核輻射傳感器

1、延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院 傳感器技術(shù)作業(yè)題 目: 核輻射傳感器 專業(yè)名稱： 電子信息工程 學(xué)生姓名： 胡海瑞 學(xué)生學(xué)號(hào)： 0903024118 指導(dǎo)教師： 馬惠鋮核輻射傳感器核輻射傳感器摘要: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。本文從核輻射的基本性質(zhì)開始闡述，系統(tǒng)的介紹了核輻射傳感器的組成、原理以及幾種常見的核輻射傳感器的工作原理。關(guān)鍵詞: 核輻射 傳感器 核輻射傳感器 探測(cè)器 電離室Summary:In recent years, because of the nuclear radiation sensors many goodqualities, received e

2、xtensive attention. This article from the nuclear radiation basicproperties to formulate, system introduced the nuclear radiation sensors component,the principle and several common gamma radiation sensor principle of work.Keywords: radiation transducer nuclear radiation transducer detector ionizatio

3、n chamber目錄- 1 -核輻射傳感器摘要1.核輻射. - 3 -1.1核輻射的定義. - 3 -1.2 輻射單位 . - 3 -1.3 核輻射的種類及性質(zhì) . - 3 -2.核輻射傳感器. - 4 -2.1 核輻射放射源 . - 4 -2.1.1核輻射強(qiáng)度J. - 4 -2.1.2 核輻射線與物質(zhì)的相互作用. - 5 -2.2 核輻射探測(cè)器 . - 6 -2.2.1 電離室. - 6 -2.2.2氣體放電計(jì)數(shù)管(蓋格計(jì)數(shù)管) . - 8 -2.2.3 閃爍計(jì)數(shù)器. - 9 -2.2.4 正比計(jì)數(shù)管. - 9 -2.3半導(dǎo)體探測(cè)器. - 10 -3.核輻射傳感器的應(yīng)用. - 10 -3.

4、1 核輻射厚度計(jì) . - 10 -3.2 核輻射液位計(jì) . - 12 -3.3核輻射物位計(jì). - 13 -3.4 X熒光材料成分分析儀. - 14 -4.核輻射傳感器的發(fā)展前景. - 15 -5.放射性輻射的防護(hù). - 15 - 參考文獻(xiàn). - 17 -正文- 2 -核輻射傳感器1.核輻射核輻射,或通常稱之為放射性，它存在于所有的物質(zhì)之中，既包括我們所喝的水和呼吸的空氣之中。核輻射是原子核從一種結(jié)構(gòu)或一種能量狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)或另一種能量狀態(tài)過程中所釋放出來的微觀粒子流。1.1核輻射的定義各種物質(zhì)都是由一些最簡(jiǎn)單的物質(zhì)所組成的，人們把這些最簡(jiǎn)單的物質(zhì)稱為元素，如碳、氫和氧等,組成每種元素的最

5、基本單元就是原子。凡是在元素周期表中占同一位置，原子序相同而原子質(zhì)量不同的元素，這種元素稱為同位素。原子如果不是由于外來的原因，而是自發(fā)地發(fā)生原子核結(jié)構(gòu)的變化，則稱為核衰變，具有這種核衰變性質(zhì)的同位素叫做放射性同位素。在衰變中釋放出一種特殊的，帶有一定能量的粒子或射線，這種現(xiàn)象稱為核輻射或放射性。放射性同位素的核衰變是原子核的“本征”特性,實(shí)驗(yàn)表明，放射源的強(qiáng)度是隨著時(shí)間按指數(shù)定理而遞減的，放射源強(qiáng)度衰變的速度取決于放射放射性衰變常數(shù)，值越大則衰變?cè)娇欤矗篒=I0e-lt··········&

