九核輻射傳感器

1、會計學1九核輻射傳感器九核輻射傳感器第2頁/共18頁第1頁/共21頁tIIe0第3頁/共18頁第2頁/共21頁 2核輻射與物質(zhì)間的相互作用核輻射與物質(zhì)間的相互作用 (1) 電離作用電離作用 當具有一定能量的帶電粒子穿透物質(zhì)當具有一定能量的帶電粒子穿透物質(zhì)時，在它們經(jīng)過的路程上就會產(chǎn)生電離作時，在它們經(jīng)過的路程上就會產(chǎn)生電離作用，形成許多離子對，電離作用是帶電粒子用，形成許多離子對，電離作用是帶電粒子和物質(zhì)相互作用的主要形式。和物質(zhì)相互作用的主要形式。 粒子（射線）由于能量、質(zhì)量和帶電量大，粒子（射線）由于能量、質(zhì)量和帶電量大，故電離作用最強，但射程故電離作用最強，但射程(帶電粒子在物質(zhì)中穿行時

2、、帶電粒子在物質(zhì)中穿行時、能量耗盡前所經(jīng)過的直線距離能量耗盡前所經(jīng)過的直線距離)較短。較短。 粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的粒子質(zhì)量小，電離能力比同樣能量的粒子要弱，粒子要弱，由于由于粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。 粒子幾乎沒有直接的電離作用。粒子幾乎沒有直接的電離作用。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第4頁/共18頁第3頁/共21頁 在輻射線的電離作用下，每秒鐘產(chǎn)生的在輻射線的電離作用下，每秒鐘產(chǎn)生的離子對的總數(shù)，即離子對形成的頻率可出下離子對的總數(shù)，即離子對形成的頻率可出下式表示：式表示： 式中：式中：E 帶電粒子的能量；帶電粒子的能量； Ed 離

3、子對的能量；離子對的能量； I 輻射源的強度；輻射源的強度； C 輻射源強度為輻射源強度為1Ci時，每秒放射出的粒子數(shù)。時，每秒放射出的粒子數(shù)。ICEEfde219.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第5頁/共18頁第4頁/共21頁 (2)核輻射線的吸收、散射和反射核輻射線的吸收、散射和反射 、射線穿透過物質(zhì)程中，一部分射線穿透過物質(zhì)程中，一部分粒子能量被物質(zhì)吸收，一部分粒子被散射掉，粒子能量被物質(zhì)吸收，一部分粒子被散射掉，能量將按下述關(guān)系式衰減：能量將按下述關(guān)系式衰減： 式中式中I、I0分別為射線穿透物質(zhì)前、后的輻射分別為射線穿透物質(zhì)前、后的輻射強度，強度，h為穿透物質(zhì)的厚度，為穿透物質(zhì)的厚度，為

4、物質(zhì)的密度，為物質(zhì)的密度，為物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)。為物質(zhì)的質(zhì)量吸收系數(shù)。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器heII0第6頁/共18頁第5頁/共21頁 三種射線中，三種射線中，射線穿透能力最強，射線穿透能力最強，射線次之，射線次之，射線最弱，射線最弱，射線的穿透厚射線的穿透厚度比度比、要大得多。要大得多。 射線穿透物質(zhì)時，容易改變其運動射線穿透物質(zhì)時，容易改變其運動方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象。當產(chǎn)生相反方向散射時，方向而產(chǎn)生散射現(xiàn)象。當產(chǎn)生相反方向散射時，即出現(xiàn)了反射現(xiàn)象。反射的大小取決于散射物即出現(xiàn)了反射現(xiàn)象。反射的大小取決于散射物質(zhì)的性質(zhì)和厚度。質(zhì)的性質(zhì)和厚度。射線的散射隨物質(zhì)的原子序數(shù)射線的散射隨物

5、質(zhì)的原子序數(shù)增大而加大。當原子序數(shù)增大到極限情況時，投射增大而加大。當原子序數(shù)增大到極限情況時，投射到反射物質(zhì)上的粒子幾乎全部反射回來。到反射物質(zhì)上的粒子幾乎全部反射回來。9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器第7頁/共18頁第6頁/共21頁反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系：反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系： 式中：式中：Ih 反射物質(zhì)厚度為反射物質(zhì)厚度為h(mm)時，放射時，放射線被反射的強度；線被反射的強度； Im 當當h趨向無窮大時的反射強度，趨向無窮大時的反射強度，Im與原子與原子序數(shù)有關(guān)；序數(shù)有關(guān)； h 輻射能量的常數(shù)。輻射能量的常數(shù)。當當I0、Im、h、等已知后，只要測出等已知后

6、，只要測出I或或Ih就可就可求出其穿透厚度求出其穿透厚度h。另一方面，當。另一方面，當I0、 、h等已知等已知后，只要測出后，只要測出I就可求物質(zhì)的密度就可求物質(zhì)的密度。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器)1 (hmhheII第8頁/共18頁第7頁/共21頁右圖為電離室示意圖。電離室兩側(cè)設(shè)右圖為電離室示意圖。電離室兩側(cè)設(shè)有二塊平行極板，對其加上極化電壓有二塊平行極板，對其加上極化電壓E E使二極板間形成電場。當有粒子或射使二極板間形成電場。當有粒子或射線射向二極板間空氣時，空氣分子被線射向二極板間空氣時，空氣分子被電離成正、負離子。帶電離子在電場電離成正、負離子。帶電離子在電場作用下形成電離電

