核輻射傳感及檢測(cè)

關(guān)于核輻射傳感及檢測(cè)第1頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三射線分為兩類：電磁輻射和粒子輻射。x

射線、γ射線屬于電磁輻射，電磁輻射沒(méi)有靜止質(zhì)量。電磁輻射與物質(zhì)的作用是光(量)子與物質(zhì)的相互作用。光子的能量ε＝hν光子不帶電荷，靜止質(zhì)量為0，在真空中沿直線以光速（c=2.998*108m.s-1）傳播。α粒子、β粒子、質(zhì)子、中子、電子等都屬于粒子輻射，粒子輻射都有靜止質(zhì)量。第2頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三射線的波長(zhǎng)短、頻率高，具有許多與可見(jiàn)光不同的性質(zhì)：

A不可見(jiàn)，依直線傳播

B不帶電荷，因此不受電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響

C能透過(guò)可見(jiàn)光不能透過(guò)的物質(zhì)

D與可見(jiàn)光同樣有反射、干涉、繞射、折射等現(xiàn)象，但這些現(xiàn)象又與可見(jiàn)光有區(qū)別，如x射線只有漫反射，不能產(chǎn)生如鏡面反射。第3頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

E使物質(zhì)產(chǎn)生光電子及返跳電子、以及引起散射現(xiàn)象

F被物質(zhì)吸收產(chǎn)生熱量

G使氣體電離

H使某些物質(zhì)起光化學(xué)作用，使照相膠片感光，又能使某些物質(zhì)發(fā)生熒光

I產(chǎn)生生物效應(yīng)、傷害及殺死有生命的細(xì)胞第4頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三10-2射線的種類

1)X射線與γ射線這是射線檢測(cè)中最常用的兩種射線，X射線是由人為的高速電子流撞擊金屬靶產(chǎn)生的。

γ射線是放射性物質(zhì)自發(fā)產(chǎn)生的，如鈷、鈾、鐳等，兩者產(chǎn)生的機(jī)理不同，但都是電磁波。第5頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(2)α射線與β射線放射性同位素產(chǎn)生α衰變和β衰變，放射α射線和β射線，α射線貫穿能力弱，但有很強(qiáng)的電離作用。β射線雖然穿透力強(qiáng)，但能量很小。一般并不直接用α射線和β射線進(jìn)行檢測(cè)，它們適用于特種場(chǎng)合。與X射線和γ射線不同，α射線和β射線不是電磁波，而是粒子輻射。第6頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(3)中子射線中子是呈電中性的微粒子流，不是電磁波，這種粒子流具有巨大的速度和貫穿能力。中子與X和γ射線有很大不同，在被穿透材料中的衰減主要取決于材料對(duì)中子的俘獲能力。對(duì)鉛來(lái)說(shuō)，X和γ射線穿透能量衰減很大，但俘獲中子的能力很小。對(duì)氫來(lái)說(shuō)正好相反。第7頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三5射線的獲得