6、#183;···············(1-1)式中：I0 -開始時(shí)(t=0)的放射源強(qiáng)度；I -經(jīng)過時(shí)間t后的放射源強(qiáng)度； -放射性衰變常數(shù)；t -放射時(shí)間。1.2 輻射單位1.3 核輻射的種類及性質(zhì)根據(jù)核輻射性質(zhì)的不同，放射出的粒子或射線有射線、射線、射線、 - 3 -核輻射傳感器X射線等。1) 粒子一般具有410MeV能量。用粒子電離氣體比其他輻射強(qiáng)得多，因此在檢測(cè)中，輻射主要用于氣體分析，用來測(cè)量氣體壓力和流量等參數(shù)。2) 粒子實(shí)際上是

7、高速運(yùn)動(dòng)的電子，它在氣體中的射程可達(dá)20m。在自動(dòng)檢測(cè)儀表中，主要是根據(jù)粒子的輻射和吸收來測(cè)量材料的厚度，密度或重量；根據(jù)輻射的反應(yīng)和散射來測(cè)量覆蓋的厚度，利用粒子很大的電力能力來測(cè)量氣體流量。3) 射線是一種從原子核內(nèi)發(fā)射出來的電磁輻射，它在物質(zhì)中的穿透能力比較強(qiáng),在其氣體中的射程為數(shù)百納米,能穿過幾千米厚的固體物質(zhì)。 射線被廣泛應(yīng)用在各種檢測(cè)儀表中，特別是需要輻射和穿透力前的情況，如金屬探傷，側(cè)厚以及測(cè)量物體的密度等。4) X射線是由原子核外的內(nèi)層電子被激發(fā)而放出的電磁波能量。1.4 核輻射的危害當(dāng)人們暴露于核輻射環(huán)境下，可能會(huì)得輻射病。這種病是有癥狀的。幾小時(shí)內(nèi)你就會(huì)感到惡心嘔吐，隨后會(huì)

8、出現(xiàn)腹瀉、頭痛或發(fā)燒等癥狀。在最初的癥狀過去之后，可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)短暫的無癥狀期，但數(shù)周后就會(huì)出現(xiàn)新的、更嚴(yán)重的癥狀。在更高的輻射劑量下，這些癥狀可能出現(xiàn)的更快，也更明顯。同時(shí)，核輻射會(huì)對(duì)人體內(nèi)臟造成廣泛的，很多時(shí)候甚至是致命的傷害。暴露在核輻射中，一半的健康成年人無法承受4戈雷的輻射劑量。2.核輻射傳感器核輻射傳感器利用放射性同位素來進(jìn)行測(cè)量的傳感器，又稱放射性同位素傳感器。核輻射傳感器是基于被測(cè)物質(zhì)對(duì)射線的吸收、反散射或射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而進(jìn)行工作的。核輻射傳感器一般由放射源，探測(cè)器以及電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路組成，可以檢測(cè)厚度和物位等參數(shù)。放射源和探測(cè)器是核輻射傳感器的重要組成部分，放射源

9、由放射性同位素物質(zhì)組成。探測(cè)器即核輻射檢測(cè)器，它可以探測(cè)出射線的強(qiáng)弱及變化。隨著核輻射技術(shù)的發(fā)展,核輻射傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。2.1 核輻射放射源檢測(cè)技術(shù)常用四種核輻射源：, , 射線源和X射線管。2.1.1核輻射強(qiáng)度J單位時(shí)間內(nèi)在垂直于射線前進(jìn)方向的單位截面積上穿過的能量的大小，稱 - 4 -核輻射傳感器為核輻射強(qiáng)度J0。一個(gè)點(diǎn)源照射在面積為S的檢測(cè)器上，其輻射強(qiáng)度J0為KSJ0=A×C4pr0(2-1)r0-輻射源到檢測(cè)器之間的距離；A -源強(qiáng)度；C -在源強(qiáng)度為1居里時(shí),每秒放射出粒子數(shù)；K -次裂變放射出的射線數(shù)；S -檢測(cè)器的工作面積。如果知道粒子的能量,則輻射強(qiáng)度的計(jì)算

