核技術(shù)及其在鋼鐵工業(yè)的應(yīng)用

2006年冬于寶鋼1231964年10月14日9時我國第一顆原子彈首爆成功時產(chǎn)生的蘑菇云41個235U原子裂變釋放的能量：200MeV1g235U原子裂變釋放的能量：8.2×1010J〔2.58t優(yōu)質(zhì)煤或20tTNT〕5678910寶鋼CM08熱鍍鋅機(jī)組鍍層測厚測量系統(tǒng)11121314核醫(yī)學(xué)核農(nóng)學(xué)核分析(工業(yè))核檢測輻射加工食品、衛(wèi)生其它1516

171819將可探測的放射性核素添入化學(xué)、生物或物理系統(tǒng)中，從而追蹤化學(xué)、生物或物理發(fā)生的過程、運(yùn)行狀況或研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)等?；瘜W(xué)反響過程；動態(tài)、定量地研究生命現(xiàn)象；免疫化學(xué)、疾病的診斷；工程問題；地質(zhì)科學(xué)，等等。2021133Xe-地下管道檢漏2223世界上第一張X光照片醫(yī)學(xué)CT(MCT)X射線斷層掃描(XCT)

核磁共振CT(NMR-CT)

正電子發(fā)射CT(PET)

同位素單光子發(fā)射CT(SPECT)

康普頓散射CT(CST)

穆斯堡爾效應(yīng)CT工業(yè)CT(ICT)X射線CT

伽瑪射線CT24核素掃描機(jī)25相機(jī)26CT/PET27CT的根本原理28ICT的應(yīng)用無損檢測質(zhì)量控制、物件的組成、結(jié)構(gòu)、材料等精密器件的內(nèi)部探傷平安檢測集裝箱平安檢測航空箱檢測打擊走私29集裝箱CT30源前準(zhǔn)直器集裝箱拖動裝置后準(zhǔn)直器陣列探測器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖像處理系統(tǒng)探測裝置示意圖陣列探測器說明：采用超高壓氣體陣列電離室，共512個探測單元，用來測量γ射線穿透集裝箱后的射線強(qiáng)度。呈扇形排列在以放射源為圓心的弧線上，并與經(jīng)準(zhǔn)直器準(zhǔn)直的射線束精確對準(zhǔn)。31福來爾轎車透視圖上圖：水平透視圖；以下圖：垂直透視圖汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描32CT截面掃描圖左圖：前輪部位；右圖：后輪部位從中可以清晰看出前輪部位減震器彈簧、輪胎等的結(jié)構(gòu)截面，后輪部位的備胎、車廂等截面也很清晰。33卡車掃描圖象ImagefromNewsweek,takenatthebordercrossingfromGuatemalatoMexico34集裝箱檢測35集裝箱和車輛檢測系統(tǒng)FixedPositionTruckScannerMobileTruckandCargoScanner36平安檢測物性判別：汽油、炸彈等危險(xiǎn)物品例如，同是液體的水和汽油的密度分別是1.0和0.7，很容易區(qū)分。航空箱的斷層圖像箱中有3個塑料瓶子,里面灌滿了汽油(左瓶)、水(中瓶)或是一半汽油一半水(右瓶)。從圖中可以清晰看到瓶中不同性質(zhì)液體的灰度明顯不同。此外,在一盒黃油脂內(nèi)埋藏一塊肥皂,利用斷層圖像也能輕易分辨出來。圖中兩個灰度不同的圓分別顯示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此圖像充分說明CT檢測系確實(shí)具備了物性判別的功能。37航空箱的斷層圖像箱中有3個塑料瓶子,里面灌滿了汽油(左瓶)、水(中瓶)或是一半汽油一半水(右瓶)。從圖中可以清晰看到瓶中不同性質(zhì)液體的灰度明顯不同。此外,在一盒黃油脂內(nèi)埋藏一塊肥皂,利用斷層圖像也能輕易分辨出來。圖中兩個灰度不同的圓分別顯示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此圖像充分說明CT檢測系確實(shí)具備了物性判別的功能。38平安控制質(zhì)量控制小型X射線檢測系統(tǒng)39XCT40X射線熒光分析(ED、WD、TR)粒子誘發(fā)熒光分析〔P、e〕微束〔微區(qū)〕分析中子活化分析粒子束分析背散射分析41核子密度計(jì)泥沙計(jì)濃度計(jì)品位儀核子(皮帶)秤核測井射線測厚儀其它核檢測技術(shù)灰分測量、煤質(zhì)檢測核子料(液)位計(jì)、核子料(液)位開關(guān)水份計(jì)42食品保鮮：g輻照滅菌輻射消毒：g輻照滅菌輻射滅害：輻射育種：g輻照導(dǎo)致遺傳基因變異輻照治療：放射性治療輻照交聯(lián)：輻照活化輻照降解：輻照活化電子脫硫、脫硝輻射加固43地質(zhì)時代考古文物鑒定44光刻與微加工輻射線光刻微加工示意圖同步輻射光的準(zhǔn)直性好、強(qiáng)度高和衍射極小的優(yōu)點(diǎn)，大大縮小光刻線的線寬。光刻：掩膜基底抗蝕結(jié)構(gòu)顯影同步輻射已經(jīng)可以制造0.07mm的芯片。抗蝕劑45美國IBM公司光刻線寬為0.25微米的芯片46微型齒輪與螞蟻微型齒輪高度:150μm直徑:260μm超微加工：47煙霧報(bào)警系統(tǒng)48原子電池美國最新研制的63Ni原子電池具有體積小〔1mm3以下〕、使用壽命長，可不間斷供電50年以上等特點(diǎn)，有望解決微電子機(jī)械系統(tǒng)〔MEMS，尺度在1.0微米－1.0毫米〕能源供給的難題。微型63Ni原子電池的研制成功將是能源研究的一個重大突破，并使MEMS在航天、醫(yī)學(xué)、生物、國防等應(yīng)用方面真正發(fā)揮其優(yōu)勢。4950用途：各種料液濃度的在線檢測和控制。也可通過密度而間接測定出料液中某種成分的含量、以及兩種物料的本比等。例如：選礦工藝中礦漿和浮選液濃度的在線檢測和控制；油田和石油化工過程中油品含水率的測定；選煤廠選煤液密度的檢測和控制；化工廠酸、堿、鹽的濃度以及各種成分配比的在線檢測；造紙廠紙漿濃度的測定和控制；江河中水流含沙量的測定。51參數(shù)：測量范圍：濃度0～100％。適應(yīng)管徑：直徑50～500mm。精確度等級：0.1%～1%。根本誤差：量程的±0.1%～1%長期穩(wěn)定性：0.1%。5253原理：利用物料對γ射線的吸收原理。放射源發(fā)出的γ射線穿過穿透輸送機(jī)上的物料后，強(qiáng)度減弱，物料越多，減弱的程度越大，探測器接受的射線強(qiáng)度也減少，根據(jù)探測器輸出脈沖數(shù)變化，就可以測出輸送機(jī)上物料的多少。如果同時測出輸送速度，那么物料對速度之積分就是單位時間傳送物料的重量。54參數(shù)：流量在20％～100％范圍內(nèi)累計(jì)量誤差低于0.5%。秤體：溫度-30～60℃，濕度＜90％。適用于輸送寬度2000mm以下。探頭距主機(jī)最大距離500米。