(1)X射線的獲得

X射線是由一種特制的X射線管產(chǎn)生的，由陰極、陽(yáng)極和高真空的玻璃或陶瓷外殼組成，陰極是一加熱燈絲，用于發(fā)射電子，陽(yáng)極靶是由耐高溫的鎢制成。第8頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三工作時(shí)在兩極之間加有高電壓，從陰極燈絲發(fā)射的高速電子撞擊到陽(yáng)極靶上，其動(dòng)能消耗于陽(yáng)極材料原子的電離和激發(fā)，然后轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽糠蛛娮釉谠雍藞?chǎng)中受到急劇阻止，產(chǎn)生所謂韌致X射線，即連續(xù)X射線。為減少電子在飛往陽(yáng)極過(guò)程中與氣體粒子相碰撞損失動(dòng)能，射線管需抽成10-4～10-5Pa真空。電子流動(dòng)能的絕大部分(>97%)轉(zhuǎn)化為熱能，因此陽(yáng)極材料一般應(yīng)選用耐高溫材料并通以介質(zhì)加冷卻。動(dòng)能中僅一小部分(～3%)轉(zhuǎn)變?yōu)閄射線。第9頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三陰極發(fā)射電子的數(shù)量，決定了從陰極飛往陽(yáng)極電子流大小(管電流)，而X射線的穿透能力則決定于電子從陰極飛往陽(yáng)極的運(yùn)動(dòng)速度，與兩極之間電壓(管電壓)有關(guān)。管電壓愈高，所產(chǎn)生X射線的穿透能力愈大，波長(zhǎng)愈短。第10頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖中可見(jiàn)，只改變管電流時(shí)，X射線輻射強(qiáng)度只是在原有各波長(zhǎng)下相應(yīng)增加。只改變管電壓時(shí)、則除原來(lái)各波長(zhǎng)相應(yīng)增加輻射強(qiáng)度外，還出現(xiàn)了更短波長(zhǎng)的X射線。第11頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

X射線管單位時(shí)間內(nèi)所發(fā)出的連續(xù)X射線的全部能量的近似公式為式中η0-常數(shù)(×10-9)，I-管電流(A)，Z-陽(yáng)極靶原子序數(shù)(鎢Z=74)，U-管電壓(V)。

X射線管的轉(zhuǎn)換效率為其它轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿?2頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(dāng)U=100kV時(shí)η=0.7%200kV1.5%300kV2.2%400kV3%1MV7%5MV37%由此可見(jiàn)，提高管電壓可顯著提高轉(zhuǎn)換效率第13頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

(2)γ射線的獲得放射性同位素是一種不穩(wěn)定的同位素，處于激發(fā)態(tài)，原子核能級(jí)高于基級(jí)，向基緩轉(zhuǎn)變同時(shí)釋放出γ射線，其能量等于兩個(gè)能級(jí)間差。射線檢測(cè)中所用的γ射線源，是由核反應(yīng)制成的人工放射源，應(yīng)用較廣的γ射線源有鉆60、銥192、銫137、銩170等。第14頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

銫137因其放射性比活度低，又易造成環(huán)境污染，能量單一、不宜檢測(cè)厚薄不均勻工件等原因而日趨淘汰。鈷60的獲得，是將同位素鉆59，在原子反應(yīng)堆里的中子流沖擊下，激發(fā)形成不穩(wěn)定的同位素既鉆60，釋放γ射線以及少量α射線和β射線。第15頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三放射性同位素的原子核，在自發(fā)地放射出γ射線后能量逐漸減弱，這種現(xiàn)象叫做衰變。各種放射性同位素都有自己特定衰變速度，稱為衰變常數(shù)(λ)，它表示單位時(shí)間內(nèi)衰變核的數(shù)量與尚未衰變核的數(shù)量之比式中N-物質(zhì)在t時(shí)尚未衰變的原子數(shù)，N0-原有物質(zhì)原子數(shù)，e-自然對(duì)數(shù)底，λ-物質(zhì)衰變常數(shù)。第16頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三放射同位素原子數(shù)隨時(shí)間呈指數(shù)減少，放射性同位素以原有N0個(gè)原子因衰變而減少到N0/2個(gè)原子所需的時(shí)間，稱為半衰期(T)。以使用最廣的鈷60為例，其半衰期為5.3年第17頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三在單位時(shí)間內(nèi)衰變的原子核數(shù)量，稱為放射性活度，以α表示，單位為居里(Ci)

某種物質(zhì)每秒鐘有3.7×1010個(gè)原子衰變，則該物質(zhì)的放射性活度為1Ci(居里)

單位質(zhì)量放射性物質(zhì)的活度稱為比活度，單位為Ci/g(居里/克)第18頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

