1、2022-7-221核技术应用发展及其防护核技术应用发展及其防护 陈志陈志 副教授副教授E-mail:电话及传真：电话及传真：0551-63606142 15209840358中国科学技术大学核科学技术学院中国科学技术大学核科学技术学院2022-7-222 2主要内容主要内容v 核技术发展概述；核技术发展概述；v 核技术的物理基础与支撑技术；核技术的物理基础与支撑技术；v 射线和粒子束技术及其应用；射线和粒子束技术及其应用；v 放射性核素技术及其应用；放射性核素技术及其应用；v 核技术应用过程中的防护；核技术应用过程中的防护；v 事故案例；事故案例；v 补充事项。补充事项。2022-7-223
2、核技术发展概述核技术发展概述v核技术大事记；核技术大事记；v核技术的地位；核技术的地位；v什么是核技术；什么是核技术；v 核技术的应用领域。核技术的应用领域。2022-7-224核技术大事记核技术大事记l1896年贝可勒尔发现铀的放射性质 l1895年伦琴发现X射线铀矿石世界上第一张X光照片l1898年居里夫人发现钋和镭唯一一位在两个不同学科领域、两次获得诺贝尔奖 2022-7-225l1923年Hevesy首先用天然放射性212Pb研究铅盐在豆科植物内的分布和转移。提出“tracer”的概念。l1928 Geiger&Muller 提出测定电离辐射的方法，盖革、弥勒发明了为电离辐射计数的盖革
3、-弥勒计数器。豆科植物盖革计数器l1930年劳伦斯制成的第一台回旋加速器回旋加速器l1932 Anderson发现positron(正电子)，J.Chadwick发现neutron(中子)。威尔逊云室 核技术大事记核技术大事记2022-7-226l1942年 Enrico Fermi在芝加哥大学展示第一个核子反应堆（我国19？）。l1945年 原子弹（我国1964）。l1934年，约里奥居里和伊丽芙居里第一次得到人工放射性物质，Enrico Fermi 利用中子产生放射性同位素。天然放射性同位素只有40几种，而今人工制造的放射性同位素已达1000多种。l1938 Hahn等发现235U核裂变。
4、l1939 Pierre Curie和Fermi发现链式核反应。核技术大事记核技术大事记2022-7-227l1948 Hofstadter开发用于开发用于Gamma探测的探测的碘化钠晶体，碘化钠晶体，scintillation counter诞生诞生。l1952 氢弹（我国氢弹（我国1967）。）。l1955 核潜艇（我国核潜艇（我国1971）l1957 核电站（美国核电站（美国60MW）,（我国我国19831983秦山一期开工，秦山一期开工，自主设计）。自主设计）。l20201313 我们一起学习核技术。我们一起学习核技术。核技术大事记核技术大事记2022-7-228核技术的地位核技术的地
5、位是现代科学技术的重要组成部分；是现代科学技术的重要组成部分；是当代最主要的是当代最主要的尖端技术之一尖端技术之一；是社会现代化的标志之一。是社会现代化的标志之一。在当代高新技术在当代高新技术(6(6项项)中，中，占有重要份额占有重要份额。电子信息技术、生物技术、新材料、新能电子信息技术、生物技术、新材料、新能源、海洋技术、航天技术。源、海洋技术、航天技术。2022-7-229 1 1）电力系统）电力系统 1111）高速公路）高速公路 2 2）汽车）汽车 1212）航天）航天 3 3）飞机）飞机 1313）因特网）因特网 4 4）自来水）自来水 1414）成像技术）成像技术 5 5）电子技术）
6、电子技术 1515）家用电器）家用电器 6 6）无线电和电视）无线电和电视 1616）保健设施）保健设施 7 7）农业机械化）农业机械化 1717）石油化工）石油化工 8 8）计算机）计算机 1818）激光和光纤）激光和光纤 9 9）电话）电话 1010）空调制冷）空调制冷 2020）高性能材料）高性能材料2020世纪最伟大工程技术成就世纪最伟大工程技术成就-20 -20 项项 美国工程技术界评出2000/10/1119）核技术2022-7-2210社会经济效益显著。社会经济效益显著。19931993年，美国核技术的年，美国核技术的非动力应用非动力应用对美国经济对美国经济的贡献达到的贡献达到2
