高速射线照相技术

3.9.1高速射线照相用X射线管

3.9.2高速射线照相图像

3.9.3高速射线照相的应用

参考文献

3）中子1930年，Bothe和Becker观察到，当铍和锂等轻元素受到α粒子（氦离子）的

轰击后，会发出一种非常强烈的辐射，如果将这种辐射解释为Υ辐射，那么铅的半价层将有

几个厘米厚，这表明Υ能量接近3MeV。然而，居里和约里奥却指出这个假设与他们的实验是

矛盾的，因为与强辐射相作用将获得非常高能量的反冲质子。

1932年，Chadwick解开了这个疑点，他假设组成这种辐射的中性粒子与质子具有相

同的重量，这个假设为我们提供了一种令人信服的图象，并立即得到人们的承认，他称这个

粒子为中子。许多物理学家和化学家的实验完善了这个假说，中子的性质由表1－4给出。

4）正电子1932年，Anderson发现了正电子。在云室的研究中，他注意到有一中离子，

轨迹与电子完全相同，只是在磁场中偏转方向与电子相反。早在几年前，Dirae的理论就预言

了这种粒子的存在。1933年，Blackett和Occ－hialini通过实验指出，当宇宙射线和物质相互作

用时，能给出大体等量的电子和正电子流。

更进一步的实验证实，正电子在原子中和具有电子相同的重量、静质量以及静能量，所

带的正电荷与电子的负电荷数相等。它具有相同的自旋角动量，但它的磁距却与电子的磁距

数值相等、符号相反。因而，正电子是一种寿命极短（10－7s）的粒子，仅在运动时存在，一

旦靠近电子，便与电子结合而形成光子（辐射湮没）。

5）中微子1934年，Fermi用连续光谱的谱线分布代替用量子论假设的离散线来解释β

辐射时，发现能量守恒定律出现了矛盾，他提出了中微子的假设。他认为这种中微子其质量

等于或接近零且不带电荷，在β衰变过程中，与β粒子共同分担其能量释放。人们已经普遍

承认中微子的存在，洛斯阿拉莫斯国家实验室的Cowan和Reines提供了证实中微子存在的许

多证据。

6）介子1934年，Yakawa在解释各种核粒子被原子核吸引的核力时，第一个提出了介

子的假设。1936年，Andersoa在他的云室宇宙射线研究中，看到了这种粒子，它们极不稳定，

寿命非常短，其质量小于中子但大于电子，要么带正电荷，要么带负电荷。进一步的实验揭

示了几种类型介子的存在，现在大体分类为：μ介子，π介子和t介子，所有介子的寿命都极

短，并能自发的衰变成一个电子或一个正电子以及一个中微子，象带电的介子一样，也存在

中性的介子。

7）超子 人们观察到许多各种质量的其它粒子，统称超子，并进行了一般的分类。主要

有Λ°、Σ＋、Σ、Ξ－、Ω－等，它们的质量相当于电子质量的2000倍左右，但平均寿命非常短，

约10－10s。

8）反粒子1955年，Segre与他的合作者通过实验提出了反粒子存在的依据，这些反粒

子的存在能解释早期量子论的某些矛盾。应该相信，所有的粒子都有反粒子，正粒子和反粒

子，其电荷等量异号，磁距方向相反。

1.2原子核和放射性衰变

1.2.1核结构模型

对原子核结构作出精确的分析是困难的，主要是有关核理论的问题尚未根本解决。目前

虽然已经发展了一些原子核结构模型，但它们都是依靠各种不同的简化了的假设推广出来的，

每种模型只能解释原子核某一方面的实验数据，这里介绍三种低能原子核结构的模型。

（1）液滴模型

液滴模型是最早的一个原子核模型，它能解释许多原子核的性能。把原子核比作液滴的

观念是从低能原子核反应中得来的，低能原子核反应时，入射粒子进入靶原子核以后，它的

能量很快和原子核中的核子交换。液滴模型假设：

1）原子核是一滴不可压缩的物质，而且所有各种原子核的密度都一样。

2）暂时忽略中子—质子作用力中三重态和单重态间的差异，把核子之间的作用力（即核

力）看成是与自旋和与电荷无关的力。

3）核力只在小范围内有效，即每个核子只和它最接近的核子作用，由此可以推出一个半

经验公式来计算原子核的质量，并讨论原子核的稳定性。

（2）壳层模型

根据核力的特性，将原子核比做液滴，并由此推出了原子核质量的半经验公式，说明液

滴模型在这一问题上是成功的。但是，另一方面大量的实验表明原子核的内部存在着某种壳

层结构，也就是说，在原子核中核子的运动也可以用类似处理轨道电子在原子中运动的方式

来描述。实验发现，原子核的性质随着质子数和中子数的增加显出周期性的变化，发现质子

数Z和中子数N等于2，8，20，28，50，82，或126（这些数被称为壳层数）的原子核结构

特别稳定。要解释壳层结构的存在，首先得假设单个核子在原子核中的运动可能和轨道电子

在原子中的情况相类似，但是由于原子核的内部并不存在质量大体积小的作用体来对其它核

子起作用，所以原子核内的核子壳层与原子内的电子壳层必然有所不同。原子中的电子是处

于原子核的库仑场中，受库仑力的作用；而核子呢？我们设想每个核子所受到的有心吸引力

来自原子核中其它（A－1）个核子的联合作用。还可设想原子核内也存在一系列可能的能级，

相当于各种可能的“轨道”，质子和中子各自按照包利不相容原理填充在能级二，从最低的依

次到较高的。

（3）集体运动模型

壳层模型所考虑的是一群核子中的每一个核子在一个由其它核子集体形成的势场中运

动，这个场被看作是静止的。实际上由于原子核中并不存在象原子中的原子核那样的中心，因

此核子系统并不是静止的，由于核子间的相互吸引，核子系统会发生集体振动。这些核子就

不是处于静止的势场中，而是处在变动的势场中，单个核子的运动和集体运动相结合，才能

对原子核内部的运动作较全面的描述。这样的集体运动模型又称为综合模型。这种集体运动

模型与分子系统情况类似，它的集体运动由振动和转动相藕合。

1）原子核形变 当质子和中子都构成完整的壳层时，原子核的稳定平衡形状是球形，如

果在完整壳层之外，还存有少数核子，就会引起小的变化，但平衡形状仍是球形。满壳层外

面的核子数如果再增加，球形的平衡就会被破坏，平衡形状成为非球形，往往是一个轴对称

形，当外层核子数离完整壳层最远时，平衡形状偏离球形也最远。

2）原子核的集体振动 原子核可能有几种振动方式，如果能量较低时，振动形状是周期

性变化，但体积不变，这称为形状振动。形状振动不大时，可以看作是各级振动的迭加，其

中主要是四极振动。