γ射線的強(qiáng)度可由測(cè)量?jī)x器引起的電離程度來(lái)決定，單位是R(倫琴)1R輻射強(qiáng)度，等于在0℃及105Pa壓力下，在1cm3空氣中電離引起離子絕對(duì)值總和為一個(gè)絕對(duì)靜電單位。第19頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(3)高能X射線的獲得普通X射線和γ射線檢測(cè)，由于其能量低、穿透能力差，檢測(cè)能力受到限制。超過(guò)100mm厚鋼板不能用一般X射線檢測(cè)，超過(guò)300mm厚鋼板很難用γ射線進(jìn)行檢測(cè)。此時(shí)可采用加速器產(chǎn)生的高能X射線檢測(cè)，例如對(duì)厚度達(dá)300～500mm的鋼板，采用高能X射線檢測(cè)可獲得滿意結(jié)果。第20頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三高能X射線是指能量超過(guò)1000kV的射線，這種高能X射線都由加速器產(chǎn)生。被加速粒子的能量在1000MeV以上是高能加速器，能量在100MeV以下是低能加速器，能量在100～1000MeV之間是中能加速器。按加速器種類可以分為電子加速器、質(zhì)子加速器、重離手加速器以及全離子加速器等。第21頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三射線檢測(cè)中應(yīng)用的加速器都是電子加速器，能量數(shù)兆電子伏到數(shù)十兆電子伏范圍內(nèi)，一般都在45MeV以下，即用低能電子加速器產(chǎn)生。檢測(cè)對(duì)加速器的要求是束流強(qiáng)度大、焦點(diǎn)尺寸小、體積小、重量輕、成本低、操作容易、維護(hù)簡(jiǎn)單等。適合工業(yè)無(wú)損檢測(cè)用加速器，主要有電子感應(yīng)加速器、電子直線加速器和電子回旋加速器。第22頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(4)中子射線的獲得中子射線檢測(cè)時(shí)常根據(jù)不同用途選用不同能量的中子，如冷中子、熱中子和快中子等。中子照相主要是用熱中子，中子源放射出來(lái)的快中子由于能量高，不適合照相，需經(jīng)慢化后變成低能熱中子，由準(zhǔn)直器引出。目前可供照相用的中子源有核反應(yīng)堆、加速器和放射性同位索，常用的為(锎Cf252)第23頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

(锎)Cf252中子源的半衰期2.65年，產(chǎn)額2.3×1012中子/s/g，目前價(jià)各還很貴。利用Cf252可做成可移動(dòng)式中子照相裝置。另一種可移動(dòng)中子裝置，核心是與密封管中子發(fā)生器組合在一起的慢化器，與Cf252中子源不同之處是可以關(guān)閉，不運(yùn)行時(shí)無(wú)需屏蔽。國(guó)外中子管的中子產(chǎn)額已達(dá)1012中子/s，完全可以滿足照相的要求。第24頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三從中子照相來(lái)說(shuō)，要求中子射線強(qiáng)度大、射線束質(zhì)量高、便宜、方便、操作靈活等。目前，強(qiáng)度大的源是核反應(yīng)堆，但它投資大、笨重、無(wú)法用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。而小型加速器、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強(qiáng)度總的來(lái)說(shuō)還不夠高。第25頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三10-3射線的衰減特性射線對(duì)物質(zhì)的作用理論上有12種效應(yīng)，其中主要的有4種：光電效應(yīng)、瑞利散射、康普頓效應(yīng)以及電子對(duì)生成。能量較小時(shí)、前兩種效應(yīng)比較重要，電子對(duì)生成效應(yīng)僅當(dāng)能量大于1MeV時(shí)才開(kāi)始顯著。第26頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三各種效應(yīng)隨物質(zhì)原子序數(shù)的不同而改變，原子序數(shù)低效應(yīng)弱，原子序數(shù)高效應(yīng)強(qiáng)。上述幾種效應(yīng)造成射線能量減弱，其原因是物質(zhì)對(duì)射線的吸收與散射。射線被吸收時(shí)其能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问剑鐭崮?，散射則使射線的傳播方向改變。第27頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(1)射線的吸收