7、5702570亿美元亿美元，是，是核电的核电的3.53.5倍倍，占美国，占美国GDPGDP的的3.93.9，并创造了，并创造了370370万个就业岗位，是核电万个就业岗位，是核电的的3.53.5倍。倍。20042004年，中国核技朮总产值年，中国核技朮总产值400400亿元人民币。亿元人民币。随后随后5 5年达到年达到10001000亿元人民币，并长期保持在亿元人民币，并长期保持在1515以上的增长速度。以上的增长速度。核技术的地位核技术的地位2022-7-2211什么是核技术？什么是核技术？核技术能干什么？核技术能干什么？2022-7-2212什么是核技术？什么是核技术？什么是什么是核技术核
8、技术？核技术是基于原子核科学基础知识、粒子加速与射线产生的原理和方法，利核技术是基于原子核科学基础知识、粒子加速与射线产生的原理和方法，利用射线与物质相互作用而产生的物理、化学或生物效应为人类各项事业服务的交用射线与物质相互作用而产生的物理、化学或生物效应为人类各项事业服务的交叉学科领域。叉学科领域。核技术核技术是核科学的技术应用，是当代最新的尖端技术和社会现代化的标志之一。是核科学的技术应用，是当代最新的尖端技术和社会现代化的标志之一。-国家自然科学基金委员会国家自然科学基金委员会核技术核技术是以核物理、辐射物理、放射化学、辐射化学和核辐射与物质相互作用为是以核物理、辐射物理、放射化学、辐射
9、化学和核辐射与物质相互作用为基础，以加速器、反应堆、核辐射探测器和核电子学为支撑技术的综合性很强的基础，以加速器、反应堆、核辐射探测器和核电子学为支撑技术的综合性很强的现代科学技术。现代科学技术。-罗顺忠核技术应用罗顺忠核技术应用粒子加速器技术、核探测技术与核电子学、射线与粒子束技术、放射性核素等统粒子加速器技术、核探测技术与核电子学、射线与粒子束技术、放射性核素等统称称核技术核技术122022-7-2213什么是核技术？什么是核技术？研究和应用与“核”有关的技术核武器、核能源、核动力、.军用核技术、民用核技术核武器核变(裂变、聚变)及生化效应核能与核动力(核工程)反应堆、热工核技术(非动力核
10、技术)同位素与辐射技术2022-7-2214 核技术的应用领域核技术的应用领域 军事军事科学研究科学研究考古考古工业工业农业农业核医学核医学环境环境核技术核技术核技术诊断与辐照治疗核技术诊断与辐照治疗辐射育种、辐射不辐射育种、辐射不育防治虫害和同位育防治虫害和同位素示踪等。素示踪等。通过测定碳通过测定碳-l4的浓度的浓度测定文物、化石、煤测定文物、化石、煤炭等的年代。炭等的年代。环境污染环境污染治理和分治理和分析检测析检测我国的10MeV直线感应加速器中国第一颗原子弹爆炸烟云中国第一颗原子弹爆炸烟云核物理和核物理和放射化学放射化学等基础研等基础研究。究。优化的EDTMP结构 2022-7-22
11、15核技术的物理基础与支撑技术核技术的物理基础与支撑技术v射线和粒子束与物质的相互作用；射线和粒子束与物质的相互作用；v粒子加速器技术；粒子加速器技术；v核探测技术；核探测技术；v其它支撑技术。其它支撑技术。2022-7-2216射线和粒子束与物质的相互作用射线和粒子束与物质的相互作用v射线和粒子在介质中被散射或吸收阻止、其能量射线和粒子在介质中被散射或吸收阻止、其能量逐步损失；逐步损失；v物质在射线和粒子束的作用下产生电离、激发、物质在射线和粒子束的作用下产生电离、激发、溅射、次级射线或次级粒子发射等物理效应；溅射、次级射线或次级粒子发射等物理效应；v这些研究一方面提供了核结构信息这些研究一
12、方面提供了核结构信息,另一方面也为另一方面也为研制核探测器、防护辐射危害、以及开展各种核研制核探测器、防护辐射危害、以及开展各种核技术应用工作打下了基础。技术应用工作打下了基础。2022-7-2217粒子加速器技术粒子加速器技术 自自20 世纪世纪30 年代初开始年代初开始,倍压加速器、静电加速倍压加速器、静电加速器、射频超导直线加速器、回旋加速器等陆续发器、射频超导直线加速器、回旋加速器等陆续发展起来。展起来。加速器技术在多学科研究、国民经济、医学、国加速器技术在多学科研究、国民经济、医学、国防等方面也得到了日益广泛的应用。防等方面也得到了日益广泛的应用。2022-7-2218核探测技术核探
13、测技术 核探测技术是高能物理及核物理实验研究的基础核探测技术是高能物理及核物理实验研究的基础,也是核技也是核技术的重要支撑技术。术的重要支撑技术。通常的核探测器主要包括通常的核探测器主要包括气体探测器气体探测器(利用射线或粒子束在利用射线或粒子束在气体介质中的电离效应探测辐射气体介质中的电离效应探测辐射)、闪烁体探测器闪烁体探测器(利用射利用射线或粒子束在闪烁体中的发光效应进行探测线或粒子束在闪烁体中的发光效应进行探测)及及半导体探半导体探测器测器(利用射线或粒子束在半导体介质中产生的电子空穴对利用射线或粒子束在半导体介质中产生的电子空穴对在电场中的漂移来探测辐射在电场中的漂移来探测辐射)。诺
