《自动检测技术与装置 第二版课件 教学课件 ppt 作者 张宏建 黄志尧 周洪亮 冀海峰 编著2.10 核辐射式检测元件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动检测技术与装置 第二版课件 教学课件 ppt 作者 张宏建 黄志尧 周洪亮 冀海峰 编著2.10 核辐射式检测元件（23页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十节 核辐射式检测元件,核辐射式检测元件是利用被测物质对射线的吸收、散射、反射或射线对被测物质的电离作用而工作的； 检测参数：厚度、物位、密度、成分等参数； 优点：非接触式测量，适合于腐蚀、高温、剧毒、爆炸性等恶劣环境 核辐射式检测元件的组成： 放射源 检测器及转换电路,基本术语,放射源（放射性同位素） 核衰变：放射性同位素的原子核是不稳定的原子核，在无任何外因作用下，它会自动衰变变为另外的同位素，同时会放出粒子或射线。 核辐射：核衰变中放出不同的带有一定能量的粒子或射线的放射性现象。 核辐射的种类：，和中子辐射,常用的放射性同位素,钴(C060) ：和x射线 锶(Sr90) ：粒子 铯(C
2、S134) ：粒子及射线,粒子的性质,放射源的强度衰减特性,放射源的辐射强度随时间按指数定律而衰减，即 I0：开始时的放射源强度； I：经过时间t后放射源强度； 为放射性衰变常数，与外界条件无关； T0.5:半衰期,放射性同位素的原子核数衰减到一半时所需时间,射线与物质的作用,带电粒子和物质的作用 射线和物质的作用,带电粒子和物质的作用,电离：当入射粒子靠近原子时和物质中的原子发生静电作用，使原子中的束缚电子产生加速运动而变为自由电子 。 激发：若入射粒子距原子远，束缚电子所获得的能量还不够使它逃逸出来时，则原子核由低能级跃迁到高能级而处于激发状态。 散射：带电粒子穿过物质因受原子核的电场作用
3、而改变运动方向称为散射。,吸收,当射线穿过物质时，会发生电离、激发和散射等现象，其结果就表现为对射线的吸收。 当一平行射线穿过物质层时，其强度衰减规律可表示为 式中I为穿过厚度为x的物质后的辐射强度；I0为射入物质前的辐射强度； 为物质的吸收系数 ； 为物质的密度。,射线和物质的作用,光电效应 ：光子穿过物质时和物质中的原子发生碰撞，把自己的能量交给原子核外的一个电子使其成为自由电子，而光子本身被吸收。 康普顿效应：随着入射光子能量的增加 ，入射光子和物质中的电子发生弹性碰撞，光子偏离它原来的运动方向，失去一部分能量，然后将能量转移给了电子。使电子从原子内部冲出来。 电子对的生成：当光子的能量
4、大于所形成的电子对的静止能量，就在物质中转化成一个正电子和一个负电子，而光子则消失,射线通过物质时强度衰减,为物质对射线的吸收系数。 吸收系数随吸收物质的材料和射线的能量而改变，它是三种效应的综合结果 式中为 光电吸收系数；为康普顿吸收系数；为电子对生成吸收系数。,射线与被测物质的相互作用,激发,电离,散射,吸收,核辐射检测器,将核辐射信号转换成电信号，检测射线强度的变化，实现被测参数的检测 电流电离室 闪烁计数器 盖格计数器,1. 电流电离室,1收集电极 2高压电极 3保护电极 4绝缘层,电离曲线,段是复合区，电流与电压成正比； 段是电流饱和区，其值取决于电离作用所产生的电子离子对数目，即与
5、射线的强度有关（工作区）； 段是正比区，电子能量很大使气体进一步电离NM*N0，M随电压增大； 段是自放电区。,电离曲线,射线的多电极电离室,1、2端子； 3、4圆柱电极； 5、6圆柱电极,2.闪烁计数器,射线进入闪烁体时，使闪烁体的原子被电离和激发，受激原子退激时会发光； 光透过闪烁体射到光电倍增管的阴极上，经过光电倍增管的倍增，在其阳极上形成电流脉冲； 最后通过输出电路进行显示、分析。,光阴极产生的电子数量与照射到它上面的光子数量成正比例，即放射性同位素的量越多，在闪烁体上引起闪光次数就越多，从而仪器记录的脉冲次数就越多。 测量的结果可用计数率，即射线每分钟的计数次数（简写为cpm）表示;
6、 闪烁探测器是近几年来发展较快，应用最广泛的核探测器，它的核心结构之一是闪烁体。闪烁体在很大程度上决定了一台计数器的质量。,探测原理,闪烁体,闪烁体是一类能吸收能量，并能在大约一微秒或更短的时间内把所吸收的一部分能量以光的形式再发射出来的物质。 闪烁体分为无机闪烁体和有机闪烁体两大类，闪烁体必需具备的性能是：对自身发射的光子应是高度透明的。 常用的几种闪烁体是：无机晶体，主要是含杂质或不含杂质的碱金属碘化物；有机晶体，都是未取代的或取代的芳香碳氢化合物；液态的有机溶液，即液体闪烁体；塑料溶液中的有机溶液，即固溶闪烁体。,光电倍增管,闪烁探测器的最重要部件之一。其组成成份是光阴极和倍增电极，光阴
7、极的作用是将闪烁体的光信号转换成电信号，倍增电极则充当一个放大倍数大于106的放大器; 倍增极的培增系数与所加电压成正比，所以光电倍增管的供电电源必须非常稳定，保证倍增系数的变化最小; 在没有入射的射线时，光电倍增管自身由于热发射而产生的电子倍增称为暗电流。用光电倍增管探测低能核辐射时，必须减小暗电流。保持测量空间环境内较低的室温，是减小光电倍增管暗电流的有效方法。,核辐射式检测元件的误差,1. 辐射源强度误差 在时间t内，强度衰减为 ，所以由辐射源本身核衰变引起的相对误差为,放射性同位素的要求,半衰期长 发射出的粒子流或射线要达到一定能量,2. 核衰变的统计特性引起的误差,由于核衰变产生的粒子数是随机的，它服从于统计规律，检测器测量到的粒子数的相对误差可按下式计算 式中 为测量时间； 为射入检 测元件的粒子的平均频率； 为 检测元件的效率,思考题,如何用核辐射式检测元件实现材料厚度、液体浓度、成份等的测量？,