A光電效應(yīng)

射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)，光子與原子相互作用，光子被吸收，原子中的電子被釋放出來(lái)，稱為光電子，即光電效應(yīng)。當(dāng)光子的能量處在γ射線的能量范圍時(shí)，光電效應(yīng)與原子序數(shù)的關(guān)系密切，原子序數(shù)愈高，光電效應(yīng)愈顯著，光電效應(yīng)與光子能量的3次方成反比，能量愈高，光電效應(yīng)愈弱。第28頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

例如能量為0.5MeV的γ射線通過(guò)鉛板時(shí)，因光電效應(yīng)的吸收十分顯著，當(dāng)為2MeV時(shí)則光電效應(yīng)很小。光電效應(yīng)可產(chǎn)生的特征X射線，稱為熒光X射線，產(chǎn)生熒光X射線的最佳條件是光子能量稍大于原手核外電子、如K層電子的結(jié)合能，能量太大就難以產(chǎn)生熒光X射線。第29頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三B電子對(duì)生成射線通過(guò)物質(zhì)時(shí)除產(chǎn)生光電效應(yīng)外，還有電子對(duì)生成。當(dāng)光子能量大于1.02MeV時(shí)產(chǎn)生電子對(duì)，產(chǎn)生電子對(duì)導(dǎo)致能量減弱的吸收系數(shù)與原子序數(shù)的平方成正比。光子能量小于1.02MeV時(shí)不產(chǎn)生電子對(duì)，因此電子對(duì)效應(yīng)主要發(fā)生在高能射線。第30頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三(2)射線的散射

A康普頓散射又稱非彈性散射和非干涉散射，一個(gè)光子和物質(zhì)中一個(gè)自由電子或束縛較弱的電子發(fā)生碰撞后，光子將一部分能量傳給電子，波長(zhǎng)變長(zhǎng)。電子即從原子空間中以與光子初始運(yùn)動(dòng)方向成φ角的方向射出。光子則朝著與自己初始方向成θ角的方向散射，這就稱為康普頓散射。

輕原子中的電子一般束縛較弱，重原子中的電子只有外層電子束縛較弱。因此，原子序數(shù)小的物質(zhì)，其康普頓散射較強(qiáng)，而原子序數(shù)大的物質(zhì)則相對(duì)較弱。第31頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三B湯姆遜散射湯姆遜散射即彈性散射、干涉散射，在美國(guó)又稱為瑞利散射。當(dāng)光子與原子中束縛很緊的電子碰撞時(shí)，光子將與整個(gè)原子之間交換能量，但原子的質(zhì)量比光子大得多。按照彈性力學(xué)理論，散射光的頻率不會(huì)顯著改變，其波長(zhǎng)與入射線相同，稱為彈性散射。湯姆遜散射幾率與原子序數(shù)成正比，與入射能量成反比。湯姆遜散射對(duì)原子序數(shù)高的物質(zhì)和能量低的光子來(lái)說(shuō)是最重要的，但它絕不會(huì)超過(guò)總衰減的20%，一般不大于1%第32頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三上述效應(yīng)隨光子能量的變化如圖所示，被作用物質(zhì)為鐵，能量0.01MeV時(shí)光電效應(yīng)占優(yōu)勢(shì)，隨光子能量增加，光電效應(yīng)逐步減少，而康普頓效應(yīng)逐漸加大。第33頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三光子能量0.1MeV左右時(shí)湯姆遜效應(yīng)最大，但其發(fā)生率不滿10%。1MeV左右、X射線衰減基本由康普頓效應(yīng)造成，此后電子對(duì)效應(yīng)逐步變大。第34頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

