九核輻射傳感器

1、會(huì)計(jì)學(xué)1九核輻射傳感器九核輻射傳感器第2頁(yè)/共18頁(yè)第1頁(yè)/共21頁(yè)tIIe0第3頁(yè)/共18頁(yè)第2頁(yè)/共21頁(yè) 2核輻射與物質(zhì)間的相互作用核輻射與物質(zhì)間的相互作用 (1) 電離作用電離作用 當(dāng)具有一定能量的帶電粒子穿透物質(zhì)當(dāng)具有一定能量的帶電粒子穿透物質(zhì)時(shí)，在它們經(jīng)過(guò)的路程上就會(huì)產(chǎn)生電離作時(shí)，在它們經(jīng)過(guò)的路程上就會(huì)產(chǎn)生電離作用，形成許多離子對(duì)，電離作用是帶電粒子用，形成許多離子對(duì)，電離作用是帶電粒子和物質(zhì)相互作用的主要形式。和物質(zhì)相互作用的主要形式。 粒子（射線）由于能量、質(zhì)量和帶電量大，粒子（射線）由于能量、質(zhì)量和帶電量大，故電離作用最強(qiáng)，但射程故電離作用最強(qiáng)，但射程(帶電粒子在物質(zhì)中穿行時(shí)

2、、帶電粒子在物質(zhì)中穿行時(shí)、能量耗盡前所經(jīng)過(guò)的直線距離能量耗盡前所經(jīng)過(guò)的直線距離)較短。較短。 粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的粒子要弱，粒子要弱，由于由于粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。 粒子幾乎沒(méi)有直接的電離作用。粒子幾乎沒(méi)有直接的電離作用。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第4頁(yè)/共18頁(yè)第3頁(yè)/共21頁(yè) 在輻射線的電離作用下，每秒鐘產(chǎn)生的在輻射線的電離作用下，每秒鐘產(chǎn)生的離子對(duì)的總數(shù)，即離子對(duì)形成的頻率可出下離子對(duì)的總數(shù)，即離子對(duì)形成的頻率可出下式表示：式表示： 式中：式中：E 帶電粒子的能量；帶電粒子的能量； Ed 離

3、子對(duì)的能量；離子對(duì)的能量； I 輻射源的強(qiáng)度；輻射源的強(qiáng)度； C 輻射源強(qiáng)度為輻射源強(qiáng)度為1Ci時(shí)，每秒放射出的粒子數(shù)。時(shí)，每秒放射出的粒子數(shù)。ICEEfde219.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第5頁(yè)/共18頁(yè)第4頁(yè)/共21頁(yè) (2)核輻射線的吸收、散射和反射核輻射線的吸收、散射和反射 、射線穿透過(guò)物質(zhì)程中，一部分射線穿透過(guò)物質(zhì)程中，一部分粒子能量被物質(zhì)吸收，一部分粒子被散射掉，粒子能量被物質(zhì)吸收，一部分粒子被散射掉，能量將按下述關(guān)系式衰減：能量將按下述關(guān)系式衰減： 式中式中I、I0分別為射線穿透物質(zhì)前、后的輻射分別為射線穿透物質(zhì)前、后的輻射強(qiáng)度，強(qiáng)度，h為穿透物質(zhì)的厚度，為穿透物質(zhì)的厚度，為

4、物質(zhì)的密度，為物質(zhì)的密度，為物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)。為物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器heII0第6頁(yè)/共18頁(yè)第5頁(yè)/共21頁(yè) 三種射線中，三種射線中，射線穿透能力最強(qiáng)，射線穿透能力最強(qiáng)，射線次之，射線次之，射線最弱，射線最弱，射線的穿透厚射線的穿透厚度比度比、要大得多。要大得多。 射線穿透物質(zhì)時(shí)，容易改變其運(yùn)動(dòng)射線穿透物質(zhì)時(shí)，容易改變其運(yùn)動(dòng)方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生相反方向散射時(shí)，方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生相反方向散射時(shí)，即出現(xiàn)了反射現(xiàn)象。反射的大小取決于散射物即出現(xiàn)了反射現(xiàn)象。反射的大小取決于散射物質(zhì)的性質(zhì)和厚度。質(zhì)的性質(zhì)和厚度。射線的散射隨物質(zhì)的原子序數(shù)射線的散射隨物