55原理：

檢測γ射線穿透料倉或管道中物料后的強(qiáng)度，根據(jù)射線強(qiáng)度的變化來計(jì)算、判斷物料的料面水平，控制物料的輸送。放射源安裝在料倉或管道的一側(cè)，探測器安裝在另一側(cè)。

5657參數(shù)：發(fā)信誤差1～３mm。使用環(huán)境：溫度：-40～50攝氏度；相對濕度<90%。供電電源:+15V。

58591)γ射線測厚儀60γ射線測厚儀能在線、非接觸式的測量導(dǎo)體非導(dǎo)體的厚度，測量精度高而且量程大。具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，可視化界面操作，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。γ射線測厚儀的特點(diǎn)：61儀器結(jié)構(gòu)：62測量位置變動引起的誤差：當(dāng)被測物體偏離正常位置上下運(yùn)動時，測量值也會有所變化。一般來說，被測物體偏離正常位置而靠近探測器所引起的誤差偏大，反之那么較小。溫度與材質(zhì)引起的誤差：射線厚度計(jì)通過被測物的面密度，再根據(jù)基準(zhǔn)密度求出板厚。被測物的密度發(fā)生變化時，所測得的板厚就發(fā)生變化。溫度也對所測得的值也有相當(dāng)?shù)挠绊懕确?0攝氏度時帶來的誤差，鋼板為0.1%?？梢酝ㄟ^溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行修正。632)X射線熒光測鍍鋅板的鍍層厚度原理：利用241Am放射源產(chǎn)生的γ射線直接照射在鍍鋅的薄板上，激發(fā)出鋅和鐵的特征X熒光。X熒光經(jīng)正比計(jì)數(shù)管探測后得到Zn和Fe的能譜曲線，根據(jù)譜線的峰面積求出鋅層的頂部、底部厚度。64實(shí)際測量的數(shù)據(jù)65幾種射線測厚儀器的圖片美國EMC公司研制X-RAY在線測厚儀66上位機(jī)的配套軟件67美國CMI900/950系列X射線熒光測厚儀68日本的X射線熒光鍍層厚度測量儀69射線測厚與超聲波測厚的比照超聲波測厚儀——是利用超聲波在各種介質(zhì)內(nèi)的傳播速度不同，即由一相介質(zhì)轉(zhuǎn)到另一相介質(zhì)必然產(chǎn)生波反射的性能來“作出壁厚度〞測定的，即利用波反射的時間差來確定金屬材料壁厚。超聲波測厚儀不僅可以進(jìn)行厚度的測量，而且還可以進(jìn)行有無裂紋、氣泡，或者材料壁厚是否在平安允許范圍內(nèi)的檢測。