10MeV左右、電子對(duì)效應(yīng)與康普頓效應(yīng)作用程度相同。大于10MeV時(shí)、電子對(duì)效應(yīng)為主。第35頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖中可知，在射線能量較低范圍內(nèi)，散亂射線主要是由湯姆遜效應(yīng)產(chǎn)生，而在射線能量較高范圍內(nèi)，散亂射線主要由康普頓效應(yīng)產(chǎn)生。故對(duì)一般射線檢測(cè)，康普頓效應(yīng)是主要的。第36頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三康普頓散射系數(shù)與湯姆遜散射系數(shù)之和稱為散射系數(shù)σ，總的衰減系數(shù)μ為散射系數(shù)與吸收系數(shù)(τ)之和。線衰減系數(shù)不是常數(shù)，與射線能量有關(guān)。同時(shí)也與物質(zhì)質(zhì)量成正比，質(zhì)量衰減系數(shù)為第37頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(dāng)一束平行的強(qiáng)度為I0的單色射線，透過(guò)厚度為d的一層均勻物質(zhì)時(shí)，射線強(qiáng)度的衰減將遵循以下規(guī)律由于散射線的存在，透過(guò)厚度為d物質(zhì)時(shí)，除透射線外，還要加上物體內(nèi)部散射線強(qiáng)度。第38頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三因此，其衰減規(guī)律如下式所示式中n為散射比，它是射線透過(guò)工件后散射線劑量與透射線劑量之比。影響散射比的因素有焦距、照射場(chǎng)大小、射線性質(zhì)和工件厚度等。第39頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三例如，X射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.09T(T<25mm)

對(duì)鋁n≈0.035T(T<50mm)Irl92-γ射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.075T(T≤70mm)Co60-γ射線照相時(shí)對(duì)鋼n≈0.047T(T≤160mm)第40頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三有時(shí)需要直觀地表示射線的穿透力，通常用半值厚度d1/2(或半衰減層)來(lái)表示射線強(qiáng)度衰減一半的物質(zhì)厚度。

因此第41頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三一定波長(zhǎng)的射線，對(duì)一定物質(zhì)具有恒定的半值層，如Co60-γ射線在鐵中的半值層為17.5mm

因此一次射線通過(guò)17.5mm層后強(qiáng)度減一半

第2個(gè)17.5mm層后即余下最初強(qiáng)度的25%第42頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三光子能量100～400keV的X射線，在鋁、鐵、銅中的半值層如表3-2所示。第43頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三不同波長(zhǎng)的射線具有不同的衰減系數(shù)，這對(duì)檢測(cè)來(lái)說(shuō)使問(wèn)題復(fù)雜化，因此需使連續(xù)X射線的波長(zhǎng)均勻化。就是使X射線經(jīng)過(guò)一定厚度的物質(zhì)、把波長(zhǎng)較長(zhǎng)的部分吸收掉，剩下的就是波長(zhǎng)較短且很接近的X射線，可以認(rèn)為具有相同的吸收系數(shù)。另外，γ射線差不多都接近于單色，即有一恒定的衰減系數(shù)。第44頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三當(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。

α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(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)較短。

β粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的α粒子要弱，由于β粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。2)電離作用γ粒子幾乎沒(méi)有直接的電離作用。第45頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三式中：E—帶電粒子的能量；

Ed—離子對(duì)的能量；

J

—輻射源的強(qiáng)度；

C—輻射源強(qiáng)度為1Ci時(shí)，每秒放射出的粒子數(shù)。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)形成的頻率可出下式表示：第46頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三核輻射與物質(zhì)的相互作用是核輻射傳感器檢測(cè)物理量的基礎(chǔ)。利用電離、吸收和反射作用以及α、β、γ和X射線的特性可以檢測(cè)多種物理量。常用電離室、氣體放電計(jì)數(shù)管、閃爍計(jì)數(shù)器和半導(dǎo)體檢測(cè)核輻射強(qiáng)度，分析氣體，鑒別各種粒子等。1）電離室利用電離室測(cè)量核輻射強(qiáng)度的示意圖見(jiàn)下圖。在電離空兩側(cè)的互相絕緣的電極上，施加極化電壓，使兩極板間形成電場(chǎng)。在射線作用下，兩極板間的氣體被電離，形成正離子和電子，帶電粒子在電場(chǎng)作用下定向運(yùn)動(dòng)形成電流I，在外接電

