1、核辐射传感器核辐射传感器 nuclear-radiation transducer 测控测控09-2班班小组成员：小组成员：李李 松松 柏柏 杨杨 蒋侠有蒋侠有 张张 辉辉 朱朱 乔乔核辐射传感器核辐射传感器中文名称：中文名称：核辐射传感器核辐射传感器 英文名称：英文名称：nuclear radiation transducer 定义：定义：利用核辐射检测技术，将感受的被测量转换利用核辐射检测技术，将感受的被测量转换成可用输出信号的传感器。成可用输出信号的传感器。近年来，核辐射传感器由于具有众多优良特近年来，核辐射传感器由于具有众多优良特性，得到了广泛的关注性，得到了广泛的关注。本文从核辐射的
2、性质入手，系统介绍了核辐本文从核辐射的性质入手，系统介绍了核辐射探测器的原理和几种核辐射传感器的工作射探测器的原理和几种核辐射传感器的工作原理、结构特点和使用场合。原理、结构特点和使用场合。在跟踪当代核辐射传感器前沿技术发展的同在跟踪当代核辐射传感器前沿技术发展的同时，对他们的进行了特性分析与应用的初步时，对他们的进行了特性分析与应用的初步探讨。探讨。众所周知，各种物质都是由一些最基本的物质所组成。人们称这些最基本的物质为元素。人们称这些最基本的物质为元素。组成每种元素的最基本单元就是原子组成每种元素的最基本单元就是原子，每种元素的原子都不是只存在一种。具有相同的核电荷数Z而有不同的质子数A的
3、原子所构成的元素称同位素。假设某种同位素的原子核在没有外力作用下没有外力作用下，自动发生衰变自动发生衰变，衰变中释放出释放出射线、射线、射线、射线、射线、射线、X射线射线等，这种现象称为核辐射核辐射。实验表明，放射源的强度是 随着时间按指数定理而减低的随着时间按指数定理而减低的即式中：J0开始时的放射源强度；J经过时间为t以后的放射源强度；放射性衰变常数。teJJ0放射性同位素种类很多，由于核辐射检测仪表对采用的放射性同位素要求它的半衰期比较长，且对放射出来的射线能量也有一定要求。因此常用的放射性同位素只有20种左右，例如Sr90（锶）、Co60（钴）、Cs137（铯）、Am241（镅）等。射
4、线射线 射线通过气体时，使其分子或原子的轨道电子产生加速运动，如果此轨道电子获得足够大的能量，就能脱离原子成为自由电子，从而产生一对由自由电子和正离子组成的离子对，这种现象称为电离。在检测技术中，射线的电离效应、透射效应和散射效应都有应用，但以电离效应为主以电离效应为主，用用粒子来使气体电离比其它辐射强得多。粒子来使气体电离比其它辐射强得多。射线射线 粒子在穿经物质时，会使组成物质的分子或原子发生电离，但与射线相比射线的电离作用较小。由于粒子的质量比粒子小很多，因此更易被散射更易被散射。射线与射线相比，透射能力大，电离作用透射能力大，电离作用小小。在检测中主要是根据辐射吸收来测量材料的厚度、密
5、度或重量，根据辐射的反射来测量覆盖层的厚度，利用粒子很大的电离能力来测量气体流。射线射线与射线相比，射线的吸收系数小吸收系数小，它透过透过物质的能力最物质的能力最强强，在气体中的射程为几百米，并且能穿透几十厘米的固体物质，其电离作用最小。在测量仪表中，根据辐射穿透力强这一特性来制作探伤仪、金属厚度计和物位计等。核辐射探测器核辐射探测器核辐射探测器又称核辐射接收器，核辐射探测器又称核辐射接收器，它是核辐射传感器的重要组成部分。核辐射探测器的作用是将核辐射信号转换成电信号，从而探将核辐射信号转换成电信号，从而探测出射线的强弱和变化。测出射线的强弱和变化。由于射线的强弱和变化与测量参数有关，因此它可
6、以探测出被测参数的大小及变化。这种探测器的工作原理或者是根据在核辐射作用下某些物质的发光效应，或者是根据当核辐射穿过它们时发生的气体电离效应。当前常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。电离室电离室电离室是利用射线对气体的电离作用射线对气体的电离作用而设计的一种辐射探测器，它的重要部分是两个电极和充满在两个电极间的气体。气体可以是空气或某些惰性气体。电离室的形状有圆柱体和方盒状。放射线输出RIU123UU2U1OI U U外壳集电极高电阻电离室的结构意图 电离室的特性曲线 差分电离室正比计数管正比计数管它是由圆筒形的阴极和作为阳极的中央芯线组成的，内封有稀有气体、
7、氮气、二氧化碳等气体。当放射线射入使气体产生电离时，由于在芯线近旁电场密度高，电子碰撞被加速，在气体中获得足够的能量，碰撞其它气体分子和原子而产生新的离子对。正比计数管可以探测入射放射线的能量探测入射放射线的能量。RLU阴 极阳 极闪烁计数器闪烁计数器物质受放射线的作用而被激发，在由激发态跃迁到基态的过程中，发射出脉冲状的光的现象称为闪烁现象。能产生这样发光现象的物质称为闪烁体。闪烁计数器先将辐射能变先将辐射能变为光能为光能，然后再将光能变为电能而进行探测再将光能变为电能而进行探测，它由闪烁体和光电倍增管两部分组成。闪 烁 体放 射 线铝 壳橡 胶 板光 阴 级联 级光 电 倍 增 管阳 极半