5、質(zhì)的原子序數(shù)增大而加大。當(dāng)原子序數(shù)增大到極限情況時(shí)，投射增大而加大。當(dāng)原子序數(shù)增大到極限情況時(shí)，投射到反射物質(zhì)上的粒子幾乎全部反射回來(lái)。到反射物質(zhì)上的粒子幾乎全部反射回來(lái)。9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第7頁(yè)/共18頁(yè)第6頁(yè)/共21頁(yè)反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系：反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系： 式中：式中：Ih 反射物質(zhì)厚度為反射物質(zhì)厚度為h(mm)時(shí)，放射時(shí)，放射線被反射的強(qiáng)度；線被反射的強(qiáng)度； Im 當(dāng)當(dāng)h趨向無(wú)窮大時(shí)的反射強(qiáng)度，趨向無(wú)窮大時(shí)的反射強(qiáng)度，Im與原子與原子序數(shù)有關(guān)；序數(shù)有關(guān)； h 輻射能量的常數(shù)。輻射能量的常數(shù)。當(dāng)當(dāng)I0、Im、h、等已知后，只要測(cè)出等已知后

6、，只要測(cè)出I或或Ih就可就可求出其穿透厚度求出其穿透厚度h。另一方面，當(dāng)。另一方面，當(dāng)I0、 、h等已知等已知后，只要測(cè)出后，只要測(cè)出I就可求物質(zhì)的密度就可求物質(zhì)的密度。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器)1 (hmhheII第8頁(yè)/共18頁(yè)第7頁(yè)/共21頁(yè)右圖為電離室示意圖。電離室兩側(cè)設(shè)右圖為電離室示意圖。電離室兩側(cè)設(shè)有二塊平行極板，對(duì)其加上極化電壓有二塊平行極板，對(duì)其加上極化電壓E E使二極板間形成電場(chǎng)。當(dāng)有粒子或射使二極板間形成電場(chǎng)。當(dāng)有粒子或射線射向二極板間空氣時(shí)，空氣分子被線射向二極板間空氣時(shí)，空氣分子被電離成正、負(fù)離子。帶電離子在電場(chǎng)電離成正、負(fù)離子。帶電離子在電場(chǎng)作用下形成電離電

7、流，并在外接電阻作用下形成電離電流，并在外接電阻R R上形成壓降。測(cè)量此壓降值即可得核上形成壓降。測(cè)量此壓降值即可得核輻射的強(qiáng)度。電離室主要用于探測(cè)輻射的強(qiáng)度。電離室主要用于探測(cè)、粒子，它具有堅(jiān)固、穩(wěn)定、成本粒子，它具有堅(jiān)固、穩(wěn)定、成本低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流很小低、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但輸出電流很小。電離室示意圖第9頁(yè)/共18頁(yè)第8頁(yè)/共21頁(yè)體放電計(jì)數(shù)管示意圖 正離子鞘到達(dá)陰極時(shí)得正離子鞘到達(dá)陰極時(shí)得到一定的動(dòng)能，能從陰極打出到一定的動(dòng)能，能從陰極打出次級(jí)電子。由于此時(shí)陽(yáng)極附近次級(jí)電子。由于此時(shí)陽(yáng)極附近的電場(chǎng)已恢復(fù)，次級(jí)電子又能的電場(chǎng)已恢復(fù)，次級(jí)電子又能再一次產(chǎn)生正離子鞘和電壓脈再一次產(chǎn)生正

8、離子鞘和電壓脈沖，從而形成連續(xù)放電。若在沖，從而形成連續(xù)放電。若在計(jì)數(shù)管內(nèi)加入少量有機(jī)分子蒸計(jì)數(shù)管內(nèi)加入少量有機(jī)分子蒸汽或鹵族氣體，可以避免正離汽或鹵族氣體，可以避免正離子鞘在陰極產(chǎn)生次級(jí)電子，而子鞘在陰極產(chǎn)生次級(jí)電子，而使放電自動(dòng)停止。使放電自動(dòng)停止。第10頁(yè)/共18頁(yè)第9頁(yè)/共21頁(yè)氣體放電計(jì)數(shù)管特性曲線第11頁(yè)/共18頁(yè)第10頁(yè)/共21頁(yè) 當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時(shí)，晶體原子受激晶體時(shí)，晶體原子受激發(fā)光，透過(guò)晶體射到光發(fā)光，透過(guò)晶體射到光電倍增管的光陰極上，電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽(yáng)極