14、贝尔物理奖获得者丁肇中领导研制的诺贝尔物理奖获得者丁肇中领导研制的磁谱仪磁谱仪，使命是，使命是寻找宇宙中的反物质和暗物质寻找宇宙中的反物质和暗物质,并对宇宙中各种同位素的相并对宇宙中各种同位素的相对丰度和高能量光子进行精确的测量。对丰度和高能量光子进行精确的测量。2022-7-2219其他支撑技术其他支撑技术v 核电子学；核电子学；v 辐射源与放射性核素制备技术；辐射源与放射性核素制备技术；v 辐射剂量学和辐射防护技术。辐射剂量学和辐射防护技术。2022-7-2220射线和粒子束技术及其应用射线和粒子束技术及其应用v在基础研究中的应用；在基础研究中的应用；v在工业中的应用；在工业中的应用；v在
15、医学中的应用；在医学中的应用；v在农业和环境保护中的应用。在农业和环境保护中的应用。2022-7-2221在基础研究中的应用在基础研究中的应用 各种射线和粒子束与物质相互作用会使入射的初级射线各种射线和粒子束与物质相互作用会使入射的初级射线和粒子的状态或参数发生变化和粒子的状态或参数发生变化,在有些情况下还会产生次在有些情况下还会产生次级射线和次级粒子。这些变化和次级发射在很大程度上级射线和次级粒子。这些变化和次级发射在很大程度上取决于靶物质本身的组成、结构和特性。因此取决于靶物质本身的组成、结构和特性。因此,对于物理对于物理、化学、生物、地质、考古等学科所研究的各种实体与、化学、生物、地质、
16、考古等学科所研究的各种实体与物质物质,射线与粒子束技术亦是有力的分析手段。通常我们射线与粒子束技术亦是有力的分析手段。通常我们将这类技术统称为将这类技术统称为核分析技术核分析技术。核分析技术主要包括核分析技术主要包括活化分析技术、离子束分析技术和活化分析技术、离子束分析技术和超精细相互作用超精细相互作用核分析技术三大类。核分析技术三大类。2022-7-2222核分析技术核分析技术vX射线荧光分析射线荧光分析(ED、WD、TR)v粒子诱发荧光分析（粒子诱发荧光分析（P、e）v微束（微区）分析微束（微区）分析v中子活化分析中子活化分析v粒子束分析粒子束分析v背散射分析背散射分析2022-7-222
17、3核分析技术核分析技术X X射线荧光分析射线荧光分析2022-7-2224核分析技术核分析技术中子活化分析中子活化分析v把极少量的待分析样品经把极少量的待分析样品经中子源照射后中子源照射后，不同，不同的核素变成其的核素变成其对应的放射性同位素对应的放射性同位素，这些放射，这些放射性核素一般发生性核素一般发生衰变或轨道电子俘获（衰变或轨道电子俘获（E.C）.放出一定能量的强度的射线。通过测量这些射放出一定能量的强度的射线。通过测量这些射线的能量和强度，从而就可确定出待测元素的线的能量和强度，从而就可确定出待测元素的种类和含量。种类和含量。2022-7-2225核分析技术核分析技术离子束分析离子束
18、分析n背散射背散射KEEMMMMM1022122112212(sin)cos1965年出土，该剑长期埋于地下年出土，该剑长期埋于地下,仍光彩夺目仍光彩夺目,非常锋利。说明在非常锋利。说明在2500多年前多年前,我国的冶炼业我国的冶炼业已经相当发达。已经相当发达。复旦大学曾在复旦大学曾在80年代利用年代利用PIXE（质子（质子X荧光荧光分析）方法分析）方法测试了越王勾践的佩剑成分，表测试了越王勾践的佩剑成分，表明其主要成分为铜和锡，并有少量的铁和铅。明其主要成分为铜和锡，并有少量的铁和铅。核分析技术核分析技术 离子束分析（离子束分析（越王勾践剑）越王勾践剑）黄花纹 黑花纹核分析技术核分析技术 越
19、王勾践剑越王勾践剑 2022-7-2228核分析技术核分析技术离子束分析离子束分析含砷头发含砷头发大气污染大气污染2022-7-2229核分析技术核分析技术离子束分析离子束分析n 核反应分析核反应分析n 利用特定的核利用特定的核反应，测定反反应，测定反应产物；应产物；2022-7-2230矿泉水矿泉水2022-7-2231在工业中的应用在工业中的应用v 辐射加工；辐射加工；v无损检测；无损检测；v 工业核仪表。工业核仪表。2022-7-2232辐射加工技术的定义辐射加工技术的定义 是用于工业、农业等部门的实用是用于工业、农业等部门的实用技术。它基于辐射作用下物质的技术。它基于辐射作用下物质的物