8、导体探测器半导体探测器半导体探测器是近年来迅速发展起来的一种射线探测器射线探测器。我们知道荷电粒子一入射到固体中就与固体中的电子产生相互作用并失去能量而停止。而X射线或射线由于光电效应、康普顿散射、电子对生成等而产生二次电子，此高速的二次电子经过与荷电粒子的情况相同的过程而产生电子和空穴。若取出这些生成的电荷，可以将放射线变为电信号将放射线变为电信号。核辐射传感器核辐射传感器应用1、工业领域：厚度计、液面计、密度计、材料内部探伤等；2、医学领域：B超检测仪等3、国防：核研究、核检查、核防护等核辐射传感器包括 放射源放射源、探测器探测器和信号转换电路信号转换电路。核辐射传感器核辐射传感器广泛用在
9、制药厂，实验室，发电厂，采石场，紧急状况营救站，金属处理厂，地下油田和供油管道装备，环境保护等部门。检查局部的辐射泄露和核辐射污染，检查周围环境的氡辐射铯污染，检查钴60辐射污染，检查石材等建筑材料的放射性，检查有核辐射危险的填埋地和垃圾场，检测从医用到工业用的X射线仪器的X射线辐射强度，检查地下水，镭污染检查地下钻管和设备的放射性 监视核反应堆周围空气和水质的污染，检查个人的贵重财产和珠宝的有害辐射，检查瓷器餐具玻璃杯等的放射性、家居装饰的检测。核辐射厚度计核辐射厚度计它是利用射线穿透物质的能力射线穿透物质的能力来制成的检测仪表。它的特点是放射源放射源和核辐射探测器核辐射探测器分别置于被测物
10、体的两侧置于被测物体的两侧，射线穿过被测物体后射入核辐射探测器。由于物质的吸收，使得射入核辐射探测器的射线强度降低射线强度降低，其程度和物体厚度等有关程度和物体厚度等有关。电 子 线 路t核 辐 射 探测 器被 测 材 料放 射 源显 示 仪 表显 示仪 表振 荡 器功 放平 衡电 动 机放 射 源被 测 材 料电 离 室 1补 偿 楔电 离 室 2放 射 源角 位 移 传 感 器辐射式物位计辐射式物位计以应用射线检测物位的方法有很多。如图是定点测量定点测量的方法。将射线源I0与探测器安装在同一平面上，由于气体对射线的吸收能力远比液体或固体弱，因而当物位超过和低于此平面时，探测器接收到的射线强
11、度发生急剧变化。(a)(b)(c)(d)I0I0I0I0X荧光材料成分分析仪荧光材料成分分析仪根据初级射线从样品中激发出来的特征从样品中激发出来的特征X射线荧光射线荧光对材料成分进行定性分析和定量分析的。初级射线从样品中激发出来的特征X射线射入探测器，该探测器输出一个脉冲给脉冲高度分析器、定标器，给出以X射线荧光能量为横坐标的能谱曲线，由能谱曲线的峰位置及峰面积的大小就可以求出样品中含有元素及含量。安 全 屏 蔽 快门滤 光 片样 品 盒放 射 源探 测 器屏 蔽 外 壳样 品 台 架 孔 板样 品样 品样 品 盒样 品 台 架 孔 板探 测 器放 射 源EE0 X射线荧光分析仪 散射角示意图
12、液位测量计液位测量计液位信号器是对几个固定位置的液位进行测量，用于液位的上、下限报警用于液位的上、下限报警等。连续液位测量是对液位连续地进行测量，广泛应用于石油、化工等诸多领域，具有非常重要的意义。原理：射线的穿透力强，射程远，故在核辐射液位测量中广泛采用。实验证明，穿过物质前后射线强度会发生变化。碲锌镉半导体探测器碲锌镉半导体探测器半导体探测器是二十世纪六十年代以来得到迅速发展的一种核辐射探测器件，由于其使用条件要求严格而没有在军用装备中得到广泛的应用；九十年代以后发展迅速的化合物半导体探测器，作为一种可在室温下工作的核辐射探测器受到了普遍的重视。近年来发展起来的碲锌镉探测器(简称CZT探测
13、器)属于化合物半导体探测器化合物半导体探测器，它的工作介质是碲锌镉晶体(Cdl-xZnxTe)，是一种可在室温下使用的X射线和y射线探测器，并且受温度变化影响很小。Y射线矿浆浓度测最仪射线矿浆浓度测最仪矿浆浓度直接形响磨矿产品细度，矿浆枯度大，磨矿生产现场环境条件差，难以采用常规方法进行测量。同位素检测准确可靠，测量过程非接触，能解决采用其他测量方法难以解决的问题。穿过被测矿浆后的了射线强度由探测器测量，探测器将其转换成相应的电信号转换成相应的电信号，通过测量电路测量与处理，求出被侧矿浆浓度。实现了对矿浆浓度的连续测量连续测量，较好地满足了生产过程的测控要求。核辐射微机皮带秤核辐射微机皮带秤从放射源发出的射线，在穿透皮带输送机的皮带时，射线就要被吸收一部分。没有被吸收的射线则被电离室探测器接收。由于放射源发出的发出的射线强度可视为一个常数射线强度可视为一个常数，机械设备所吸收的数值所吸收的数值也是一个定量定量。当皮带上的物料越多皮带上的物料越多时，电离室探测器接受电离室探测器接受的信号就越弱的信号就越弱。当皮带上的物料越少时，电离室探测器接受的信号就越强。目前对电离室探测器输出的计量数率信号，经过适当处理后就可以用它来表示皮带上的物料荷重。其他方面应用射线检测仪 安检的应用THE END-谢谢观赏-
