《傳感器部分》課件

第9章核輻射傳感器9.1核輻射的基本特性9.2核輻射傳感器9.3核輻射傳感器的應(yīng)用舉例9.4放射性輻射的防護(hù)本章要點(diǎn)下頁返回圖庫第9章核輻射傳感器9.1核輻射的基本特性下頁返回圖庫19.1核輻射的基本特性下頁上頁返回9.1.1核輻射的特性9.1.2測量中常用的同位素圖庫9.1核輻射的基本特性下頁上頁返回9.1.1核輻射的特性圖29.1.1核輻射的特性下頁上頁返回α射線,帶正電荷的高速粒子流;β射線,帶負(fù)電荷的高速粒子流—電子流;γ射線,一種光子流，不帶電，以光速運(yùn)動，由原子核內(nèi)放射出;X射線,由原子核外的內(nèi)層電子被激發(fā)而放出的電磁波能量;測量技術(shù)常用四種核輻射源:α、β、γ射線源和X射線管。圖庫9.1.1核輻射的特性下頁上頁返回α射線,帶正電荷的高速粒子3下頁上頁輻射源的特性1．源強(qiáng)度A它用單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的裂變數(shù)來表示，用居里作為強(qiáng)度單位。1居里對應(yīng)于每秒鐘內(nèi)有3.700×1010個(gè)原子核衰變。每秒鐘產(chǎn)生3×1010次核衰變的放射性物質(zhì)，稱其源強(qiáng)度A為1居里。居里的單位太大，也常用毫居或微居里來表示。9.1.1核輻射的特性返回圖庫下頁上頁輻射源的特性9.1.1核輻射的特性返回圖庫4下頁上頁輻射源的特性2．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，稱為核輻射強(qiáng)度J0一個(gè)點(diǎn)源照射在面積為S的檢測器上，其輻射強(qiáng)度J0為

9.1.1核輻射的特性r0--輻射源到檢測器之間的距離；A--源強(qiáng)度；C--在源強(qiáng)度為1居里時(shí)，每秒放射出的粒子數(shù)；K--次裂變放射出的射線數(shù)；S--檢測器的工作面積。如果知道粒子的能量，則輻射強(qiáng)度的計(jì)算公式為

J0=A﹡C﹡E×1.6×10-13(W/m2)

E--粒子的能量(MeV)返回圖庫下頁上頁輻射源的特性9.1.1核輻射的特性r0--輻5下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用1．電離作用：帶電粒子和物質(zhì)互相作用的主要形式。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，其穿行的一段直線距離(起點(diǎn)和終點(diǎn)的距離)叫粒子的射程。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)。α粒子質(zhì)量大，電荷也大，因而在物質(zhì)中引起很強(qiáng)的電離，射程很短。一般α粒子在空氣中的射程不過幾厘米。在固體中不超過幾十微米。β粒子質(zhì)量小，其電離能力比同樣能量的α粒子要弱，同時(shí)容易改變運(yùn)動方向而產(chǎn)生散射。實(shí)際上，β粒子穿行的路程是彎彎曲曲的。γ光子電離的能力就更小了9.1.1核輻射的特性E--帶電粒子的能量；ΔE--離子對的能量；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)。返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性E-6下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用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)公式：9.1.1核輻射的特性J--穿過厚度為xmm的物質(zhì)后的輻射強(qiáng)度；J0--射入物質(zhì)前的輻射強(qiáng)度；x--吸收物質(zhì)的厚度；μm--物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)；ρ--物質(zhì)的密度。Eβmax--β粒子的最大能量。β射線的質(zhì)量吸收系數(shù)近似公式：返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性J--7下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用3.散射問題β射線在物質(zhì)中穿行時(shí)容易改變運(yùn)動方向面產(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)散射物質(zhì)的原子序數(shù)Z越大，則β粒子的散射百分比也越大。反射的大小與反射板的厚度有關(guān)：9.1.1核輻射的特性Js--反射板為xmm時(shí)，放射線被反射的強(qiáng)度；Jsmax=f(Z)--當(dāng)x趨于無窮大時(shí)的反射強(qiáng)度μ(s)--取決于輻射能量的常數(shù)圖9-1物質(zhì)的散射返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性Js-8圖9-1物質(zhì)的散射圖退出圖9-1物質(zhì)的散射圖退出9下頁上頁具有相同核電荷數(shù)，而有不同質(zhì)量數(shù)的原子所構(gòu)成的元素稱為同位素。假如某種同位素的原子核在沒有任何外因作用下自動變化，衰變中將放射出射線，這種變化稱為放射性衰變，這種同位素稱為放射性同位素。9.1.2測量中常用的同位素返回圖庫下頁上頁具有相同核電荷數(shù)，而有不109.2核輻射傳感器下頁上頁電離室氣體放電計(jì)數(shù)管核輻射傳感器的工作原理是基于射線通過物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電離作用，或利用射線能使某些物質(zhì)產(chǎn)生熒光，再配以光電元件，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴？勺鰹楹溯椛鋫鞲衅鞯挠校弘婋x室和比例計(jì)數(shù)器；氣體放電計(jì)數(shù)器；閃爍計(jì)數(shù)器；半導(dǎo)體檢測器。返回圖庫9.2核輻射傳感器下頁上頁電離室核輻119.2.1電離室下頁上頁返回圖9-2電離曲線圖9-3α輻射的測量圖9-4射線多極電離室圖9-5壓入式電離室9.2.2氣體放電計(jì)數(shù)器圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖庫9.2.1電離室下頁上頁返回圖9-2電離曲線9.2.212圖9-2電離曲線退出圖9-2電離曲線退出13圖9-3α輻射的測量退出圖9-3α輻射的測量退出14圖9-4B射線多極電離室退出圖9-4B射線多極電離室退出15圖9-5壓入式r電離室退出圖9-5壓入式r電離室退出16圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖退出圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖退出179.3核輻射傳感器的應(yīng)用舉例下頁上頁