10-4、核輻射傳感器第47頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三太一樣,由于γ射線不直接產(chǎn)生電離,因而只能利用它的反射電子和增加室內(nèi)氣壓來(lái)提高γ光子與物質(zhì)作用的有效性，因此，γ射線的電離室必須密閉。阻上便形成壓降。電流I與氣體電離程度成正比，電離程度又正比于射線輻射強(qiáng)度，因此，測(cè)量電阻R上的電壓值就可得到核輻射強(qiáng)度。電離室主要用于探測(cè)α、β粒子。電離室的窗口直徑約100mm左右,不必太大。γ射線的電離室同α、β的電離室不第48頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三2）蓋格計(jì)數(shù)管蓋革計(jì)數(shù)器是根據(jù)射線對(duì)氣體的電離性質(zhì)設(shè)計(jì)成的。其探測(cè)器（稱“蓋革管”）的通常結(jié)構(gòu)是在一根兩端用絕緣物質(zhì)密閉的金屬管內(nèi)充入稀薄氣體（通常是摻加了鹵素的稀有氣體，如氦、氖、氬等），在沿管的軸線上安裝有一根金屬絲電極，并在金屬管壁和金屬絲電極之間加上略低于管內(nèi)氣體擊穿電壓的電壓。第49頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三這樣，在通常狀態(tài)下，管內(nèi)氣體不放電；而當(dāng)有高速粒子射入管內(nèi)時(shí)，粒子的能量使管內(nèi)氣體電離導(dǎo)電，在絲極與管壁之間產(chǎn)生迅速的氣體放電現(xiàn)象，從而輸出一個(gè)脈沖電流信號(hào)。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇加在絲極與管壁之間的電壓，就可以對(duì)被探測(cè)粒子的最低能量，從而對(duì)其種類加以甄選。蓋革計(jì)數(shù)器也可以用于探測(cè)γ射線，但由于蓋革管中的氣體密度通常較小，高能γ射線往往在未被探測(cè)到時(shí)就已經(jīng)射出了蓋革管，因此其對(duì)高能γ射線的探測(cè)靈敏度較低。在這種情況下，碘化鈉閃爍計(jì)數(shù)器則有更好的表現(xiàn)。第50頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三歷史蓋革計(jì)數(shù)器最初是在1908年由德國(guó)物理學(xué)家漢斯·蓋革和著名的英國(guó)物理學(xué)家盧瑟福在α粒子散射實(shí)驗(yàn)中，為了探測(cè)α粒子而設(shè)計(jì)的。后來(lái)在1928年，蓋革又和他的學(xué)生米勒（WaltherMüller）對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)[1]，使其可以用于探測(cè)所有的電離輻射。1947年，美國(guó)人SidneyH.Liebson在其博士學(xué)位研究中又對(duì)蓋革計(jì)數(shù)器做了進(jìn)一步的改進(jìn)，使得蓋革管使用較低的工作電壓，并且顯著延長(zhǎng)了其使用壽命。這種改進(jìn)也被稱為“鹵素計(jì)數(shù)器”。蓋革計(jì)數(shù)器因?yàn)槠湓靸r(jià)低廉、使用方便、探測(cè)范圍廣泛，至今仍然被普遍地使用于核物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、粒子物理學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域。

第51頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三蓋格計(jì)數(shù)管的特性曲線如下圖所示。J1、J2代表入射的核輻射強(qiáng)度，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)，蓋格計(jì)數(shù)管內(nèi)嚴(yán)生的脈沖N越多。蓋格計(jì)數(shù)管常用于探測(cè)α射線和β粒子的輻射量(強(qiáng)度)。