20、理物理性质性质、化学性质化学性质或或生物性质生物性质发生暂时发生暂时性或永久性的变化。性或永久性的变化。322022-7-2233辐射工艺辐射工艺(辐射加工辐射加工)v食品保鲜：食品保鲜：g g辐照灭菌辐照灭菌v辐射消毒：辐射消毒：g g辐照灭菌辐照灭菌v辐射育种：辐射育种：g g 辐照导致遗传基因变异。重离辐照导致遗传基因变异。重离子辐照子辐照v辐照治疗：放射性治疗辐照治疗：放射性治疗v辐照交联：辐照活化辐照交联：辐照活化v辐照降解：辐照活化辐照降解：辐照活化v电子脱硫、脱硝电子脱硫、脱硝v辐射加固辐射加固34342022-7-22辐射交联聚乙烯热收缩缠绕带辐射交联聚乙烯防水帽2022-7-
21、2235u 射线辐照装置射线辐照装置p 采用的最多的是：采用的最多的是：60Co或137Cs；p 具有以下特性：具有以下特性：较强的穿透能力；较强的穿透能力；较长的半衰期；较长的半衰期；较高的比活度；较高的比活度；生产和运输费用低。生产和运输费用低。u 电子束辐照装置电子束辐照装置 能量小于或等于能量小于或等于10MeV的电子加速器的任何设备都没的电子加速器的任何设备都没有感生放射性，各种加速器的主要不同在于电子束的加速有感生放射性，各种加速器的主要不同在于电子束的加速方式和所需高压的产生方式。方式和所需高压的产生方式。辐照器的类型辐照器的类型2022-7-2236辐照加工应用技术的优点辐照加
22、工应用技术的优点u 节能和环境保护节能和环境保护 ；u 可在常温，甚致低温下进行加工；可在常温，甚致低温下进行加工；u 反应速率与产量易于控制，产品性能优异；反应速率与产量易于控制，产品性能优异；u 产品纯净，无添加剂和残留物，这对生物医学产品纯净，无添加剂和残留物，这对生物医学产品尤为重要；产品尤为重要；u 可引发固态反应，补充常规方法之不足；可引发固态反应，补充常规方法之不足；u 可用快速度加工，提高产量。可用快速度加工，提高产量。362022-7-2237辐照加工应用技术的缺点辐照加工应用技术的缺点v 一次性投资较高，如工业电子加速器少则一次性投资较高，如工业电子加速器少则12百万元，多
23、则上千万元不是一般企业能承受的；百万元，多则上千万元不是一般企业能承受的；v 与常规方法竞争激烈，常规方法能胜任的加与常规方法竞争激烈，常规方法能胜任的加工工业，辐照法很难发展工工业，辐照法很难发展；v 多数人在心理上对放射性有排斥性，这在目多数人在心理上对放射性有排斥性，这在目前或多或少妨碍了核技术的顺利发展。前或多或少妨碍了核技术的顺利发展。372022-7-2238工业工业CTCT的应用的应用v无损检测无损检测 质量控制、物件的组成、结构、材料等质量控制、物件的组成、结构、材料等 精密器件的内部探伤精密器件的内部探伤v安安全检测全检测 集装箱安全检测集装箱安全检测 航空箱检测航空箱检测
24、打击走私打击走私2022-7-2239u集装箱CT2022-7-2240福来尔轿车透视图福来尔轿车透视图上图：水平透视图；下图：垂直透视图上图：水平透视图；下图：垂直透视图汽车内部结构扫描汽车内部结构扫描2022-7-2241CT 截面扫描图截面扫描图左图：前轮部位；右图：后轮部位左图：前轮部位；右图：后轮部位从中可以清晰看出前轮部位减震器弹簧、轮胎等的结构截面，后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。2022-7-2242卡车扫描图象卡车扫描图象2022-7-2243集装箱检测集装箱检测2022-7-2244集装箱和车辆检测系统集装箱和车辆检测系统Fixed Position Truck Sca
25、nnerMobile Truck and Cargo Scanner2022-7-2245安全检测安全检测n物性判别：汽油、炸弹等危险物品物性判别：汽油、炸弹等危险物品n例如例如，同是液体的水和汽油的密度分别是同是液体的水和汽油的密度分别是1.0 和和0.7，很容易区分。很容易区分。航航空空箱箱的的断断层层图图像像箱中有3个塑料瓶子,里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶)或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外,在一盒黄油脂内埋藏一块肥皂,利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT 检测系确实