70超聲波測厚的缺乏：超聲波發(fā)射器,不能使用于溫度高的環(huán)境(≤90°),因?yàn)闇囟容^高,會損壞“發(fā)射器〞。被測“點(diǎn)〞金屬材料外表必須打整干凈,否那么會出現(xiàn)假數(shù)據(jù)。一般打整“點(diǎn)〞控制在10mm的圓形區(qū)域內(nèi)。超聲波發(fā)射器與材料必須接觸良好(一般要抹油)，其的目的是為了減少波損失。直接測量時，將出現(xiàn)測量誤差。71煤灰份是煤的品質(zhì)的重要指標(biāo)。通用的方法是化學(xué)檢驗(yàn)法，但化學(xué)檢驗(yàn)法存在著比較大的滯后性，無法在線檢驗(yàn)，這樣就給生產(chǎn)或使用造成不可防止的損失。(1)灰分測量原理煤可分為兩局部，一是以碳為代表的低原子序數(shù)元素；一是以硅為代表的高原子序數(shù)元素。煤灰主要由煤中高原子序數(shù)元素的氧化物組成(硫除外)。采用雙能透射法測量灰分，即利用兩種可放射不同能量射線的放射源來構(gòu)成“雙透射通道〞，來進(jìn)行測量。72

73便攜式、現(xiàn)場測量74測量方式：無需采樣、制樣，只需將探頭插入煤中即可。最低檢測限：灰份含量大于5％

準(zhǔn)確度：灰份≤20％時，絕對誤差≤±１％

灰份＞20％時，相對誤差≤±1.5％測量時間：50秒鐘儀器重量：探頭3ｋｇ，主機(jī)1ｋｇ數(shù)據(jù)存儲量：40個技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：7576鐵礦石品位儀(1)原理：采用電子對效應(yīng)和散射光子聯(lián)合測定方法。當(dāng)鐵原子和高能γ射線發(fā)生相互作用時，產(chǎn)生電子對的幾率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦石中的其他元素，對湮沒輻射和散射光子的混合譜進(jìn)行分析，就可得到鐵的品位值。

(2)用途：用于礦石或礦粉輸送過程中鐵品位的在線連續(xù)檢測。7778波長色散X射線熒光分析79波長色散X射線熒光分析(WDXRF)80能量色散X射線熒光分析(EDXRF)81能量色散X射線熒光分析(EDXRF)82能量色散X射線熒光分析(EDXRF)83X射線微區(qū)分析

(μXRF)測量點(diǎn)直徑為0.03mm(30μm)。通過20倍變焦攝像機(jī)可精確地確定測量位置。樣品的總測量時間不超過100秒。測量精度為0.15%。在2分鐘內(nèi)可完成從鋁到鈾的所有數(shù)十種元素的分析。

采用空冷、低能量X射線管和高分辨率的檢測系統(tǒng)。集準(zhǔn)直、聚焦、樣品激發(fā)于一體，是功能強(qiáng)大的金屬分析儀。適合分析體積很小的稀有金屬或面積較小的樣品。84全反射X射線熒光分析(TXRF)分析元素：O～U，一次可以同時分析30種元素。檢出限低：絕對：pg級(10-12)，相對：ng/mL級(10-9)；樣品用量少：μL、μg級。這是原子吸收譜儀中的ETAAS和FAAS方法難以做到的。與質(zhì)譜儀中的ICP-MS和GDMS以及中子活化分析(NAA)等方法相比較，TXRF分析方法在快速、簡便、經(jīng)濟(jì)、多元素同時分析、用樣量少、檢出限低、定量性好等方面有著綜合優(yōu)勢。85全反射X射線熒光分析(TXRF)的應(yīng)用：TXRF分析儀在元素分析領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀和開展前景都是令人鼓舞的?？蓮V泛應(yīng)用于地礦、冶金、化工、食品、生物、醫(yī)藥、環(huán)保、法檢、考古、高純材料等等各領(lǐng)域內(nèi)的常量、微量、痕量元素分析測定。目前已在國際上得到廣泛應(yīng)用。地礦：金礦、銅精料和鎳精料、螢石、長石、氧化銻；冶金：鑄鐵、軸承、電解液、陽極泥、光譜純貴金屬、首飾；化工：柴油中的硫含量，各種催化劑，陶瓷釉藥；環(huán)境保護(hù)：自來水、大氣飄塵、污水污泥；生物：海洋動物牙齒和體液；醫(yī)藥：頭發(fā)和指甲中的有益有害元素，丹參中有害微量元素；食品：