核輻射傳感器用來檢測厚度、液位、物位、轉(zhuǎn)速、材料密度、重量，氣體壓力、流速、溫度及濕度等參數(shù)，也可用于金屬材料探傷。返回圖庫9.3核輻射傳感器的應(yīng)用舉例下頁上頁核189-7核輻射厚度計(jì)原理方框圖退出9-7核輻射厚度計(jì)原理方框圖退出19退出圖9-8核輻射液位計(jì)原理框圖這是一種基于物質(zhì)對射線的吸收程度的變化而對液位進(jìn)行測量的物位計(jì)。當(dāng)液面變化時(shí)，液體對射線的吸收也改變，從而就可以用探測器的輸出信號大小來表達(dá)液位的高低退出圖9-820下頁上頁

放射性輻射過度地照射人體，能夠引起多種放射性疾病，如皮炎、白血球減小癥等，輻射的危害還可能污染周圍環(huán)境。目前防護(hù)工作已逐步完善，很多問題的研究已形成專門的學(xué)科，如輻射醫(yī)學(xué)、劑量學(xué)、防護(hù)學(xué)等。實(shí)際工作中要采取多種方式來減少射線的照射強(qiáng)度和照射時(shí)間，如采用屏蔽層，利用輔助工具，或是增加與輻射源的距離等各種措施。9.4放射性輻射的防護(hù)返回圖庫下頁上頁放射性輻射過度地照射人21第9章本章要點(diǎn)核輻射的基本特征核輻射傳感器的應(yīng)用舉例放射性輻射的防護(hù)結(jié)束上頁返回圖庫第9章本章要點(diǎn)核輻射的基本特征結(jié)束上頁返回圖庫22第9章核輻射傳感器9.1核輻射的基本特性9.2核輻射傳感器9.3核輻射傳感器的應(yīng)用舉例9.4放射性輻射的防護(hù)本章要點(diǎn)下頁返回圖庫第9章核輻射傳感器9.1核輻射的基本特性下頁返回圖庫239.1核輻射的基本特性下頁上頁返回9.1.1核輻射的特性9.1.2測量中常用的同位素圖庫9.1核輻射的基本特性下頁上頁返回9.1.1核輻射的特性圖249.1.1核輻射的特性下頁上頁返回α射線,帶正電荷的高速粒子流;β射線,帶負(fù)電荷的高速粒子流—電子流;γ射線,一種光子流，不帶電，以光速運(yùn)動，由原子核內(nèi)放射出;X射線,由原子核外的內(nèi)層電子被激發(fā)而放出的電磁波能量;測量技術(shù)常用四種核輻射源:α、β、γ射線源和X射線管。圖庫9.1.1核輻射的特性下頁上頁返回α射線,帶正電荷的高速粒子25下頁上頁輻射源的特性1．源強(qiáng)度A它用單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的裂變數(shù)來表示，用居里作為強(qiáng)度單位。1居里對應(yīng)于每秒鐘內(nèi)有3.700×1010個(gè)原子核衰變。每秒鐘產(chǎn)生3×1010次核衰變的放射性物質(zhì)，稱其源強(qiáng)度A為1居里。居里的單位太大，也常用毫居或微居里來表示。9.1.1核輻射的特性返回圖庫下頁上頁輻射源的特性9.1.1核輻射的特性返回圖庫26下頁上頁輻射源的特性2．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，稱為核輻射強(qiáng)度J0一個(gè)點(diǎn)源照射在面積為S的檢測器上，其輻射強(qiáng)度J0為

