核輻射傳感器原理及其應(yīng)用舉例詳解

核輻射傳感器原理及其應(yīng)用舉例詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)優(yōu)選核輻射傳感器原理及其應(yīng)用舉例目前二頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)近年來，核輻射傳感器由于具有眾多優(yōu)良特性，得到了廣泛的關(guān)注。本文從核輻射的性質(zhì)入手，系統(tǒng)介紹了核輻射探測器的原理和幾種核輻射傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用場合。在跟蹤當(dāng)代核輻射傳感器前沿技術(shù)發(fā)展的同時(shí)，對他們的進(jìn)行了特性分析與應(yīng)用的初步探討。目前三頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)眾所周知，各種物質(zhì)都是由一些最基本的物質(zhì)所組成。人們稱這些最基本的物質(zhì)為元素。組成每種元素的最基本單元就是原子，每種元素的原子都不是只存在一種。具有相同的核電荷數(shù)Z而有不同的質(zhì)子數(shù)A的原子所構(gòu)成的元素稱同位素。假設(shè)某種同位素的原子核在沒有外力作用下，自動(dòng)發(fā)生衰變，衰變中釋放出α射線、β射線、γ射線、X射線等，這種現(xiàn)象稱為核輻射。目前四頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)表明，放射源的強(qiáng)度是

隨著時(shí)間按指數(shù)定理而減低的即式中：J0——開始時(shí)的放射源強(qiáng)度；J——經(jīng)過時(shí)間為t以后的放射源強(qiáng)度；λ——放射性衰變常數(shù)。目前五頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)放射性同位素種類很多，由于核輻射檢測儀表對采用的放射性同位素要求它的半衰期比較長，且對放射出來的射線能量也有一定要求。因此常用的放射性同位素只有20種左右，例如Sr90（鍶）、Co60（鈷）、Cs137（銫）、Am241（镅）等。目前六頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)α射線

α射線通過氣體時(shí)，使其分子或原子的軌道電子產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，如果此軌道電子獲得足夠大的能量，就能脫離原子成為自由電子，從而產(chǎn)生一對由自由電子和正離子組成的離子對，這種現(xiàn)象稱為電離。在檢測技術(shù)中，α射線的電離效應(yīng)、透射效應(yīng)和散射效應(yīng)都有應(yīng)用，但以電離效應(yīng)為主，用α粒子來使氣體電離比其它輻射強(qiáng)得多。目前七頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)β射線

β粒子在穿經(jīng)物質(zhì)時(shí)，會使組成物質(zhì)的分子或原子發(fā)生電離，但與α射線相比β射線的電離作用較小。由于β粒子的質(zhì)量比α粒子小很多，因此更易被散射。β射線與α射線相比，透射能力大，電離作用小。在檢測中主要是根據(jù)β輻射吸收來測量材料的厚度、密度或重量，根據(jù)輻射的反射來測量覆蓋層的厚度，利用β粒子很大的電離能力來測量氣體流。目前八頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)

γ射線與β射線相比，γ射線的吸收系數(shù)小，它透過物質(zhì)的能力最強(qiáng)，在氣體中的射程為幾百米，并且能穿透幾十厘米的固體物質(zhì)，其電離作用最小。在測量儀表中，根據(jù)γ輻射穿透力強(qiáng)這一特性來制作探傷儀、金屬厚度計(jì)和物位計(jì)等。目前九頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)

核輻射探測器核輻射探測器又稱核輻射接收器，它是核輻射傳感器的重要組成部分。核輻射探測器的作用是將核輻射信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而探測出射線的強(qiáng)弱和變化。由于射線的強(qiáng)弱和變化與測量參數(shù)有關(guān)，因此它可以探測出被測參數(shù)的大小及變化。這種探測器的工作原理或者是根據(jù)在核輻射作用下某些物質(zhì)的發(fā)光效應(yīng)，或者是根據(jù)當(dāng)核輻射穿過它們時(shí)發(fā)生的氣體電離效應(yīng)。當(dāng)前常用的核輻射探測器有：電離室、正比計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)器和半導(dǎo)體探測器等。目前十頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)電離室電離室是利用射線對氣體的電離作用而設(shè)計(jì)的一種輻射探測器，它的重要部分是兩個(gè)電極和充滿在兩個(gè)電極間的氣體。氣體可以是空氣或某些惰性氣體。電離室的形狀有圓柱體和方盒狀。電離室的結(jié)構(gòu)意圖

