4.1.7. Основной закон радиационной дефектоскопии.
Вследствие описанных выше эффектов взаимодействия излучения с веществом интенсивность первичного излучения по мере прохождения его через вещество уменьшается. Ослабление интенсивности первичного пучка излучения описывается формулой:
,
где:
Iо - интенсивность излучения, падающего на поглотитель; I - интенсивность излучения, прошедшего слой поглотителя толщиной ;
- толщина поглотителя;
- линейный коэффициент ослабления излучения, определяющий долю квантов, испытавших взаимодействие с веществом поглотителя на единице пути [см-1] .
Поскольку ослабление излучения определяется главным образом фотоэффектом, комптон - эффектом и эффектом образования пар линейный коэффициент ослабления представляет собой сумму трех коэффициентов:
Таким образом, коэффициент характеризует долю от первоначальной интенсивности излучения, поглощенную в поглотителе толщиной в 1 см за счет трех вышеописанных эффектов.
Приведенное выше уравнение справедливо только для коллимированного («узкого») пучка фотонного излучения. На практике при расчетах ослабления фотонного излучения учитывается фактор накопления рассеянного излучения В:
где: Iпр - интенсивность прямого излучения, прошедшего поглотитель;
Ipacc - интенсивность рассеянного поглотителем излучения.
С учетом фактора накопления В рассеянного излучения закон ослабления «широкого» (неколлимированного) пучка излучения может быть выражен следующим уравнением:
Для характеристики проникающей способности излучения используется понятие слой половинного ослабления 1/2, представляющий собой толщину слоя облучаемого материала, при прохождении которого интенсивность излучения ослабляется в 2 раза:
4.1.8. Диаграмма Эванса.
Относительная роль фотоэффекта, Комптон-эффекта и эффекта образования пар зависит от энергии квантов и атомного номера поглотителя. Каждый из этих видов взаимодействия фотонного излучения с веществом для конкретного вещества преобладает в определенном энергетическом интервале. Фотоэффект преобладает в области малых энергий; с повышением жесткости излучения возрастает роль комптоновского рассеяния, который является основным механизмом взаимодействия квантов излучения с веществом в широком диапазоне энергии.
Для алюминия комптоновское рассеивание преобладает для квантов с энергией от 0,05 до 15 МэВ, для железа от 0,12 до 9,5 МэВ, для свинца - от 0,5 до 5 МэВ. Наконец, при очень жестком излучении основным процессом взаимодействия квантов с веществом становится эффект образования пар.
Диаграмма, показывающая области энергии, в которых преобладают различные процессы при взаимодействии излучения с веществом, приведена на рис. 4.4. (диаграмма Эванса).
Рис.4.4. Диаграмма Эванса
Область, где преобладает фотоэлектрическое поглощение, отделена от области преобладания комптоновского рассеяния линией, проведенной так, что каждый из этих процессов вдоль этой линии равновероятен, т.е. линейные коэффициенты поглощения равны: =. Вторая линия разделяет области преобладания Комптон-эффекта и эффекта образования пар. По этой линии соответствующие коэффициенты поглощения равны: = ǽ. Оба процесса вдоль этой линии равновероятны. Следует учитывать, что в практической радиографии радиационное изображение при просвечивании изделий формируется главным образом благодаря процессу фотоэлектрического поглощения и комптоновского рассеяния.