9.1.1核輻射的特性r0--輻射源到檢測器之間的距離；A--源強(qiáng)度；C--在源強(qiáng)度為1居里時(shí)，每秒放射出的粒子數(shù)；K--次裂變放射出的射線數(shù)；S--檢測器的工作面積。如果知道粒子的能量，則輻射強(qiáng)度的計(jì)算公式為

J0=A﹡C﹡E×1.6×10-13(W/m2)

E--粒子的能量(MeV)返回圖庫下頁上頁輻射源的特性9.1.1核輻射的特性r0--輻27下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用1．電離作用：帶電粒子和物質(zhì)互相作用的主要形式。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，其穿行的一段直線距離(起點(diǎn)和終點(diǎn)的距離)叫粒子的射程。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)。α粒子質(zhì)量大，電荷也大，因而在物質(zhì)中引起很強(qiáng)的電離，射程很短。一般α粒子在空氣中的射程不過幾厘米。在固體中不超過幾十微米。β粒子質(zhì)量小，其電離能力比同樣能量的α粒子要弱，同時(shí)容易改變運(yùn)動方向而產(chǎn)生散射。實(shí)際上，β粒子穿行的路程是彎彎曲曲的。γ光子電離的能力就更小了9.1.1核輻射的特性E--帶電粒子的能量；ΔE--離子對的能量；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)。返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性E-28下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用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)公式：9.1.1核輻射的特性J--穿過厚度為xmm的物質(zhì)后的輻射強(qiáng)度；J0--射入物質(zhì)前的輻射強(qiáng)度；x--吸收物質(zhì)的厚度；μm--物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)；ρ--物質(zhì)的密度。Eβmax--β粒子的最大能量。β射線的質(zhì)量吸收系數(shù)近似公式：返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性J--29下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用3.散射問題β射線在物質(zhì)中穿行時(shí)容易改變運(yùn)動方向面產(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)散射物質(zhì)的原子序數(shù)Z越大，則β粒子的散射百分比也越大。反射的大小與反射板的厚度有關(guān)：9.1.1核輻射的特性Js--反射板為xmm時(shí)，放射線被反射的強(qiáng)度；Jsmax=f(Z)--當(dāng)x趨于無窮大時(shí)的反射強(qiáng)度μ(s)--取決于輻射能量的常數(shù)圖9-1物質(zhì)的散射返回圖庫下頁上頁核輻射線與物質(zhì)的相互作用9.1.1核輻射的特性Js-30圖9-1物質(zhì)的散射圖退出圖9-1物質(zhì)的散射圖退出31下頁上頁具有相同核電荷數(shù)，而有不同質(zhì)量數(shù)的原子所構(gòu)成的元素稱為同位素。假如某種同位素的原子核在沒有任何外因作用下自動變化，衰變中將放射出射線，這種變化稱為放射性衰變，這種同位素稱為放射性同位素。9.1.2測量中常用的同位素返回圖庫下頁上頁具有相同核電荷數(shù)，而有不329.2核輻射傳感器下頁上頁電離室氣體放電計(jì)數(shù)管核輻射傳感器的工作原理是基于射線通過物質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電離作用，或利用射線能使某些物質(zhì)產(chǎn)生熒光，再配以光電元件，將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枴？勺鰹楹溯椛鋫鞲衅鞯挠校弘婋x室和比例計(jì)數(shù)器；氣體放電計(jì)數(shù)器；閃爍計(jì)數(shù)器；半導(dǎo)體檢測器。返回圖庫9.2核輻射傳感器下頁上頁電離室核輻339.2.1電離室下頁上頁返回圖9-2電離曲線圖9-3α輻射的測量圖9-4射線多極電離室圖9-5壓入式電離室9.2.2氣體放電計(jì)數(shù)器圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖庫9.2.1電離室下頁上頁返回圖9-2電離曲線9.2.234圖9-2電離曲線退出圖9-2電離曲線退出35圖9-3α輻射的測量退出圖9-3α輻射的測量退出36圖9-4B射線多極電離室退出圖9-4B射線多極電離室退出37圖9-5壓入式r電離室退出圖9-5壓入式r電離室退出38圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖退出圖9-6氣體放電計(jì)數(shù)器圖退出399.3核輻射傳感器的應(yīng)用舉例下頁上頁