電離室的特性曲線

差分電離室目前十一頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)正比計(jì)數(shù)管它是由圓筒形的陰極和作為陽極的中央芯線組成的，內(nèi)封有稀有氣體、氮?dú)狻⒍趸嫉葰怏w。當(dāng)放射線射入使氣體產(chǎn)生電離時(shí)，由于在芯線近旁電場密度高，電子碰撞被加速，在氣體中獲得足夠的能量，碰撞其它氣體分子和原子而產(chǎn)生新的離子對。正比計(jì)數(shù)管可以探測入射放射線的能量。目前十二頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)閃爍計(jì)數(shù)器物質(zhì)受放射線的作用而被激發(fā)，在由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài)的過程中，發(fā)射出脈沖狀的光的現(xiàn)象稱為閃爍現(xiàn)象。能產(chǎn)生這樣發(fā)光現(xiàn)象的物質(zhì)稱為閃爍體。閃爍計(jì)數(shù)器先將輻射能變?yōu)楣饽?，然后再將光能變?yōu)殡娔芏M(jìn)行探測，它由閃爍體和光電倍增管兩部分組成。目前十三頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)半導(dǎo)體探測器半導(dǎo)體探測器是近年來迅速發(fā)展起來的一種射線探測器。我們知道荷電粒子一入射到固體中就與固體中的電子產(chǎn)生相互作用并失去能量而停止。而X射線或γ射線由于光電效應(yīng)、康普頓散射、電子對生成等而產(chǎn)生二次電子，此高速的二次電子經(jīng)過與荷電粒子的情況相同的過程而產(chǎn)生電子和空穴。若取出這些生成的電荷，可以將放射線變?yōu)殡娦盘?。目前十四頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)核輻射傳感器應(yīng)用1、工業(yè)領(lǐng)域：厚度計(jì)、液面計(jì)、密度計(jì)、材料內(nèi)部探傷等；2、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：B超檢測儀等3、國防：核研究、核檢查、核防護(hù)等核輻射傳感器包括

放射源、探測器和信號轉(zhuǎn)換電路。目前十五頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)核輻射傳感器廣泛用在制藥廠，實(shí)驗(yàn)室，發(fā)電廠，采石場，緊急狀況營救站，金屬處理廠，地下油田和供油管道裝備，環(huán)境保護(hù)等部門。檢查局部的輻射泄露和核輻射污染，檢查周圍環(huán)境的氡輻射銫污染，檢查鈷60輻射污染，檢查石材等建筑材料的放射性，檢查有核輻射危險(xiǎn)的填埋地和垃圾場，檢測從醫(yī)用到工業(yè)用的X射線儀器的X射線輻射強(qiáng)度，檢查地下水，鐳污染檢查地下鉆管和設(shè)備的放射性監(jiān)視核反應(yīng)堆周圍空氣和水質(zhì)的污染，檢查個(gè)人的貴重財(cái)產(chǎn)和珠寶的有害輻射，檢查瓷器餐具玻璃杯等的放射性、家居裝飾的檢測。目前十六頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)核輻射厚度計(jì)它是利用射線穿透物質(zhì)的能力來制成的檢測儀表。它的特點(diǎn)是放射源和核輻射探測器分別置于被測物體的兩側(cè)，射線穿過被測物體后射入核輻射探測器。由于物質(zhì)的吸收，使得射入核輻射探測器的射線強(qiáng)度降低，其程度和物體厚度等有關(guān)。目前十七頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)輻射式物位計(jì)以應(yīng)用γ射線檢測物位的方法有很多。如圖是定點(diǎn)測量的方法。將射線源I0與探測器安裝在同一平面上，由于氣體對射線的吸收能力遠(yuǎn)比液體或固體弱，因而當(dāng)物位超過和低于此平面時(shí)，探測器接收到的射線強(qiáng)度發(fā)生急劇變化。目前十八頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)X熒光材料成分分析儀根據(jù)初級射線從樣品中激發(fā)出來的特征X射線熒光對材料成分進(jìn)行定性分析和定量分析的。初級射線從樣品中激發(fā)出來的特征X射線射入探測器，該探測器輸出一個(gè)脈沖給脈沖高度分析器、定標(biāo)器，給出以X射線熒光能量為橫坐標(biāo)的能譜曲線，由能譜曲線的峰位置及峰面積的大小就可以求出樣品中含有元素及含量。X射線熒光分析儀散射角示意圖目前十九頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)液位測量計(jì)液位信號器是對幾個(gè)固定位置的液位進(jìn)行測量，用于液位的上、下限報(bào)警等。連續(xù)液位測量是對液位連續(xù)地進(jìn)行測量，廣泛應(yīng)用于石油、化工等諸多領(lǐng)域，具有非常重要的意義。原理：γ射線的穿透力強(qiáng)，射程遠(yuǎn)，故在核輻射液位測量中廣泛采用。實(shí)驗(yàn)證明，穿過物質(zhì)前后γ射線強(qiáng)度會發(fā)生變化。目前二十頁\總數(shù)二十一頁\編于一點(diǎn)碲鋅鎘半導(dǎo)體探測器半導(dǎo)體探測器是二十世紀(jì)六十年代以來得到迅速發(fā)展的一種核輻射探測器件，由于其使用條件要求嚴(yán)格而沒有在軍用裝備中得到廣泛的應(yīng)用；九十年代以后發(fā)