《传感器部分》课件.ppt

1、第第9 9章章 核辐射传感器核辐射传感器9.1核辐射的基本特性核辐射的基本特性9.2核辐射传感器核辐射传感器9.3核辐射传感器的应用举例核辐射传感器的应用举例9.4放射性辐射的防护放射性辐射的防护本章要点本章要点下页下页返回返回图库图库9.1 核辐射的基本特性核辐射的基本特性下页下页上页上页返回返回|9.1.1核辐射的特性核辐射的特性|9.1.2测量中常用的同位素测量中常用的同位素图库图库9.1.1核辐射的特性核辐射的特性下页下页上页上页返回返回射线射线,带正电荷的高速粒子流带正电荷的高速粒子流;射线射线,带负电荷的高速粒子流带负电荷的高速粒子流电子流电子流;射线射线,一种光子流，不带电，以光

2、速运动，由一种光子流，不带电，以光速运动，由原子核内放射出原子核内放射出;X射线射线,由原子核外的内层电子被激发而放出的由原子核外的内层电子被激发而放出的电磁波能量电磁波能量;|测量技术常用四种核辐射源测量技术常用四种核辐射源:、射线源和射线源和X射线管。射线管。图库图库下页下页上页上页|辐射源的特性辐射源的特性1源强度源强度A 它用单位时间内发生的裂变数来表示，用它用单位时间内发生的裂变数来表示，用居里作为强度单位。居里作为强度单位。1居里对应于每秒钟内有居里对应于每秒钟内有3.7001010个原子核衰变。每秒钟产生个原子核衰变。每秒钟产生31010次核衰变的放射性物质，称其源强度次核衰变的

3、放射性物质，称其源强度A为为1居里。居里的单位太大，也常用毫居或微居里。居里的单位太大，也常用毫居或微居里来表示。居里来表示。9.1.1核辐射的特性核辐射的特性返回返回图库图库下页下页上页上页|辐射源的特性辐射源的特性 2核辐射强度核辐射强度J 单位时间内在垂直于射线前进方向的单位截面积上穿单位时间内在垂直于射线前进方向的单位截面积上穿过的能量的大小，称为核辐射强度过的能量的大小，称为核辐射强度J0 一个点源照射在面积为一个点源照射在面积为S的检测器上，其辐射强度的检测器上，其辐射强度J0为为 9.1.1核辐射的特性核辐射的特性2004 rKSCAJ r0-辐射源到检测器之间的距离；辐射源到检

4、测器之间的距离；A-源强度；源强度；C-在源强度为在源强度为1居里时，每秒放射出的粒子数；居里时，每秒放射出的粒子数；K-次裂变放射出的射线数；次裂变放射出的射线数；S-检测器的工作面积。检测器的工作面积。如果知道粒子的能量，则辐射强度的计算公式为如果知道粒子的能量，则辐射强度的计算公式为 J0=ACE1.610-13(W/m2)E-粒子的能量粒子的能量(MeV)返回返回图库图库下页下页上页上页|核辐射线与物质的相互作用核辐射线与物质的相互作用1电离作用：电离作用：带电粒子和物质互相作用的主要形式。带电粒子和物质互相作用的主要形式。q射程：带电粒子在物质中穿行时其能量逐渐耗尽而停止射程：带电粒

5、子在物质中穿行时其能量逐渐耗尽而停止运动，其穿行的一段直线距离运动，其穿行的一段直线距离(起点和终点的距离起点和终点的距离)叫粒子叫粒子的射程。射程是表示带电粒子在物质中被吸收的一个重的射程。射程是表示带电粒子在物质中被吸收的一个重要参数。要参数。粒子质量大，电荷也大，因而在物质中引起很强的电离，射程很短。一般粒子质量大，电荷也大，因而在物质中引起很强的电离，射程很短。一般粒子在空气中的射程不过几厘米。在固体中不超过几十微米。粒子在空气中的射程不过几厘米。在固体中不超过几十微米。粒子质量小，其电离能力比同样能量的粒子质量小，其电离能力比同样能量的粒子要弱，同时容易改变运动方粒子要弱，同时容易改

6、变运动方向而产生散射。实际上，向而产生散射。实际上，粒子穿行的路程是弯弯曲曲的。粒子穿行的路程是弯弯曲曲的。光子电离的能力就更小了光子电离的能力就更小了 9.1.1核辐射的特性核辐射的特性 E-带电粒子的能量；带电粒子的能量；E-离子对的能量；离子对的能量；A-源强度；源强度；C-在源强度为在源强度为1居里时，每秒放射出的粒子数。居里时，每秒放射出的粒子数。ACEEfN21返回返回图库图库下页下页上页上页|核辐射线与物质的相互作用核辐射线与物质的相互作用2核辐射的吸收和散射核辐射的吸收和散射一个细的平行的射线束穿过物质层后其强度衰减经验公一个细的平行的射线束穿过物质层后其强度衰减经验公式：式：