26、具备了物性判别的功能。2022-7-2246安全控制安全控制质量控制质量控制小型小型X X射线检测系统射线检测系统2022-7-2247XCT2022-7-2248X X射线行李包检查系统射线行李包检查系统482022-7-2249X X射线行李包检查系统射线行李包检查系统 工作原理：工作原理：一束经经过准直器的非常薄的一束经经过准直器的非常薄的x x射线束穿过输送带上射线束穿过输送带上的被检物品，的被检物品，X X射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通射线被被检物品吸收，最后轰击安装在通道内的探测器。道内的探测器。探测器把探测器把X X射线转变为电信号，这些很弱的电流信号射线转变为电信号，这些
27、很弱的电流信号被放大，并送到信号处理机箱作进一步处理。被放大，并送到信号处理机箱作进一步处理。当被检物检查时，非常薄的扇形当被检物检查时，非常薄的扇形x x射线束一线一线地射线束一线一线地扫过被检物，相当于对被检物进行切片。图象采集系统收扫过被检物，相当于对被检物进行切片。图象采集系统收集并存储每一扫描线的图象信息，而得到了被检物的整个集并存储每一扫描线的图象信息，而得到了被检物的整个图像信息。图像信息。4950502022-7-22核技术应用与辐射防护射线探伤 内部缺陷对于金属材料与工件，特别是承受高压、高温、高速运转及易爆的机件，是极其危险的隐患。因此，产品质量的无损检验也就有特别重要的意
28、义。YG-192和YG-192C射线探伤机2022-7-2251射线探伤射线探伤l 利用利用射线对被检查的部件内部缺陷或结构进行射线对被检查的部件内部缺陷或结构进行探测；探测；l 多运用于被检查的部件较薄，可以随时随地的开多运用于被检查的部件较薄，可以随时随地的开展工作，保管方便，射线强度调整快捷，无需像展工作，保管方便，射线强度调整快捷，无需像放射源那样随时间衰减而更换等优点；放射源那样随时间衰减而更换等优点；l 射线探伤机工作时需要电源，仅适合在固定场射线探伤机工作时需要电源，仅适合在固定场所或有电源保障的情况下使用。所或有电源保障的情况下使用。51512022-7-2252工业核仪表技术
29、工业核仪表技术核子密度计核子密度计泥沙计泥沙计浓度计浓度计品位仪品位仪核子核子(皮带皮带)秤秤核测井核测井射线测厚仪射线测厚仪其他其他灰分测量、煤质检测灰分测量、煤质检测核子料核子料(液液)位计、位计、核子料核子料(液液)位开关位开关水份计水份计2022-7-2253工业核仪表工业核仪表u 核仪器仪表是指利用放射性物质或核仪器仪表是指利用放射性物质或X X射线的特性，射线的特性，显示或测量被测物质或材料特性的仪器仪表或相应显示或测量被测物质或材料特性的仪器仪表或相应的设备。的设备。u 具有快速、准确、非损坏性、不接触、可以实现具有快速、准确、非损坏性、不接触、可以实现自动检测或连续检测等特点。
30、自动检测或连续检测等特点。u 包括辐射密度计、料位计、核子秤、测厚仪、中包括辐射密度计、料位计、核子秤、测厚仪、中子水分仪等。子水分仪等。532022-7-2254工业核仪表工业核仪表u密封放射源仪表密封放射源仪表 凡带有密封放射源都仪表统称为密封放射源凡带有密封放射源都仪表统称为密封放射源仪表。使用都放射源大多是仪表。使用都放射源大多是、类源，活度一类源，活度一般在般在1071010Bq（毫居里级或居里级）水平。（毫居里级或居里级）水平。u使用使用X射线工作的仪器仪表射线工作的仪器仪表 关键部件是发射关键部件是发射X射线的器件。只有在通电射线的器件。只有在通电开机时才有开机时才有X辐射。辐射
31、。542022-7-2255核仪器仪表核仪器仪表 按照照射线入射到探测器前与物质发生按照照射线入射到探测器前与物质发生相互作用的类型分为相互作用的类型分为3类：类：透射式辐射仪表透射式辐射仪表 反散射式核仪表反散射式核仪表 核反应式核仪表核反应式核仪表552022-7-2256透射式辐射仪表透射式辐射仪表工作原理工作原理 透射式辐射仪表的放射源和探测器分别透射式辐射仪表的放射源和探测器分别对应对应地地安放在被测物质地两边，入射射线穿透物质时安放在被测物质地两边，入射射线穿透物质时被减弱了，同时探测器测量出出射线的剂量率（被减弱了，同时探测器测量出出射线的剂量率（或计数率）。或计数率）。5620
32、22-7-2257反散射式核仪表反散射式核仪表 反散射式核仪表是利用射线与物质相互作用产生反散射式核仪表是利用射线与物质相互作用产生的的反散射反散射的一种核仪表。的一种核仪表。572022-7-2258核反应式核仪表核反应式核仪表 利用高能中子发生器把非放射性物利用高能中子发生器把非放射性物质质诱发诱发成放射性物质。成放射性物质。生成的放射性核素能发射出其能量生成的放射性核素能发射出其能量可被识别的可被识别的特征特征射线射线。582022-7-2259工业核仪表工业核仪表-核子密度计核子密度计例如：选矿工艺中例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田和石的在线检测和
