1.射线测量物质厚度 技术简述：

X射线工作原理

β射线测厚度原理

• 当使用透射或吸收方法来测量厚度时，放射源和探测器分别安装于所测材料的两侧。由放射源发出的射线经测量物后强度有所减弱，衰弱后的射线能到达探测器。射线的减弱量取决于测试物的组成、密度和厚度，可用下面的方程算出：

I = I0×e-μρd (式1.1)

• 上述公式中：I0：无测试物质时射线的强度;μ：材料的吸收系数;ρ：材料的密度;d：材料的厚度

• 材料吸收系数取决于所使用射线的类型和材料的组成。如果射线类型和材料组成预先确定，且密度是常数，则射线的强度减弱仅仅取决于材料的厚度。这种相互关系是放射法厚度测量的基础，不论使用的是β射线还是x射线，材料的厚度都可由射线强度I0和I的值确定。

• 材料厚度或材料具体的物质吸收系数可在测量校正系统中确定，（对大多数系统）可由操作员修正，因此测量系统同样适用于其它材料。

2．灵敏度的比较

2.1 概况

• 所谓的测量系统灵敏度是选择最佳放射测量方法的重要特征值。对于给定的材料，测量灵敏度越高，射线强度变化就越大（保护措施不足时，人体受到辐射几率也会大大增大）。

• 这两个数值，即强度的相对变化和薄膜厚度的相对变化的比例，定义为灵敏度S：

• S = ∣Δl*d/Δd*l0∣ (式2.1)

• 根据式1.1，灵敏度也可表述为：

• S =μρd e-μρd (式2.2)

• 从方程2.2可看出，灵敏度S除了取决于厚度d以外，还取决于材料密度ρ和物质吸收系数，更精确得说取决于参照厚度测量范围d.

• 物质吸收系数μ由射线类型（β或x-射线）和射线强度决定，也由材料组成决定。然而，材料密度ρ和厚度测量范围d是由应用而决定的。

3.X射线及β射线在PP及PET薄膜测厚度时灵敏度对比

• PP和PET薄膜拉伸线的薄膜测量需要4-70μ的测量范围，PP密度为1.0g/cm3，PET密度为1.33g/cm3，不同测量方法的灵敏度可由这些数据算出。

• 对于给定的射线类型，物质衰减系数μ取决于射线的能量，当使用β射线时，能量的选择有很大的限度，因自然界存在的放射性原子核有限。然而x-射线的能量通过改变加速电压可在更大范围内调节，因此能调整到适应具体的应用情况。在图2.1中,灵敏度S是PP或PET薄膜厚度的函数，射线为Pm147和Kr85所发出的β射线和加速电压为5KV的x- 射线 。

基本质量g/m2

• 灵敏度S是β射线Pm147和Kr85的基本质量的函数，同时也是带有超薄铍金属窗 片5KVx-射线源和3KVx-射线源的基本质量的函数

• 从图中可看出，Pm147在质量为56g/m2时灵敏度最大。此时对应的薄膜厚度大约为：PP时为56μm，PET时为42μm。加速电压为3KV时，x-射线在质量为144g/m2时有最高的灵敏度。

• 为了得到与由Pm147 产生的射线同样的灵敏度，x-射线必须有一个2KV的加速电压。然而由于x-射线源的能量太低，测量间隙之间的空气是不能穿透的介质。

• 在正常的情况下，10mm厚的测量间隙将产生大约12.98g/m2的空气柱，此空气柱吸收Pm147大约20%的射线，即对测量本身来说，只有80%的射线是有用的。当使用电压为2KV的放射源时，只有不到15%的射线用来测量薄膜厚度。当考虑到放射源的保护金属片和测量头对射线的吸收时，上述的现象就更加显著：使用Pm147放射源时，56%的射线被测量间隙间的空气吸收，而使用加速电压为4KV的x-射线时，此吸收值高达95%。因此，并不使用电压小于3KV的x-射线放射源，使用电压为5KV，带有超薄的铍金属窗片是很合理的。在此电压下，大约70%的发射中子都被空气和铍金属窗片吸收，即30%用于厚度的测量。通过使用特殊的x-射线发射管能减少空气柱的厚度。