10、公式為 -13WM2J0=A×C×E´1.6´10 (2-2)E -粒子的能量MeV ()2.1.2 核輻射線與物質(zhì)的相互作用1) 電離作用: 帶電粒子和物質(zhì)相互作用的主要形式。射程: 帶電粒子在物質(zhì)中穿行時(shí)其能量逐漸耗盡而停止運(yùn)動(dòng),其穿行的一段距離(起點(diǎn)和終點(diǎn)的距離)叫離子的射程。射程是表示帶電粒子在物質(zhì)中被吸收的一個(gè)重要參數(shù)。1EfN=×C×A(2-3) 2DEE -帶電粒子的能量；E -離子對(duì)的能量；A -源強(qiáng)度；C -在源強(qiáng)度為1居里時(shí),每秒放射出的粒子數(shù)。2) 核輻射的吸收和散射一個(gè)細(xì)的平行的射線束穿過物質(zhì)層后其強(qiáng)度衰減經(jīng)驗(yàn)

11、公式：J=J0e-mmrx(2-4) J -穿過厚度為x mm 的物質(zhì)后輻射強(qiáng)度；J0-射入物質(zhì)前的輻射強(qiáng)度；x -吸收物質(zhì)的厚度；m-物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)； -物質(zhì)密度。射線的質(zhì)量吸收系數(shù)近似公示：- 5 -核輻射傳感器2.2m=3m EbmaxEmax -粒子的最大能量。 (2-5)3) 散射問題射線在物質(zhì)中穿行是容易改變運(yùn)動(dòng)方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象。尤其是向反方向的散射即反射。反射的大小取決于散射物質(zhì)的厚度和性質(zhì)的原子序數(shù)Z越大,則粒子的散射百分比也越大。發(fā)射的大小與反射板的厚度有關(guān)：JS=JSmax(1-e-mSX)(2-6)JS -反射板為x mm 時(shí),放射線被反射的強(qiáng)度；JSmax=f(Z

12、) -當(dāng)x趨于無窮大時(shí)的反射強(qiáng)度；(s)-取決于輻射能量的常屬。2.2 核輻射探測(cè)器探測(cè)器就是核輻射的接收器,它是核輻射傳感器的重要組成部分，是指能夠指示、記錄和測(cè)量核輻射的材料或裝置。其用途就是將核輻射信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào),從而探測(cè)出射線的強(qiáng)弱和變化。目前用于檢測(cè)儀表上的主要有電離室，閃爍計(jì)數(shù)器和蓋格計(jì)數(shù)等。2.2.1 電離室電離室是氣體探測(cè)器中原理最簡(jiǎn)單的。電離室的正常工作是利用電場(chǎng)收集在氣體中直接電離所產(chǎn)生的全部電荷。電離室由兩個(gè)基本電極組成，一個(gè)是高壓電極，另一個(gè)是收集電極，室內(nèi)充有高壓氣體氬氣，外面是一個(gè)密封外殼。氣體探測(cè)器的原理是，當(dāng)探測(cè)器受到射線照射時(shí)，射線與氣體中的分子作用，產(chǎn)生由

13、一個(gè)電子和一個(gè)正離子組成的離子對(duì)。這些離子向周圍區(qū)域自由擴(kuò)散。擴(kuò)散過程中，電子和正離子可以復(fù)合重新形成中性分子。但是，若在構(gòu)成氣體探測(cè)器的收集極和高壓極上加直流的極化電壓V，形成電場(chǎng)，那么電子和正離子就會(huì)分別被拉向正負(fù)兩極，并被收集。隨著極化電壓V逐漸增加，氣體探測(cè)器的工作狀態(tài)就會(huì)從復(fù)合區(qū)、飽和區(qū)、正比區(qū)、有限正比區(qū)、蓋革區(qū)(G - M區(qū))一直變化到連續(xù)放電區(qū)。- 6 -核輻射傳感器圖2.2 電離室示意圖圖2.2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E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)，空氣分子被電離成正、負(fù)離子。帶電離子在電場(chǎng)作用下形成電離電流，并在外