33、控制；油田和石油化工过程油化工过程中油品含水率中油品含水率的测定；选煤厂的测定；选煤厂选煤液密度选煤液密度的检测和控的检测和控制；制；化工厂酸、碱、盐的浓度化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的在线检测；造以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸厂纸浆浓度纸浆浓度的测定和控制；的测定和控制；江河中水流含沙量江河中水流含沙量的测定。的测定。u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、以及两种物料的本比等。2022-7-2260u 测量密度时，测量密度时，137137CsCs源发出源发出射线进入被测材料，射线进入被测材料，穿过被测材料的穿过被测材料的射线被装在
34、射线被装在 仪器内的探测器仪器内的探测器(G-(G-M M计数管计数管)接收并给出计数。接收并给出计数。u如果材料的密度较低，穿过材料的如果材料的密度较低，穿过材料的射线就较强，射线就较强，探测器探测器 在单位时间内的计数就较高，反之，如果在单位时间内的计数就较高，反之，如果材料的密度较高，高密度材料对材料的密度较高，高密度材料对射线的屏蔽较强射线的屏蔽较强，探测器在单位时间内的计数就较低。，探测器在单位时间内的计数就较低。60工业核仪表工业核仪表-核子密度计核子密度计2022-7-2261核子湿度密度仪核子湿度密度仪u 测量水分时，中子源发射的中子进入被测材料，测量水分时，中子源发射的中子进
35、入被测材料，高能中子与被测材料水分中的氢原子相互作用而高能中子与被测材料水分中的氢原子相互作用而降低能量成为慢中子，慢中子被仪器内的探测器降低能量成为慢中子，慢中子被仪器内的探测器接收。接收。u 被测材料含水量大，慢中子数就多，探测器的计被测材料含水量大，慢中子数就多，探测器的计数就高，反之就低。然后，微处理机把接收到的数就高，反之就低。然后，微处理机把接收到的计数通过数据处理，得到被测材料的水分量。计数通过数据处理，得到被测材料的水分量。612022-7-2262工业核仪表工业核仪表-核子密度计核子密度计2022-7-2263n原理：原理：利用利用物料对物料对射线的吸收射线的吸收原理原理。放
36、射源发出的。放射源发出的射线穿射线穿过穿透输送机上的物料后过穿透输送机上的物料后，强强度减弱，物料越多，减弱的程度减弱，物料越多，减弱的程度越大，探测器接受的射线强度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出脉度也减少，根据探测器输出脉冲数变化，就可以测出输送机冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少。上物料的多少。如果同时测出如果同时测出输送速度输送速度，则物料对速度之积分就是则物料对速度之积分就是单位单位时间传送物料的重量。时间传送物料的重量。工业核仪表工业核仪表-核子核子(皮带皮带)秤秤使用的放射性核素主要是使用的放射性核素主要是137Cs，活度在，活度在30mCi至至130mCi。
37、2022-7-2264工业核仪表工业核仪表料位计及料位开关料位计及料位开关n原理：原理：检测检测射线射线穿透料仓或管道中物料穿透料仓或管道中物料后的强度后的强度，根据，根据射线强射线强度的变化度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。n 放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。料位计常用料位计常用60Co和和137Cs源，源，活度从活度从10mCi到到1Ci不等。不等。2022-7-2265工业核仪表工业核仪表料位计及料位开关料位计及料位开关v用途：用途：n用于工业过程中用于工业过
38、程中对料位和液位进行定点检测和报警对料位和液位进行定点检测和报警控制控制，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测行非接触式检测。n如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、化工等系统化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控进行料位上下限的检测和报警控制制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运输车、；可用于矿车
