核技术应用及进展

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1、1,辐射检测 Radiation Testing (Isotope Detection),2,同位素技术，彭根元等，北京农业大学出版社，1994。 辐射煤灰分仪，张志康等编著，原子能出版社。,3,利用放射性同位素的 自动检查装置理论基础 作者：H.H. 舒米洛夫斯基 .B. 密里特采尔 科学出版社 1961年11月第1版,4,现代高技术丛书 核能与核技术 作者：李士 查连芳 赵文彦 上海科学技术出版社 1994年12月第1版,5,核能源与核技术 作者：吴茂良 四川大学出版社 1994年8月第1版,6,核技术 作者：国家自然科学基金委员会 科学出版社 1991年10月第1版,7,射线检验 作者：

2、孙万铃 潘炳勋 杨新荣 国防工业出版社 1989年06月第1版,8,无损探伤 作者：云庆华 等(编著) 劳动出版社 1983年01月第1版,9,X射线探伤检验技术 作者：李 瑞 棠 烃加工出版社 1985年10月第1版,10,X射线激光 作者：彭惠民 王世绩 国防工业出版社 1997年11月第1版,11,中子照相 作者： 原子能出版社 1996年03月第1版,12,核检测技术,13,核检测技术原理、特点与问题,基本原理 利用射线(、X、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

3、量、挥发分等）。,14,核检测技术原理、特点与问题,基本理论 (1) 射线与物质的相互作用方式与特点 (X) ：光电效应、康普顿散射效应、电子对效应、 瑞利散射、背散射 ：电离、激发、散射、轫致辐射、切伦科夫效应 n ：散射、核反应、活化、核裂变,15,核检测技术原理、特点与问题,基本理论 (2) 发生作用的几率(截面) a) ：,Zi样品中第 i 种元素的原子序数； Wi样品中原子序数为Zi的元素的重量含量。,16,核检测技术原理、特点与问题,基本理论 (2) 发生作用的几率(截面) b)吸收截面()： 如射线：,是E和Zeff的复杂函数,17,核检测技术原理、特点与问题,基本理论 (2)

4、发生作用的几率(截面) c)散射截面()： 对射线： E0.511MeV时：,18,核检测技术原理、特点与问题,基本理论 (2) 发生作用的几率(截面) d)辐射粒子的几率()： 与产生的机理、样品的组成、入射粒子的种类及其能量等等许多因素有关。如： X射线荧光 中子活化 核反应、核裂变等等,19,核检测技术原理、特点与问题,基本方程 (1)吸收法(透射法),(,Zeff,d),在、d中，如果有任意两个变量是常数，就可以确定另一个变量。,20,核检测技术原理、特点与问题,基本方程 (2)反散射法,(Eo,Ef,Wi, Zeff, d ),对无穷厚样品：,21,核检测技术原理、特点与问题,基本方

5、程 (3)多层反散射的情况,1,1,1, Zeff1, d1 2,2,2, Zeff2, d2 3,3,3, Zeff3, d3（）,22,核检测技术原理、特点与问题,23,核检测技术原理、特点与问题,特点 现场、非接触、无损(无破坏性)； 可在线、载流连续监测； 抗干扰能力强。 安全、无污染(无废气、废液排放)； 经济、高效。 相对测量标定难、测量精度容易受物料成分变化的影响。,24,核检测技术原理、特点与问题,问题 灵敏度和响应时间； 精密度和准确度； 非线性问题与校正技术； 多参数测量与数据处理； 辐射与安全； 认可(认证)与推广； 规范化、标准化。,25,核检测技术辐射安全性评估,核检

6、测的辐射防护与安全性能(以核子秤为例) 源罐设计符合国家标准GB16368-1996，屏蔽防护绝对安全可靠。 放射源在使用现场安装后，源罐周围5cm区域，剂量率最大为0.1Gy/h，远低于国家标准GB-4792-84中所规定的限值(2.5Gy/h)。工作人员正常工作区域的新增剂量接近为零。 假设工作人员在距源罐1米处每天工作8小时，连续工作一年，则其受照剂量仅相当于一次X光透视剂量的几十分之一。实际上，秤体部分无需人员操作，不需经常靠近源罐，更不用停留那么长时间。 权威部门证明：食品等被射线照射后，不会造成污染，食用后不会对人体健康有任何影响。,26,核检测技术(1)核子密度计,用途： 各种料

7、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。 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。,27,核检测技术(1)核子密度计,参数： 测量范围：浓度0100。 适应管径：直径50500mm。 精确度等级：0.1%1%。 基本误差：量程的0.1%1%（由现场条件及量程的大小而定） 射线计数率长期稳定性和重复性：0.1%。,28,核检测技术(1)核子密度计,29,核检测技术(1