14、接電阻R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)、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。電離室的結(jié)構(gòu)有各種類型,現(xiàn)已圓筒形電離室為例來說明其結(jié)果,如圖2.3所示.收集極4絕緣必須好,如果絕緣不良,極微小的電離電流也會(huì)漏掉,就可能測(cè)不到信號(hào).在收集極4和高壓極5之間配有保護(hù)環(huán)2,保護(hù)環(huán)與收集極和高壓極之間是絕緣的,且保護(hù)環(huán)要接地,這是為了使高壓不致漏到收集極去干擾有用信號(hào)。- 7 -核輻射傳感器電離室除了空氣式外，還有密封充氣的,一般充氬等惰性氣體，氣壓可稍大與大氣壓，這有助于增大電流，同時(shí)密封可以維護(hù)內(nèi)部氣壓的恒定，減少受外界氣壓波動(dòng)而帶來的影響.

15、電離室的入射窗口通常用鋁箱或其他塑料薄膜，它的密度要盡可能小，以減少射線入射時(shí)在上面造成的能量損失，同時(shí)又要有足夠的強(qiáng)度，以承受內(nèi)部的氣壓。電離室的結(jié)構(gòu)必須非常牢固，尤其是電極結(jié)構(gòu)更要牢固,否則會(huì)由于周圍的振動(dòng)引起信號(hào)的波動(dòng)而無法測(cè)量。由于粒子、粒子和射線性質(zhì)各不相同,能量也不一樣，所以用來探測(cè)的電離室也互不相同,不能互相通用。2.2.2氣體放電計(jì)數(shù)管(蓋格計(jì)數(shù)管)蓋格計(jì)數(shù)管也是根據(jù)射線對(duì)氣體的電離作用而設(shè)計(jì)的輻射探測(cè)器.它與電離室不同的地方主要在于工作在氣體放電區(qū)域， 具有放大作用。其結(jié)構(gòu)如右圖所示.計(jì)數(shù)管以金屬圓筒為陰極，以筒中心的一根鎢絲或鉬絲為陽極， 筒和絲之間用絕緣體隔開。計(jì)數(shù)管內(nèi)充

16、有氬、氦等氣體。為了便于密封， 計(jì)數(shù)管常用玻璃作外殼， 而陰極用金屬或石墨涂覆于玻璃表面內(nèi)部或在外殼內(nèi)用金屬筒作陰極。在蓋格計(jì)數(shù)管中，陰極和陽極間施加比計(jì)數(shù)管高的電壓.X射線、射線、射線入射使產(chǎn)生比正比計(jì)數(shù)管激烈的氣體放大，原離子所在區(qū)域沿中央絲極傳播到整個(gè)計(jì)數(shù)管內(nèi)。由于電子漂移速度很快，很快地被收集， 于是在中央絲極周圍形成一層正離子，稱為正離子鞘。正離子鞘的形成使陽極附近的電場(chǎng)變?nèi)酰钡讲辉倌墚a(chǎn)生離子的增殖，此時(shí)原始電離的放大過程就停止了。放大過程停止后，在電場(chǎng)作用下，正離子鞘向陰極移動(dòng)，給出一個(gè)與正離子鞘的總電荷有關(guān)，而與原始電離無關(guān)的脈沖輸出.在第一次放大過程停止以及電壓脈沖出現(xiàn)后，

17、計(jì)數(shù)管并不回到原始的狀態(tài)。由于正離子鞘到達(dá)陰極時(shí)得到一定的動(dòng)能，所以正離子也能從陰極中打出次級(jí)電子。同時(shí)由于正離子鞘到達(dá)了陰極，中央陽極電場(chǎng)已恢復(fù)，因此這些次級(jí)電子又能引起新的離子增殖，像原先一樣再產(chǎn)生離子鞘，再產(chǎn)生電壓脈沖，造成所謂連續(xù)放電現(xiàn)象。 為了克服這個(gè)問題，必須采取特殊的方法使放電猝滅。 猝滅放電的方法有兩種：一種是采用猝滅電路，用來降低中央絲極的電壓，使其降低到發(fā)生碰撞電離所需電壓以下；另一種方法是在計(jì)數(shù)管中放入少量猝滅性氣體。這種自猝滅型計(jì)數(shù)管又可分為兩種：一種是充惰性氣體和少量酒精、乙醚或石油醚的蒸氣，稱為有機(jī)管；另一種是管內(nèi)- 8 -核輻射傳感器充惰性氣體和鹵素氣體， 稱為鹵