39、、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。制。食品、饮料自动生产线的罐装自动控制等。2022-7-2266v放射性同位素射出的射线通过被测物质放射性同位素射出的射线通过被测物质时，局部被吸收或散射。时，局部被吸收或散射。v当放射源的强度和被测物质不变时，射当放射源的强度和被测物质不变时，射线强度的变化仅与被测物质的厚度有关。线强度的变化仅与被测物质的厚度有关。66工业核仪表工业核仪表射线测厚仪射线测厚仪2022-7-2267工业核仪表工业核仪表射线测厚仪射线测厚仪2022-7
40、-2268(2)X(2)X射线荧光测镀锌板的镀层厚度射线荧光测镀锌板的镀层厚度原理：利用241Am放射源产生的射线直接照射在镀锌的薄板上，激发出锌和铁的特征X荧光。X荧光经正比计数管探测后得到Zn和Fe的能谱曲线，根据谱线的峰面积大小求出锌层的顶部、底部及平均厚度。2022-7-2269美国EMC公司研制X-RAY在线测厚仪工业核仪表工业核仪表射线测厚仪射线测厚仪2022-7-2270测测 厚厚 仪仪u 放射性测厚仪按放射性测厚仪按辐射方式辐射方式分为分为穿透式（穿透式（透射式）透射式）和和反散射式反散射式两种；两种；u 按使用的按使用的放射源的种类放射源的种类，测厚仪分为：，测厚仪分为：射线
41、测厚仪射线测厚仪 射线测厚仪射线测厚仪 轫致辐射测厚仪轫致辐射测厚仪 X X射线荧光测厚仪射线荧光测厚仪702022-7-2271测测 厚厚 仪仪u 用于监测连续生产过程中金属板、薄膜用于监测连续生产过程中金属板、薄膜、纸张和镀层管的厚度；、纸张和镀层管的厚度；u 测厚仪常用的放射性同位素有测厚仪常用的放射性同位素有14C、60Co、85Kr、90Sr等。等。712022-7-227272测厚仪测厚仪2022-7-2273工业核仪表工业核仪表矿石品位仪矿石品位仪n矿石品位仪矿石品位仪(1)原理：采用原理：采用电子对效应和散射光子联合测定方法电子对效应和散射光子联合测定方法。当铁原子当铁原子和高
42、和高能能射线发生相互作用时，射线发生相互作用时，产产生电子对的几率远远大于矿石中的生电子对的几率远远大于矿石中的其他元素其他元素，对湮没辐射和散射光子的混合谱进行分析，就可得到，对湮没辐射和散射光子的混合谱进行分析，就可得到铁的品位值。铁的品位值。用于矿石或矿粉输送过程中铁品位的在线连续检测。用电子对效应测量铁矿石(或矿粉)中铁的品位，不受矿石的颗粒度、密度、疏松度、环境等外界因素的影响。2022-7-2274工业核仪表工业核仪表矿浆品位仪矿浆品位仪v矿浆品位仪矿浆品位仪 (1)原理：多能量原理：多能量吸收法，选取吸收法，选取合适的射线能量，使测量不受合适的射线能量，使测量不受矿石粒度、浓度和
43、成分变化的矿石粒度、浓度和成分变化的影响。影响。(2)用途：铁矿石处理工艺中原矿、用途：铁矿石处理工艺中原矿、精矿、尾矿液流中的铁品位和精矿、尾矿液流中的铁品位和沙石含量的在线检测和控制；沙石含量的在线检测和控制；2022-7-2275工业核仪表工业核仪表煤质及灰分测量煤质及灰分测量v 煤灰份是煤的品质的重煤灰份是煤的品质的重要指标。要指标。v 现在通用的方法是化学现在通用的方法是化学检验法，但化学检验法检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后性，存在着比较大的滞后性，无法在线检验，这样就无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可给生产或使用造成不可避免的损失。避免的损失。76v 核测井技术是随着
44、当代核技术的发展和石油、煤炭、地质矿石油、煤炭、地质矿产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。v 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，核测核测井技术目前仍处在飞速发展之井技术目前仍处在飞速发展之中中。工业核仪表工业核仪表核测井核测井2022-7-2277v 射线测井在煤田地质勘探中广泛应用；射线测井在煤田地质勘探中广泛应用；v 应用放射性同位素应用放射性同位素60Co、241Am或或137Cs；v 物质密度小，吸收物质密度小，吸收射线少，而散射射线少，而散射射线射线多。多。77工业核仪表工业核仪表射线射线测井测井2022-7-2278
