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小序:古人说:“十年磨一剑。”这个问题,困扰了我四十余年,是我一直探索、而至今未找到满意答案的问题。我曾在讲稿《射线探伤高级教程.物理基础》部分,试图回答这个问题;后来发现,那些论述是错误的。现在,我再尝试谈些浅见,如有不当,请朋友们指正、交流。
1 物理学的“界面”指什么?
笼统地说:物理学上的界面是指不同物、相的分界面。“物”指物质、物体;“相”,往大里说,有气、液、固三相,往小里说,有“金属组织的相”,金相也有相界面和晶粒的晶界面。我们在这里要讨论的界面,姑且用金属工件的表面来进行讨论。
2 对波具有反射和折射作用的界面应具备什么条件?
在光学和超声学中,我们都学过界面的反射和折射定律。这两个定律,实质是界面有规律地改变入射波束方向的问题。那么,这个界面应具备什么条件呢? 我以为应具备三个条件:
2.1 界面各方向上的最小尺寸D应远远大于入射波长λ,即D>>λ
D通常应大于波束横截面任意方向上的尺寸,而且应远远大于λ。当D≈λ时,会因绕射破坏反射和折射规律。
2.2 界面的粗糙度Ra应远小于入射波长λ,即Ra<<λ
界面凸凹不平,会破坏波按一定规律的方向反射和折射,把反射变为漫散射。知识告诉我们镜面对可见光有很好的反射作用,而镜面的Ra约为 0.01μm(100?)~0.004μm(40?)。
2.3 材料的晶格尺寸a远远小于入射波长λ,即a<<λ。
金属晶格尺寸a约为10~20?。当a<<λ时,工件的晶格(原子点阵)、晶粒组成了对波的反射屏障和折射体系;当λ<a时,波可以直接和原子作用,晶格、晶粒形成的、宏观上看来光滑平整的金属表面,以射线光子的角度(微观)来看,却是“千洞百孔”的。
可见光的波长范围大约为7500~4000?,机加工的金属表面,可满足以上三个条件,因此它们可以成为可见光的界面。一般超声波的波长更长,为mm级,普通金属表面(加耦合剂),也可视为它的界面了。而X和γ射线波长λ≤10?,金属工件表面满足不了它的“界面”应具备的第(2)和(3)两个条件。或者说,对X和γ射线来说,不存在“界面”之说,所以也就不存在反射和折射问题了。
3 结论
射线与物质的作用,是射线中的自由微观粒子——光子,与束缚在物质中的原子或小于原子粒子的相互作用,正如日本《射线探伤B》所言:“作用的基础是物质的原子。”因此,根本不存在宏观上的“界面”,不存在反射和折射,只有吸收和散射。这就是:我们在讲述射线与物质作用时,只讲吸收和散射效应,而不讨论工件表面反射和折射的原因。射线的吸收,是指光子消失现象,即光电和电子对效应。射线的散射,是指光子改变了方向的现象,指康普顿效应和瑞利散射。
以上认识当否?希望讨论、沟通。