7、9.1.1核辐射的特性核辐射的特性J-穿过厚度为穿过厚度为xmm的物质后的辐射强度；的物质后的辐射强度；J0-射入物质前的辐射强度；射入物质前的辐射强度；x-吸收物质的厚度；吸收物质的厚度；m-物质的质量吸收系数；物质的质量吸收系数；-物质的密度。物质的密度。Emax-粒子的最大能量。粒子的最大能量。射线的质量吸收系数近似公式：射线的质量吸收系数近似公式：xmeJJ03/4max2.2Em返回返回图库图库下页下页上页上页|核辐射线与物质的相互作用核辐射线与物质的相互作用3.散射问题散射问题 射线在物质中穿行时容易改变运动方向面产生散射射线在物质中穿行时容易改变运动方向面产生散射现象。尤其是向反

8、方向的散射即反射。反射的大小取决现象。尤其是向反方向的散射即反射。反射的大小取决于散射物质的厚度和性质散射物质的原子序数于散射物质的厚度和性质散射物质的原子序数Z越大，则越大，则粒子的散射百分比也越大。粒子的散射百分比也越大。反射的大小与反射板的厚度有关：反射的大小与反射板的厚度有关：9.1.1核辐射的特性核辐射的特性Js-反射板为反射板为xmm时，放射线被反射的时，放射线被反射的 强度；强度；Jsmax=f(Z)-当当x趋于无穷大时的反射强度趋于无穷大时的反射强度(s)-取决于辐射能量的常数取决于辐射能量的常数xssseJJ1max图图9-1 物质的散射物质的散射返回返回图库图库图9-1 物

9、质的散射图退出退出下页下页上页上页 具有相同核电荷数，而有不同质量数的具有相同核电荷数，而有不同质量数的原子所构成的元素称为同位素。原子所构成的元素称为同位素。假如某种假如某种同位素的原子核在没有任何外因作用下自动同位素的原子核在没有任何外因作用下自动变化，衰变中将放射出射线，这种变化称为变化，衰变中将放射出射线，这种变化称为放射性衰变，这种同位素称为放射性同位素。放射性衰变，这种同位素称为放射性同位素。9.1.2 测量中常用的同位素测量中常用的同位素返回返回图库图库9.2 核辐射传感器核辐射传感器下页下页上页上页|电离室电离室|气体放电计数管气体放电计数管 核辐射传感器的工作原理是基于射线通

10、核辐射传感器的工作原理是基于射线通过物质时产生的电离作用，或利用射线能使某过物质时产生的电离作用，或利用射线能使某些物质产生荧光，再配以光电元件，将光信号些物质产生荧光，再配以光电元件，将光信号转变为电信号。可做为核辐射传感器的有：电转变为电信号。可做为核辐射传感器的有：电离室和比例计数器；气体放电计数器；闪烁计离室和比例计数器；气体放电计数器；闪烁计数器；半导体检测器。数器；半导体检测器。返回返回图库图库9.2.1 电离室电离室下页下页上页上页返回返回图图9-2 电离曲线电离曲线图图9-3 辐射的测量辐射的测量图图9-4 射线多极电离室射线多极电离室图图9-5 压入式压入式 电离室电离室9.

11、2.2 气体放电计数器气体放电计数器图图9-6 气体放电计数器气体放电计数器图库图库图9-2 电离曲线退出退出图9-3 辐射的测量退出退出图9-4 B射线多极电离室退出退出图9-5 压入式r电离室退出退出图9-6气体放电计数器图退出退出9.3 核辐射传感器的应用举例核辐射传感器的应用举例下页下页上页上页 核辐射传感器用来检测厚度、液位、核辐射传感器用来检测厚度、液位、物位、转速、材料密度、重量，气体压物位、转速、材料密度、重量，气体压力、流速、温度及湿度等参数，也可用力、流速、温度及湿度等参数，也可用于金属材料探伤。于金属材料探伤。返回返回图库图库9-7 核辐射厚度计原理方框图退出退出退出退出

12、 图图9-8 核辐射液位计原理框图核辐射液位计原理框图这是一种基于物质对射线的吸收程度的变化而对液位进行测这是一种基于物质对射线的吸收程度的变化而对液位进行测量的物位计。当液面变化时，液体对射线的吸收也改变，从量的物位计。当液面变化时，液体对射线的吸收也改变，从而就可以用探测器的输出信号大小来表达液位的高低而就可以用探测器的输出信号大小来表达液位的高低下页下页上页上页 放射性辐射过度地照射人体，能够引起多放射性辐射过度地照射人体，能够引起多种放射性疾病，如皮炎、白血球减小症等，辐种放射性疾病，如皮炎、白血球减小症等，辐射的危害还可能污染周围环境。射的危害还可能污染周围环境。目前防护工作已逐步完

13、善，很多问题的研目前防护工作已逐步完善，很多问题的研究已形成专门的学科，如辐射医学、剂量学、究已形成专门的学科，如辐射医学、剂量学、防护学等。防护学等。实际工作中要采取多种方式来减少射线的实际工作中要采取多种方式来减少射线的照射强度和照射时间，如采用屏蔽层，利用辅照射强度和照射时间，如采用屏蔽层，利用辅助工具，或是增加与辐射源的距离等各种措施。助工具，或是增加与辐射源的距离等各种措施。9.4 放射性辐射的防护放射性辐射的防护返回返回图库图库第第9章章 本章要点本章要点|核辐射的基本特征核辐射的基本特征|核辐射传感器的应用举例核辐射传感器的应用举例|放射性辐射的防护放射性辐射的防护结束结束上页上页返回返回图库图库