45、工业核仪表工业核仪表射线测井射线测井散射能谱测井示意图l散射能谱测井利用源发出的射线与物质的相互作用引起的射线强度的变化和诱发的特征能谱加以确定物质的成份和含量。l早期只利用康普顿效应测定地层的密度，称补偿密度测井l同时利用光电效应和康普顿效应，测定地层的岩性和密度，称岩性密度测井l岩性密度测井进一步改进又发展为能谱岩性密度测井2022-7-2279中子测井中子测井v大多使用大多使用AmBe中子源，活度约中子源，活度约n10Bqn1011Bq（属于（属于类源）；类源）；v中子测井包括中子测井包括 中子中子测井和中子中子中子测井和中子测井。测井。792022-7-2280中子测井中子测井8020
46、22-7-2281工业核仪表工业核仪表水份计水份计v测水份测水份82822022-7-22在线射线测厚仪铝箔生产2022-7-2283离子感烟火灾探测器离子感烟火灾探测器83烟雾探测器烟雾探测器镅镅-241烟雾报警器烟雾报警器2022-7-2284离子感烟火灾探测器离子感烟火灾探测器v主要使用主要使用241Am放射源，含量约几放射源，含量约几kBq到到40kBq不等，小于豁免水平。不等，小于豁免水平。v 离于型感烟火灾探测器的制造、装配和拆洗工离于型感烟火灾探测器的制造、装配和拆洗工作属于作属于放射工作放射工作。作业场所应配备外照射剂量监。作业场所应配备外照射剂量监测和表面污染的监测仪器。测和
47、表面污染的监测仪器。842022-7-2285静电消除器静电消除器v静电消除器不断地放射出的射线能使介质静电消除器不断地放射出的射线能使介质(空气空气)电离，这样就在静电的表面与消除器之间形成了电离，这样就在静电的表面与消除器之间形成了通路，使积累的静电泄漏或中和，从而完成静电通路，使积累的静电泄漏或中和，从而完成静电消除工作。消除工作。v大多采用大多采用放射源放射源147147Pm(Pm(钷钷p)p)9090SrSr、9090Y(Y(钇钇Y)Y)、204204TiTi等放射性同位素生产静电消除器。也有使用等放射性同位素生产静电消除器。也有使用粒子作为静电消除器放射源的，虽然它的射程短粒子作为
48、静电消除器放射源的，虽然它的射程短，但发射的局部能量较高。，但发射的局部能量较高。852022-7-2286静电消除器静电消除器v 在装有静电消除器的区域工作的人员不会受在装有静电消除器的区域工作的人员不会受到有影响的辐射照射，但是维修静电消除器的到有影响的辐射照射，但是维修静电消除器的工作人员在短时间内会接受某一种程度的受照工作人员在短时间内会接受某一种程度的受照剂量。剂量。v 所以，维修、安装、保管静电消除器的人员所以，维修、安装、保管静电消除器的人员要佩戴个人剂量计，并定期监测和建立个人剂要佩戴个人剂量计，并定期监测和建立个人剂量档案。量档案。862022-7-2287X X荧光分析仪荧
49、光分析仪工作原理：工作原理：射线照射靶物质时，通过光电相互作用，使射线照射靶物质时，通过光电相互作用，使靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征靶原子受激，退激时，跃迁能量以特征X X射线形射线形式释放出来，称为式释放出来，称为X X射线荧光。射线荧光。不同元素的壳层电子受激发后，其退激时，不同元素的壳层电子受激发后，其退激时，会发射不同能量的特征会发射不同能量的特征X X射线，它们与元素所处射线，它们与元素所处的物理和化学状况几乎无关。的物理和化学状况几乎无关。872022-7-2288X荧光分析仪荧光分析仪u x x荧光分析仪根据测量到特征荧光分析仪根据测量到特征X X射线的谱峰的能量射线的谱峰
50、的能量信息即可以判断元素的种类；而根据谱峰的强度信息即可以判断元素的种类；而根据谱峰的强度就可以分析出各元素的含量。就可以分析出各元素的含量。u 定性分析：不同元素的荧光定性分析：不同元素的荧光x x射线具有各自的特射线具有各自的特定波长，因此根据荧光定波长，因此根据荧光x x射线的波长可以确定元素射线的波长可以确定元素的组成。的组成。u 定量分析：元素的荧光强度和元素的含量相关。定量分析：元素的荧光强度和元素的含量相关。882022-7-2289X荧光分析仪荧光分析仪892022-7-2290在医学中的应用在医学中的应用v 核医学成像；核医学成像；v 肿瘤的放射治疗。肿瘤的放射治疗。2022
