核技术之核检测(物理学与高新技术 )

灰分测量
(1)原理：
采用双能透射法测量灰分，即利用 两种可放射不同能量射线的放射源 来构成“双透射通道”，来进行测 量。
241Am
(59.5keV)， 137Cs (661keV)
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核检测技术(5)——煤质及灰分测量

灰分测量
对低能射线，煤 中各元素的质量衰减 系数各不相同 ，随着 原子序数的增大而增 加；而对 中能射线， 煤中各种元素的质量 衰减系数基本相等。
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核检测技术(1)——核子密度计
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核检测技术(1)——核子密度计
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核检测技术(2)——核子(皮带)秤

原理：
利用物料对γ 射线的吸收原理。放 射源发出的γ 射线穿过穿透输送机上的 物料后，强度减弱，物料越多，减弱的 程度越大，探测器接受的射线强度也减 少，根据探测器输出脉冲数变化，就可 以测出输送机上物料的多少。如果同时 测出输送速度，则物料对速度之积分就 是单位时间传送物料的重量。
化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、 料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、高 压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装 自动控制等。
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几种安装方式
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核检测技术(4)——射线测厚仪
1) 接触式测厚——机械测厚法。
2) 非接触式测厚——射线测厚法、超声波测厚
实物图2
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特点： ——非接触式连续称重计量控制设备，测控精度高，
长期稳定性好，无机械磨损，免维护
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核子秤的基本应用
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核检测技术(2)——核子(皮带)秤
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LB442核子秤系统简介

LB442系统用于测量工业输送系统上固体物流的质量流量（如 化肥；木片、纸浆；煤炭、矿石、沙子、砾石；土豆、玉米花
核检测技术(6)——水份计
用途：用于工业生产过程中各种物料水分含量的在线
连续检测。可用于钢铁、建材、水泥、铸造、玻璃、陶 瓷、煤炭等行业对料斗、料仓中或各种输送机输送过程 中的物料水分进行在线式连续检测，并能输出控制信号 实现生产过程的闭环自动控制。
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核检测技术(7) ——核测井

核测井技术是随着当代核技术 的发展和石油、煤炭、地质矿 产等对核测井技术发展的需要 而迅速发展起来的尖端测井技 术之一。 随着人工放射源技术、传感器 技术、测量技术、信息处理技 术与计算机技术的发展，核测 井技术目前仍处在飞速发展之 中。
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核检测技术(7)——核测井


核测井的优点：
核测井揭示的是岩石的核物理性质，即岩石中各种核素微观 特性的宏观表现，它深刻地反映着岩石的本质； 对测量条件有广泛的适应性，能在含有各种井内流体的裸眼 井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；


能提供大量具有不同物理实质的参数，且大部分参数不可能 用其他方法获得，即具有不可代替性。
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应 用
实
例
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探头剖面图：
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技术参数： 测量方式：无需采样、制样，只需将探头插入煤中
即可。
最低检测限：灰份含量大于5％ 准确度：灰份≤20％时，绝对误差≤±１％ 灰份＞20％时，相对误差≤±1.5％ 测量时间：50秒钟 仪器重量：探头3ｋｇ，主机1ｋｇ
数据存储量：40个
平均2.348
5.3a 28a 2.62a 4.1a 5730a
2.65a
测厚、料位计、浓度计 测厚(薄膜) 测厚(薄膜) 测厚(薄膜) 测厚(薄膜)
水份、中子活化分析
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核检测技术——原理、特点
特点
1. 现场、非接触、无损(无破坏性)； 2. 可在线、载流连续监测； 3. 抗干扰能力强。
4. 安全、无污染(无废气、废液排放)；
(1)原理：
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核检测技术(5)——煤质及灰分测量

灰分测量
第一透射通道：241Am的低能γ射线(59.5keV)，物质的原子序数 越大，对241Am的γ射线的吸收越强(穿透煤被探测器探测到的γ射 线越少)，而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤 中 的 灰 分 含 量 越 高 ， 穿 过 煤 的 γ(241Am) 射 线 越 少 。 同 时 ， 对
核检测技术
1
核检测技术——原理、特点
基本原理
利用射线(β、X、γ、n)与物质相互作用时产生的吸 收、散射或活化反应等现象，通过测定射线的强度或能 谱的变化来测定被测物质的基本物理(或化学)量(如：密
度、浓度、厚度(高度)、水份、流量、挥发分等）。
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核检测技术——原理、特点
常用射线源及用途
核素名称 射线种类
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几种射线测厚仪器的图片
美国EMC公司研制X-RAY在线测厚仪
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射线测厚与超声波测厚的对比