18、素管。蓋格計(jì)數(shù)管由于有氣體放大作用，所產(chǎn)生的電流比電離室的離子流大好幾千倍， 因此它不需要高電阻，其負(fù)載電阻一般不超過1，輸出的脈沖一般為幾伏到幾十伏.圖2.5為計(jì)數(shù)管的特性曲線，在一定的核輻射照射下， 當(dāng)增加二極間的電壓時(shí)，在一定范圍內(nèi)只能增加脈沖的幅度U，而計(jì)數(shù)率N只有微弱的增加。圖中ab段對(duì)應(yīng)的曲線稱為計(jì)數(shù)管的坪。J1、J2代表入射的核輻射強(qiáng)度，且J1>J2。由圖可知，在外電壓U相同的情況下，入射的核輻射強(qiáng)度越強(qiáng)， 蓋革-彌勒計(jì)數(shù)管內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)N越多。計(jì)數(shù)管所加電壓由所加氣體決定，鹵素計(jì)數(shù)管為280400 V，有機(jī)計(jì)數(shù)管為8001000 V。2.2.3 閃爍計(jì)數(shù)器物質(zhì)受放射線的作

19、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(cè),它由閃爍體,光電倍增管和輸出電器兩組成,如圖2.6所示。當(dāng)核輻射進(jìn)入閃爍晶體時(shí)，晶體原子受激發(fā)光，透過晶體射到光電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應(yīng)在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。由于發(fā)射的電子通過閃爍體時(shí),會(huì)有一部分被吸收和散射,因此要求閃爍體的發(fā)射光譜和吸收光譜的重合部分要盡量的小,裝置也要有利于光子的吸收。光陰極上射出電子的效率與入射光子的波長(zhǎng)有關(guān),所以必須選擇閃爍

20、體發(fā)光的光譜范圍,使其能夠很好地配合光陰極的光譜響應(yīng)。要是閃爍體發(fā)出的熒光盡可能地被收集到光陰極上,除對(duì)閃爍體本身的要求外,還要求個(gè)方向的光子通過有效的漫反射把光子集中到光陰極上,碘化鈉晶體除一面與光陰極接觸外,周圍全部用氧化鎂粉敷上一層。為了減少晶體和光陰極之間產(chǎn)生全反射,常用折射率較大的透明媒質(zhì)作為晶體與光電倍增管的接觸媒質(zhì)。為了更有效地將光導(dǎo)入光陰極,常在閃爍體和光陰極,常在閃爍體和光陰極之間接入一定形狀的光導(dǎo).常用的光導(dǎo)材料為有機(jī)玻璃等。2.2.4 正比計(jì)數(shù)管正比計(jì)數(shù)管的結(jié)構(gòu)如圖2.7所示.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)?、二氧化碳?氫氣、甲烷、丙

21、烷等氣體。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(chǎng)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(duì)； 此過程反復(fù)進(jìn)行而被放大，人們將此過程稱為氣體放大。放大作用僅限于芯線近旁， - 9 -核輻射傳感器所以可得到與放射線的入射區(qū)域無關(guān)的一定的放大倍數(shù),由于放大而產(chǎn)生的陽離子迅速離開氣體放大區(qū)域而產(chǎn)生輸出脈沖。輸出脈沖的大小正比于因放射線入射而產(chǎn)生電子、正離子對(duì)的數(shù)目，而電子、正離子對(duì)數(shù)正比于氣體吸收的放射線的能量,因此，正比計(jì)數(shù)管可以探測(cè)入射放射線的能量。正比計(jì)數(shù)管大多數(shù)是圓柱形或者球形、半球形。其陽極很細(xì)，陰極直徑較大，這主要是為了在外加電壓較