9、倍增管中倍增，在陽(yáng)極上形成電流脈沖，即可上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。用儀器指示或記錄。閃爍計(jì)數(shù)器示意圖第12頁(yè)/共18頁(yè)第11頁(yè)/共21頁(yè)第13頁(yè)/共18頁(yè)第12頁(yè)/共21頁(yè)123 4 放大 檢測(cè)儀表 5 6 7 9 8 R第14頁(yè)/共18頁(yè)第13頁(yè)/共21頁(yè) 不同介質(zhì)對(duì)不同介質(zhì)對(duì)射線的吸收能力不射線的吸收能力不 同，一般固體最強(qiáng)，液體次之，氣體最差。同，一般固體最強(qiáng)，液體次之，氣體最差。 當(dāng)射線射入厚度為H的介質(zhì)時(shí)，會(huì)有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過(guò)介質(zhì)的射線強(qiáng)度I與入射強(qiáng)度I0之間有如下關(guān)系：式中 吸收系數(shù)，條件固定時(shí)為常數(shù)。變形為： 因此測(cè)液位可通過(guò)測(cè)量射線在穿過(guò)液體時(shí)強(qiáng)度的變化量來(lái)

10、實(shí)現(xiàn)。 HeII0IIHlnln10第15頁(yè)/共18頁(yè)第14頁(yè)/共21頁(yè) g g 射線物位計(jì)的特點(diǎn)是：射線物位計(jì)的特點(diǎn)是： 1、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；、可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量； 2、不受被測(cè)介質(zhì)溫度、壓力、流速等狀態(tài)的限制；、不受被測(cè)介質(zhì)溫度、壓力、流速等狀態(tài)的限制； 3、能測(cè)量比重差很小的兩層介質(zhì)的界面位置；、能測(cè)量比重差很小的兩層介質(zhì)的界面位置； 4、適宜測(cè)量液體、粉粒體和塊狀介質(zhì)的位置。、適宜測(cè)量液體、粉粒體和塊狀介質(zhì)的位置。 探測(cè)器 檢測(cè)儀表指示 放射源第16頁(yè)/共18頁(yè)第15頁(yè)/共21頁(yè) x y電極放射源電極 氣流第17頁(yè)/共18頁(yè)第16頁(yè)/共21頁(yè)第18頁(yè)/共18頁(yè)第17頁(yè)/共21頁(yè)反射

11、的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系：反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系： 式中：式中：Ih 反射物質(zhì)厚度為反射物質(zhì)厚度為h(mm)時(shí)，放射時(shí)，放射線被反射的強(qiáng)度；線被反射的強(qiáng)度； Im 當(dāng)當(dāng)h趨向無(wú)窮大時(shí)的反射強(qiáng)度，趨向無(wú)窮大時(shí)的反射強(qiáng)度，Im與原子與原子序數(shù)有關(guān)；序數(shù)有關(guān)； h 輻射能量的常數(shù)。輻射能量的常數(shù)。當(dāng)當(dāng)I0、Im、h、等已知后，只要測(cè)出等已知后，只要測(cè)出I或或Ih就可就可求出其穿透厚度求出其穿透厚度h。另一方面，當(dāng)。另一方面，當(dāng)I0、 、h等已知等已知后，只要測(cè)出后，只要測(cè)出I就可求物質(zhì)的密度就可求物質(zhì)的密度。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器)1 (hmhheII第8頁(yè)/共18頁(yè)第18頁(yè)/共21頁(yè) 當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時(shí)，晶體原子受激晶體時(shí)，晶體原子受激發(fā)光，透過(guò)晶體射到光發(fā)光，透過(guò)晶體射到光電倍增管的光陰極上，電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽(yáng)極倍增管中倍增，在陽(yáng)極上形成電流脈沖，即可上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。用儀器指示或記錄。閃爍計(jì)數(shù)器示意圖第12頁(yè)/共18頁(yè)第19頁(yè)/共21頁(yè) 當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時(shí)，晶體原子受激晶體時(shí)，晶體原子受激發(fā)