8、)核子密度计,30,核检测技术(1)核子密度计,31,核检测技术(2)核子(皮带)秤,原理： 利用物料对射线的吸收原理。放射源发出的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。,32,核检测技术(2)核子(皮带)秤,原理： 朗伯-贝尔定律： F=KLn (Ui/Uo)。 式中：K-物料标定系数； F-皮带上物料负荷(kg/m)； Uo-没有物料时，射线探测器的输出电压； Ui-有物料时，射线探测器的输出电压； 用测速传感器

9、可测出皮带输送机的速度Vi； 物料瞬间流量：P=FVi； 物料累计量：W=P=(FVi),33,核子秤原理分析图,34,秤组成：,1源部件：产生射线的装置，包括射线源和防护铅罐 2支架 3传感器：由电离室、前置放大器和恒温装置组成 4测速装置 5主机：计算、显示、打印和输出控制信号,35,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。,36,核检测技术(2)核子(皮带)秤,参数： 流量在20100范围内累计量误差低于0.5%。 秤体

10、：温度-3060，湿度90。 适用于输送宽度2000mm以下。 探头距主机最大距离500米。,37,核检测技术(2)核子(皮带)秤,38,核子秤实物图1,39,实物图2,40,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,41,42,核子秤的基本应用,43,核检测技术(2)核子(皮带)秤,44,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

11、管道和斜槽中处于“自由下落”状态的物流的质量流量。,45,LB442主机单元示意图：,46,LB442核子秤系统的应用实例示意图,47,48,HDS微机核子秤系统,49,核子秤在电厂分仓计量应用,有些热电厂要求分仓计量，一台核子秤对多个原煤仓的分仓煤耗计量。将核子秤秤体安装在主皮带上，利用安装在料仓下料口处的闸板或犁煤器放下的时候输出状态信号，由计算机采集并判断该下料仓的下料累计值。,50,51,BMC/BMP 型高精度电子皮带秤,BMC/BMP 型高精度电子皮带秤，是采用德国技术生产的四托辊电子皮带秤。悬浮式的称重框架，高灵敏度称重传器，光电数字式速度传感器使设备具有长期稳定性和计量的高精性

12、。,52,秤子核主机,53,防爆式本安核子秤,54,55,核检测技术(3)料位计及料位开关,原理： 检测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，探测器安装在另一侧。,56,核检测技术(3)料位计及料位开关,用途： 用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，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。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。 如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、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

13、、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。,57,核检测技术(3)料位计及料位开关,参数： 发信误差1mm。 使用环境：温度：-4050摄氏度； 相对湿度90%。 供电电源:+15V。,58,几种安装方式,59,核检测技术(4)射线测厚仪,接触式测厚机械测厚法。 非接触式测厚射线测厚法、超声波测厚法、光学测厚法，等等。,60,1)射线测厚仪,61,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

14、处理。,射线测厚仪的特点,62,依据被测物质对放射性同位素放出的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射线强度来测定被测物的厚度。 公式 I = I0 exp( -m d ),射线测厚仪的工作原理,63,I = I 0exp( - m d ),I 0 穿过被测物前的辐射强度； I 穿过被测物后的辐射强度； m 质量吸收系数（cm2/g）； 被测物的密度（g/cm3）； d 被测物的厚度 （cm ）。,64,仪器结构,65,电离室测厚仪的电路结构图,66,放射源一般仪器中常用的放射源有 60Co、137Cs、147Pm、85Kr、90Sr、241Am。 在测厚仪中被测物

15、厚度的相对变化与其引起的信号变化的变化称为厚度计的灵敏度。,电离室,前置放大,68,线性放大单元 电离室出来的电流信号与被测物的厚度呈指数函数。,误差分析与动态补偿 该单元由若干个差分放大器与电阻组成。可通过调节电阻值来改变所得到的厚度d的电压值，然后与测得的电压值相比较，测得电压值转变成偏差值以便得到精确的测量与控制。,69,测量位置变动引起的误差,当被测物体偏离正常位置上下运动时，所得到的测量值也会有所变化，这是由于射线穿过不同位置的被测物体时，所引起的散射情况不同而引起的。 一般来说，被测物体偏离正常位置而靠近探测器所引起的误差偏大，反之则较小。因为射向被测物体的射线束较之前者细的缘故。,70,温度与材质引起的误差,射线厚度计通过被测物的面密度，再根据基准密度求出板厚。被测物的密度发生变化时，所测得的板厚就发生变化。 温度也对所测得的值也有相当的影响比如40摄氏度时带来的误差，钢板为0.1%。可以通过温度补偿的办法来进行修正。,71,2) X射线荧光测Fe基合金Zn、Sn镀层厚度,镀Sn板： 化学重量法,准确性,SbH3,碘酸钾容量法,显微镜测厚法,仲裁方法 操作复杂、分析时间长,镀Zn板： 化学重量法、阳极溶解库仑法、磁性法、显微 镜测厚法,X射线荧光测厚： 分析准确、快速、简便,72,2) X射线荧光测Z