核辐射传感器

a a0 e
t
9.1 核辐射传感器
核辐射检测要采用半衰期比较长的同 位素。半衰期是指放射性同位素的原子 核数衰变到一半所需要的时间，这个时 间又称为放射性同位素的寿命。核辐射检测 除了要求使用半衰期比较长的同位意外，还 要求放射出来的射线要有一定的辐射能量。
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2、 核辐射 核辐射是放射性同位素衰变时，放射出具有一定 能量和较高速度的粒子束或射线。主要有四种： α射线、β射线、γ射线和X射线射线。 α、β射线分别是带正、负电荷的高速粒子流；γ射线不带 电，是以光速运动的光子流，从原子核内放射出来； X射线是原子核外的内层电子被激发射出来的电磁波能量。 t 表示了某种放射性同位素的核辐射强度。由该式 I I 0 e 可知， 核辐射强度是以指数规律随时间而减弱。通常以单位 时间内发生衰变的次数表示放射性的强弱。辐射强度单位用 1Ci(居里)表示：1Ci的辐射强度就是辐射源1s内有3.7×1010次 核衰变。1Ci(居里)＝103mCi (毫居里)＝106μCi(微居里)。在检 测仪表中常用mCi或μCi作为计量单位。
9.1 核辐射传感器
9.1.1 核辐射检测的物理基础 1、同位素 在核辐射传感器中，常采用α、β、 γ和X射线的核辐射源，产生这些射线的物 质通常是放射性同位素。所谓放射性同位素 就是原子序数相同,原子质量不同的元素。这些 同位素在没有外力作用下，能自动发生衰变，衰 变中释放出上述射线。其衰减规律为：
I I 0 e H
0

因此测液位可通过测量射线在穿过液体时强度 的变化量来实现。
9.1 核辐射传感器
放射源 探测器 检测仪表
指示
g 射线物位计的特点是： 1、可以实现非接触测量； 2、不受被测介质温度、压力、流速等状态的限制； 3、能测量比重差很小的两层介质的界面位置； 4、适宜测量液体、粉粒体和块状介质的位置。
9.1 核辐来自百度文库传感器
9.1.2 核辐射传感器
1、电离室放射线传感器
右图为电离室示意图。电离室两侧设有 二块平行极板，对其加上极化电压E使 二极板间形成电场。当有粒子或射线射 向二极板间空气时，空气分子被电离成 正、负离子。带电离子在电场作用下形 成电离电流，并在外接电阻R上形成压 降。测量此压降值即可得核辐射的强度。 电离室主要用于探测α 、β 粒子，它具 有坚固、稳定、成本低、寿命长等优点， 电离室示意图 但输出电流很小。
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2.气体放电计数管 (盖格计数管) 正离子鞘到达阴极时得到 一定的动能，能从阴极打出次 级电子。由于此时阳极附近的 电场已恢复，次级电子又能再 一次产生正离子鞘和电压脉冲， 从而形成连续放电。若在计数 管内加入少量有机分子蒸汽或 卤族气体，可以避免正离子鞘 在阴极产生次级电子，而使放
体放电计数管示意图
9.1 核辐射传感器
气体放电计数管 的特性曲线如图所示。 图中I1、I2代表入射 的核辐射强度，I1＞ I2。由图可见，在相 同外电压U时不同辐 射强度将得到不同的 脉冲数N。气体放电 计数管常用于探测β 粒子和γ 射线。
气体放电计数管特性曲线
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3.闪烁计数器 当核辐射进入闪烁 晶体时，晶体原子受激 发光，透过晶体射到光 电倍增管的光阴极上， 根据光电效应在光阴极 上产生的光电子在光电 倍增管中倍增，在阳极 上形成电流脉冲，即可 用仪器指示或记录。
9.1 核辐射传感器
反射的大小与反射物质的厚度有如下关系：
I h I m (1 e
h h
)
式中：Ih — 反射物质厚度为h(mm)时，放射 线被反射的强度； Im — 当h趋向无穷大时的反射强度，Im与原子 序数有关； μh— 辐射能量的常数。 当I0、μ 、Im、μ h、ρ 等已知后，只要测出I或Ih就可 求出其穿透厚度h。另一方面，当I0、 μ 、h等已知 后，只要测出I就可求物质的密度ρ 。
I I 0e
h
式中I、I0分别为射线穿透物质前、后的辐射 强度，h为穿透物质的厚度，ρ为物质的密度， μ为物质的质量吸收系数。
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三种射线中，γ射线穿透能力最强， β射线次之，α射线最弱，γ射线的穿透厚 度比α、β要大得多。 β射线穿透物质时，容易改变其运动 方向而产生散射现象。当产生相反方向散射时， 即出现了反射现象。反射的大小取决于散射物 质的性质和厚度。β射线的散射随物质的原子序数 增大而加大。当原子序数增大到极限情况时，投射 到反射物质上的粒子几乎全部反射回来。
闪烁计数器示意图
9.1 核辐射传感器
9.1.3 核辐射检测技术的应用
1.核辐射在线测厚仪 2.核辐射物位计
3.核辐射流量计
4.核辐射探伤
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1、核辐射在线测厚仪
4 放大 3 2 1 R 检测仪表 5 6 7
9
8
9.1 核辐射传感器
2、核辐射物位计
不同介质对γ射线的吸收能力不 同，一般固体最强，液体次之，气体最差。 当射线射入厚度为H的介质时，会有一部 分被介质吸收掉。透过介质的射线强度I与入射 强度I0之间有如下关系： 式中 —吸收系数，条件固定时为常数。变形 1 为： H ln I ln I
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2．核辐射与物质间的相互作用 (1) 电离作用 当具有一定能量的带电粒子穿透物质 时，在它们经过的路程上就会产生电离作 用，形成许多离子对，电离作用是带电粒子 和物质相互作用的主要形式。 α粒子（射线）由于能量、质量和带电量大， 故电离作用最强，但射程(带电粒子在物质中穿行时、 能量耗尽前所经过的直线距离)较短。 β 粒子质量小，电离能力比同样能量的 α 粒子要弱， 由于β粒子易于散射，所以其行程是弯曲的。 γ粒子几乎没有直接的电离作用。
9.1 核辐射传感器
在辐射线的电离作用下，每秒钟产生的 离子对的总数，即离子对形成的频率可出下 式表示：
1 E fe CI 2 Ed
式中：E — 带电粒子的能量； Ed— 离子对的能量； I — 辐射源的强度； C — 辐射源强度为1Ci时，每秒放射出的粒子数。
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(2)核辐射线的吸收、散射和反射 α、β、γ射线穿透过物质程中，一部分 粒子能量被物质吸收，一部分粒子被散射掉， 能量将按下述关系式衰减：