超声波测厚仪——是利用超声波在各种介质内的
传播速度不同，即由一相介质转到另一相介质必
然产生波反射的性能来“作出壁厚度”测定的，
即利用波反射的时间差来确定金属材料壁厚。
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超声波测厚的不足：
1) 超声波发射器,不能使用于温度高的环境( ≤90°) ,因 为温度较高,会损坏“发射器”。
2) 被测“点”金属材料表面必须打整干净, 否则会出现 假数据。一般打整“点”控制在10mm 的圆形区域 内。
3) 超声波发射器与材料必须接触良好(一般要抹油)， 其的目的是为了减少波损失。直接测量时，将出现 测量误差。
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MG2系列超声波测厚仪
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核检测技术(5)——煤质及灰分测量
煤灰份是煤的品质的重要指标。
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核子秤原理分析图
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基本测量原理

放射源稳定的放出射线。在支架构成的范围内呈扇形，照 射到输送机上，输送机上的物料吸收一部分射线，其余的 照射到探测器上，因放射源发出的射线为常数，因此探测
器探测的射线的多少，可反映输送机上物料的多少。
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核检测技术(2)——核子(皮带)秤
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核子秤实物图1
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241Amγ射线的衰减还与煤的厚度有关。因此，采用了第二通道。
(1)原理：
第二透射通道：137Cs的中能γ射线(661keV)，因为煤本身和灰分 对 137 Csγ的吸收基本一样，因此，穿过煤后的 137 Csγ信号就只与 煤的厚度有关。
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核检测技术(5)——煤质及灰分测量
因此，从中能量γ 射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此 可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用修正后的低
241Am 137Cs
能量(MeV) 0.05956 0.661
半衰期 458a 30a
主要用途 测厚、灰分、X射线荧光分析 测厚、灰分、密度计、核子秤
γ γ
60Co 90Sr 147Pm 204Tl 14C
252Cf
γ β β β β
n
1.17,1.33 0.54 0.01-0.1 0.01-0.1 0.156
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等等）。系统不仅能测量流量，而且能够计算固体物质的总质
量，测量范围可以从0-200kg/小时到0-10000吨/小时，还可以 测量管道和斜槽中处于“自由下落”状态的物流的质量流量。
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LB442核子秤系统的应用实例示意图
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核检测技术(3)——料位计及料位开关
原理：
检测γ射线穿透料仓或管道中物料后 的强度，根据射线强度的变化来计算、 判断物料的料面水平，控制物料的输 送。 放射源安装在料仓或管道的一侧，
法、光学测厚法，等等。
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1)γ 射线测厚仪
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γ 射线测厚仪的特点
γ 射线测厚仪能在线、非接触式的测量导体非导体 的厚度，测量精度高而且量程大。
具有较强的扩展性和高精度的模拟数字转换电路。
可以进行计算机远程控制，可视化界面操作，以及
相应的数据处理。
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γ 射线测厚仪的工作原理
依据被测物质对放射性同位素放出的γ射线的吸收 强度与物质质量厚度成线性关系的规律，通过测 量透过物质的γ射线强度来测定被测物的厚度。
能射线的衰减可求出煤中高原子序数元素的含量，从而求出煤灰分。
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核检测技术(5)——煤质及灰分测量
灰分测量
(2)用途： 用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、水分、纯碳量和发热
量进行在线检测、计量和控制。
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SCL-2000 型煤灰分仪在控制外购精煤质量中的应用
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ZZ-89A型在线测灰仪
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核检测技术(6)
——水份计
根据中子减速扩散原理设计，它的优点有： 不取样，可直接测量。不破坏被测物质的结构，也避免由于 取样而影响水分的分布； 反映结果迅速、灵敏、测量时间短； 可以连续测量，有利于测量水分的动态变化。 对大体积进行积分测量。水份分布不均匀时，给出一个水分 平均值；
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5. 经济、高效。 6. 相对测量——标定难、测量精度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ易受物料成分变化的 影响。
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核检测技术(1)——核子密度计

用途：
各种料液浓度的在线检测和控制。也 可通过密度而间接测定出料液中某种成分 的含量等。 例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度 的在线检测和控制；油田和石油化工过程 中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度 的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度 以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸 浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量 的测定。

研究压力异常
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核检测技术(7)——核测井
中子测井

是以中子与地层的相互作用为基础的测井方法。 包括使用同位素中子源的中子测井和使用加速器中子源的 中子测井两大类。 同位素中子源测井：超热中子孔隙度测井、热中子孔隙度 测井和热中子活化测井。