第52頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三閃爍計(jì)數(shù)管由閃爍晶體(受激發(fā)光物體，常有氣體、液體和固體三種，分為有機(jī)和無(wú)機(jī)兩類)和光電倍增管組成，如下圖所示。當(dāng)輻射照射到閃爍晶體上，便激發(fā)出微弱的閃光，閃光射到光電倍增管上（由于閃光很微弱，必須使用光電倍增管才會(huì)有光電流輸出），就會(huì)在其陽(yáng)極形成脈沖電流，從而得到與核輻射有關(guān)的電信號(hào)。

3）閃爍計(jì)數(shù)管第53頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三核輻射傳感器除了用于核輻射的測(cè)量外，也能用于氣體分析、流量、物位、重量、溫度、探傷以及醫(yī)學(xué)等方面。

1．核輻射流量計(jì)核輻射流量計(jì)可以檢測(cè)氣體和液體在管道中的流量，其工作原理如下圖所示。若測(cè)量氣體的流量，在氣流管壁上裝有如圖所示的兩個(gè)活動(dòng)電極，其一的內(nèi)側(cè)面涂覆有放射性物質(zhì)構(gòu)成的電離室。當(dāng)氣體流經(jīng)兩電極間時(shí)，由于核輻射使被測(cè)氣體電離，產(chǎn)生電離電流；電離子一部分被流動(dòng)的氣體帶出電離室，電離電流減小。10-5核輻射傳感的應(yīng)用舉例第54頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三隨著氣流速度的增加，帶出電離室的離子數(shù)增加，電離電流也隨之減小。當(dāng)外加電場(chǎng)—定，輻射強(qiáng)度恒定時(shí)，離子遷移率基本是固定的，因此，可以比較準(zhǔn)確地測(cè)出氣體流量。若在流動(dòng)的液體中，摻入少量放射性物質(zhì)，也可以運(yùn)用放射性同位素跟蹤法求取液體流量。

第55頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三核輻射測(cè)厚儀是利用射線的散射與物體厚度的關(guān)系來(lái)測(cè)量物體厚度的。圖是利用差動(dòng)和平衡變換原理測(cè)量鍍錫鋼帶鍍錫層的厚度測(cè)量?jī)x。1-錫層2放射源3、4-電離室5-擋板6-電機(jī)7-滾子8-輔助放射源9-鋼帶2．核輻射測(cè)厚儀第56頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖中3、4為兩個(gè)電離室、電離室外殼加上極性相反的電壓，形成相反的柵極電流使電阻R上的壓降正比于兩電離室輻射強(qiáng)度的差值。電離室3的輻射強(qiáng)度取決于輻射源2的放射線經(jīng)鍍錫鋼帶鍍錫層后的反向散射，電離室4的輻射強(qiáng)度取決于8的輻射線經(jīng)擋板5位置的調(diào)制程度。利用R上的電壓，經(jīng)過(guò)放大后，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、以此帶動(dòng)擋板5位移，使電極電流相等。用檢測(cè)儀表測(cè)出擋板的位移量，即可測(cè)量鍍錫層的厚度。

第57頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三4,多相流檢測(cè)第58頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三第59頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三241Am的

γ

射線（能量為59.5keV）照射銀片可激發(fā)出22keV的X射線和50keV左右的γ射線,如圖示。第60頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