7、流，并在外接電阻作用下形成電離電流，并在外接電阻R R上形成壓降。測量此壓降值即可得核上形成壓降。測量此壓降值即可得核輻射的強度。電離室主要用于探測輻射的強度。電離室主要用于探測、粒子，它具有堅固、穩(wěn)定、成本粒子，它具有堅固、穩(wěn)定、成本低、壽命長等優(yōu)點，但輸出電流很小低、壽命長等優(yōu)點，但輸出電流很小。電離室示意圖第9頁/共18頁第8頁/共21頁體放電計數(shù)管示意圖 正離子鞘到達陰極時得正離子鞘到達陰極時得到一定的動能，能從陰極打出到一定的動能，能從陰極打出次級電子。由于此時陽極附近次級電子。由于此時陽極附近的電場已恢復，次級電子又能的電場已恢復，次級電子又能再一次產(chǎn)生正離子鞘和電壓脈再一次產(chǎn)生正

8、離子鞘和電壓脈沖，從而形成連續(xù)放電。若在沖，從而形成連續(xù)放電。若在計數(shù)管內(nèi)加入少量有機分子蒸計數(shù)管內(nèi)加入少量有機分子蒸汽或鹵族氣體，可以避免正離汽或鹵族氣體，可以避免正離子鞘在陰極產(chǎn)生次級電子，而子鞘在陰極產(chǎn)生次級電子，而使放電自動停止。使放電自動停止。第10頁/共18頁第9頁/共21頁氣體放電計數(shù)管特性曲線第11頁/共18頁第10頁/共21頁 當核輻射進入閃爍當核輻射進入閃爍晶體時，晶體原子受激晶體時，晶體原子受激發(fā)光，透過晶體射到光發(fā)光，透過晶體射到光電倍增管的光陰極上，電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應在光陰極根據(jù)光電效應在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽極

9、倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖，即可上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。用儀器指示或記錄。閃爍計數(shù)器示意圖第12頁/共18頁第11頁/共21頁第13頁/共18頁第12頁/共21頁123 4 放大 檢測儀表 5 6 7 9 8 R第14頁/共18頁第13頁/共21頁 不同介質(zhì)對不同介質(zhì)對射線的吸收能力不射線的吸收能力不 同，一般固體最強，液體次之，氣體最差。同，一般固體最強，液體次之，氣體最差。 當射線射入厚度為H的介質(zhì)時，會有一部分被介質(zhì)吸收掉。透過介質(zhì)的射線強度I與入射強度I0之間有如下關(guān)系：式中 吸收系數(shù)，條件固定時為常數(shù)。變形為： 因此測液位可通過測量射線在穿過液體時強度的變化量來

10、實現(xiàn)。 HeII0IIHlnln10第15頁/共18頁第14頁/共21頁 g g 射線物位計的特點是：射線物位計的特點是： 1、可以實現(xiàn)非接觸測量；、可以實現(xiàn)非接觸測量； 2、不受被測介質(zhì)溫度、壓力、流速等狀態(tài)的限制；、不受被測介質(zhì)溫度、壓力、流速等狀態(tài)的限制； 3、能測量比重差很小的兩層介質(zhì)的界面位置；、能測量比重差很小的兩層介質(zhì)的界面位置； 4、適宜測量液體、粉粒體和塊狀介質(zhì)的位置。、適宜測量液體、粉粒體和塊狀介質(zhì)的位置。 探測器 檢測儀表指示 放射源第16頁/共18頁第15頁/共21頁 x y電極放射源電極 氣流第17頁/共18頁第16頁/共21頁第18頁/共18頁第17頁/共21頁反射

11、的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系：反射的大小與反射物質(zhì)的厚度有如下關(guān)系： 式中：式中：Ih 反射物質(zhì)厚度為反射物質(zhì)厚度為h(mm)時，放射時，放射線被反射的強度；線被反射的強度； Im 當當h趨向無窮大時的反射強度，趨向無窮大時的反射強度，Im與原子與原子序數(shù)有關(guān)；序數(shù)有關(guān)； h 輻射能量的常數(shù)。輻射能量的常數(shù)。當當I0、Im、h、等已知后，只要測出等已知后，只要測出I或或Ih就可就可求出其穿透厚度求出其穿透厚度h。另一方面，當。另一方面，當I0、 、h等已知等已知后，只要測出后，只要測出I就可求物質(zhì)的密度就可求物質(zhì)的密度。 9.1 核輻射傳感器核輻射傳感器)1 (hmhheII第8頁/共18頁第18頁/共21頁 當核輻射進入閃爍當核輻射進入閃爍晶體時，晶體原子受激晶體時，晶體原子受激發(fā)光，透過晶體射到光發(fā)光，透過晶體射到光電倍增管的光陰極上，電倍增管的光陰極上，根據(jù)光電效應在光陰極根據(jù)光電效應在光陰極上產(chǎn)生的光電子在光電上產(chǎn)生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽極倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖，即可上形成電流脈沖，即可用儀器指示或記錄。用儀器指示或記錄。閃爍計數(shù)器示意圖第12頁/共18頁第19頁/共21頁 當核輻射進入閃爍當核輻射進入閃爍晶體時，晶體原子受激晶體時，晶體原子受激發(fā)