22、小的情況下， 使陽極附近仍能有很強(qiáng)的電場(chǎng)，以便有足夠大的氣體放大倍數(shù)。正比計(jì)數(shù)管可以在很寬的能量范圍內(nèi)測(cè)定入射粒子的能量， 能量分辨率相當(dāng)高，分辨時(shí)間很短，并且可作快速計(jì)數(shù)。2.3半導(dǎo)體探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器是近年來迅速發(fā)展起來的一種射線探測(cè)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。入射到半導(dǎo)體中的荷電粒子在此過程產(chǎn)生電子和空穴對(duì)。而X射線或射線由于光電效應(yīng)、 康普頓散射、 電子對(duì)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?hào)。就半導(dǎo)體而言，主要使用的是Si和Ge，對(duì)GaAs、

23、CdTe等材料也進(jìn)行了研究。目前, 開發(fā)的半導(dǎo)體傳感器有PN結(jié)型傳感器、 表面勢(shì)壘型傳感器、鋰漂移型傳感器、非晶硅傳感器等。3.核輻射傳感器的應(yīng)用核輻射傳感器是基于被測(cè)物質(zhì)對(duì)射線的吸收、反散射或射線對(duì)被測(cè)物質(zhì)的電離激發(fā)作用而進(jìn)行工作的。3.1 核輻射厚度計(jì)透射式厚度計(jì)如圖所示，它是利用射線穿透物質(zhì)的能力來制成的檢測(cè)儀表。它的特點(diǎn)是放射源和核輻射探測(cè)器分別置于被測(cè)物體的兩側(cè)，射線穿過被測(cè)物體后射入核輻射探測(cè)器。由于物質(zhì)的吸收，使得射入核輻射探測(cè)器的射線強(qiáng)度降低，降低的程度和物體的厚度等參數(shù)有關(guān)。如前所述，射到探測(cè)器的透射射線強(qiáng)度J和物體厚度t的關(guān)系為- 10 -核輻射傳感器J=J0et(3-1)

24、或 -mrJ0t=ln mrJ1(3-2)式中：-被測(cè)材料的密度；-被測(cè)材料對(duì)所用射線的質(zhì)量吸收系數(shù)；J0-沒有被測(cè)物體時(shí)射到探測(cè)器處的射線強(qiáng)度。對(duì)于一定的放射源和一定的材料就有一定的和，則測(cè)出J和J0即可計(jì)算確定該材料的厚度t。圖3.1所示為零位法的透射式厚度計(jì)。放射源的射線穿過被測(cè)物體射入測(cè)量電離室1，射線也穿過補(bǔ)償楔射入補(bǔ)償電離室2。這兩個(gè)電離室接成差式電路，流過電阻上的電流為兩個(gè)電離室的輸出電流之差。該電流差在電阻上產(chǎn)生的電壓降，使振蕩器振蕩，變?yōu)榻涣鬏敵?，在?jīng)放大后加在平衡電動(dòng)機(jī)上，使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)補(bǔ)償楔移動(dòng)，直到兩個(gè)電離室接受的射線強(qiáng)度相等，使電阻上電壓降等于零為止；根據(jù)補(bǔ)

25、償楔的移動(dòng)量可測(cè)知厚度。- 11 -核輻射傳感器還可以用散射法測(cè)量厚度。散射法指利用核輻射被物體后向散射的效應(yīng)制成的檢測(cè)儀器。其特點(diǎn)是放射源和核輻射探測(cè)器可置于被測(cè)物質(zhì)的同一側(cè)，射入的被測(cè)物質(zhì)中的射線，由于和被測(cè)物質(zhì)的相互作用，而使得其中的一部分射線反向折回，并進(jìn)入位于與放射源同側(cè)的核輻射探測(cè)器而被測(cè)量。后向散射測(cè)量厚度的示意圖如圖3.2所示。射線強(qiáng)度與散射體厚度之間的關(guān)系式J散=J飽和(1-e-krt)(3-3)式中：t和 -散射體的厚度和密度；J散和J飽和-厚度為t和厚度為“無限大”時(shí)的后向散射射線強(qiáng)度；K -與射線能量有關(guān)的系數(shù)。3.2 核輻射液位計(jì)液位信號(hào)器是對(duì)幾個(gè)固定位置的液位進(jìn)行測(cè)