5,x射線層析成像（CT）原理

CT的完整拼寫是：ComputerizedTomography。依據(jù)的是雷當(dāng)(Radon)變換吸收率分布第61頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三6射線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)當(dāng)前工業(yè)用X射線檢測(cè)主要是照相法，照相法比較成熟，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢。為了進(jìn)一步提高檢測(cè)效率，滿足工業(yè)生產(chǎn)中大批量產(chǎn)品的質(zhì)量檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化流水作業(yè)，有必要發(fā)展X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。工業(yè)X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)，是通過(guò)熒光屏把它轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光圖象，但熒光屏上可見(jiàn)光圖象亮度很低，必須經(jīng)過(guò)圖象增強(qiáng)器后進(jìn)行攝象。第62頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三工業(yè)X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)裝置主要由4部分，X射線源、圖象增強(qiáng)器、電視攝象機(jī)和接收機(jī)第63頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖象增強(qiáng)器將輸入的X射線圖象轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光熒光圖象，并使其亮度增強(qiáng)1萬(wàn)倍以上。圖象經(jīng)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，被攝象機(jī)錄影后顯示在顯象監(jiān)視器上。第64頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三配用X射線實(shí)時(shí)檢測(cè)X射線機(jī)要求焦點(diǎn)小、軟X射線少(設(shè)鈹窗口)，以便大大提高圖象的清晰度和分辨能力。另一個(gè)提高檢測(cè)靈敏度的措施是提高圖象的放大率，當(dāng)然前提是射線源的焦點(diǎn)要小。第65頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三中子射線檢測(cè)中子射線檢測(cè)是國(guó)外70年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，是X射線檢測(cè)和γ射線檢測(cè)的一種補(bǔ)充，具有下列特點(diǎn)

A)對(duì)于高原子序數(shù)的材料比X射線和γ射線的穿透能力大

B)對(duì)于相鄰原子序數(shù)的材料比X射線和γ射線的分辨能力強(qiáng)第66頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

C)一些輕材料和某些特定材料對(duì)中子的吸收能力比重元素大

D)對(duì)某些元素的同位素敏感

E)可以在強(qiáng)的輻射場(chǎng)(X射線，γ射線)中工作第67頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三

X射線和γ射線的質(zhì)量吸收系數(shù)隨原子序數(shù)增加而增加，而中子質(zhì)量吸收系數(shù)則復(fù)雜，通常是隨原子序數(shù)增加而減少?？梢岳弥凶诱障鄟?lái)解決X射線和γ射線難以解決的一些問(wèn)題，互相配合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短。第68頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三中子照相有以下兩種方法

A)直接曝光法

轉(zhuǎn)換屏材料可為鋰、硼、鎘、釓等，最常用的是釓。在中子射線的照射下，放出瞬間低能粒子使膠片感光。這種方法速度快、分辨力好。第69頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三B)間接曝光法轉(zhuǎn)換材料采用銦、鏑、銀等，應(yīng)用最多的是銦和鏑。在中子照射下，屏上形成有一定壽命的放射核存在潛像，被照后屏的兩邊夾上膠片，在暗盒里使膠片感光。該方法，當(dāng)被照物有強(qiáng)的放射性或中子束中有很強(qiáng)的γ射線時(shí)很適用。第70頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三中子射線檢測(cè)的局限性主要在于射線源。從中子照相來(lái)說(shuō)，要求中子射線強(qiáng)度大、射線束質(zhì)量高、便宜，方便、操作靈活等。但從目前的射線源來(lái)看，射線強(qiáng)度大的源是反應(yīng)堆，它投資大、笨重、無(wú)法用于現(xiàn)場(chǎng)。而小型加速器、中子管、同位素中子源等雖然靈巧、方便，但強(qiáng)度不夠高。第71頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三10-5工業(yè)射線CT技術(shù)射線檢測(cè)的一個(gè)重要發(fā)展方向是CT，這是因?yàn)樯渚€照相一般僅能提供定性信息，不能實(shí)用于測(cè)定結(jié)構(gòu)尺寸、缺陷方向和大小。

CT技術(shù)比射線照相法能更快、更精確地檢測(cè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，消除了照相法可能導(dǎo)致的檢查失真，并大大提高分辨力。第72頁(yè)，講稿共82頁(yè)，2023年5月2日，星期三射線CT裝置結(jié)構(gòu)主要由射線源和接收檢測(cè)器兩大部分組成，如圖所示。第