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1、9.1核辐射传感器核辐射传感器的测量原理是基于核辐射粒子的电离作用、穿透能力、物体吸收、散射和反射等物理特性,利用这些特性制成的传感器可用来测量物质的密度、厚度,分析气体成分,探测物体内部结构等,它是现代检测技术的重要部分。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ao、B、y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: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
2、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。9.1核辐射传感器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:a射线、B射线、y射线和X射线射线。a、射线分别是带正、负电荷的高速粒子流;y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。7=Toe笈示了树种放射性同位素的核辐射强度。由该式可知,核辐射强度是以指数规律随时间而减弼。通常以单位时间内发生衰变的次数表示放射性的强弼。辐射强度单位用1Ci
3、(居里)表示:1Ci的辐射强度就是辐射源1s内有3.7X1010次核衰变。1ci(居里)一10mci(毫居里)二105hci(微居里)。在检测仪表中常用mci或hci作为计量单位。2.核辐射与物质间的相互作用(4)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。a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(带电粒子在物质能量耗尽前所经过的直线距离)较短。穿行时、B粒子质量小,电离能力比同样能量的a粒子要弱,由于B粒子易于散射,所以其行程是弯曲的。v粒子几乎没有直接的电离作用。在辐射线的
4、电离作用下,每秒钟产生的离夏裹对的总数,即离子对形成的频率可出下式表示:吴一-1五25,式中:E一带电粒子的能量;6J一离子对的能量;1一辐射源的强度;C一辐射源强度为1Ci时,每秒放射出的粒子数。(2)核辐射线的吸收、散射和反射a、B、Vy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:T=/08讪式中P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,p为物质的密度,A为物质的质量吸收系数。三种射线中,y射线穿透能力最强,B射线次之,a射线最弱,y射线的穿透厚度比ae、B要大得多。B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
5、方向散射即出现了反射现象。反射的大小取欧于散射时,物质的性质和厚度。B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到反射物质上的粒子几乎全部反射回来。,投射反射的大小与反射物质的厚度有如下关系:厂=T-e)式中:一反射物质线被反射的强度;厚度为h(mm)时,放射“一当h趋向无穷大时的反射强度,/n与原子序数有关;一辐射能量的常数。当I、人p等已知后,只要测出/或,就可求出其宏透厚度p。另一方面,当/、h等已知,只要测出/就可求物质的密度p。9.1核辐射传感器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L三块平行极板,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,空气分子被电离成一叶仨彗卜正、负离子。带电离子在电场作用下形|L-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.标电离室主要用于探测q、B粒子,它具一古有坚固、稳定、成本低、寿命长等优点,但输出电流很小。电离室示意图木