26、量，用于液位的上、下限報(bào)警等。連續(xù)液位測(cè)量是對(duì)液位連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，它廣泛地應(yīng)用于石油、化工等諸多領(lǐng)域，具有非常重要的意義。輻射法測(cè)液位的原理：射線的穿透力強(qiáng)，射程遠(yuǎn)，故在核輻射液位測(cè)量中廣泛采用.實(shí)驗(yàn)證明，穿過物質(zhì)前后射線強(qiáng)度會(huì)發(fā)生變化。核輻射液位儀采用非接觸式安裝，如圖3.3所示。圖a采用點(diǎn)式放射源、探 - 12 -核輻射傳感器測(cè)器，測(cè)量范圍較?。粓Db采用點(diǎn)式放射源、線狀探測(cè)器，測(cè)量范圍較大；圖c采用線狀放射源、探測(cè)器，測(cè)量范圍最大。除射線外，中子射線也可用來測(cè)量液位。中子射線的穿透能力極強(qiáng)，比射線強(qiáng)10倍以上，可穿透壁厚達(dá)9英寸的鋼質(zhì)容器。射線液位儀安裝方便，測(cè)量精度能滿足大罐測(cè)量的需要，

27、有一定的應(yīng)用場(chǎng)合。圖3.3 核輻射液位儀的測(cè)量原理框圖3.3核輻射物位計(jì)以應(yīng)用射線檢測(cè)物位。測(cè)量物位的方法有很多，圖中給出了其中一些典型的應(yīng)用實(shí)例。如圖3.4是定點(diǎn)測(cè)量的方法。將射線源I0與探測(cè)器安裝在同一平面上，由于氣體對(duì)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(cè)器接收到的射線強(qiáng)度發(fā)生急劇變化?？梢姡@種方法不能進(jìn)行物位的連續(xù)測(cè)量。圖b是將射線源和探測(cè)器分別安裝在容器的下部和上部，射線穿過容器中的被測(cè)介質(zhì)和介質(zhì)上方的氣體后到達(dá)探測(cè)器。顯然，探測(cè)器接收到的射線強(qiáng)弱與物位的高度有關(guān)。這種方法可對(duì)物位進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，但是測(cè)量范圍比較窄(一般為300500 mm)，測(cè)量準(zhǔn)確度較

28、低。為了克服圖b存在的上述缺點(diǎn)，可采用線狀的射線源；如圖c；或采用線狀的探測(cè)器，如圖d雖然對(duì)射線源或探測(cè)器的要求提高了，但這兩種方法既可以適應(yīng)寬量程的需要，又可以改善線性特性。圖3.4 輻射式物位計(jì)的測(cè)量原理框圖- 13 -核輻射傳感器3.4 X熒光材料成分分析儀射到物質(zhì)上的核輻射所產(chǎn)生的次級(jí)輻射稱為次級(jí)熒光射線（如特征X射線），熒光射線的能譜和強(qiáng)度與物質(zhì)的成分、厚度及密度等有關(guān)。利用熒光效應(yīng)可以檢測(cè)覆蓋層厚度、物質(zhì)成分、 密度和固體顆粒的粒度等參數(shù)。 熒光式材料成分分析儀具有分析速度快，精度高，靈敏度高，應(yīng)用范圍廣，成本低，易于操作等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。能量色散X射線熒光成分分析儀是根據(jù)初級(jí)射線從樣品中激發(fā)出來的特征X射線熒光對(duì)材料成分進(jìn)行定性分析和定量分析的。即初級(jí)射線從樣品中激發(fā)出來的多種能量的各組成元素的特征X射線射入探測(cè)器，該探測(cè)器輸出一個(gè)和射入其中的X射線能量成正比