射线式传感器讲简版.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,传感器原理,64,第一节 核辐射的物理基础,一、原子核的基本性质与组成,二、原子核的衰变,2.1、,、,和,衰变,2.2、放射性衰变定律,2.3、放射性强度,第二节 射线式传感器,1、射线源,2、探测器,第三节 核辐射检测的应用,1、核辐射测厚度,2、灰分测量系统,3,、放射性辐射对人体的损害,4,、,辐射防护,射线,第11章 射线式传感器,2,射线式传感器,射线式传感器也称核辐射监测装置。,它是利用放射性同位素，根据被测物质对放射线的吸收、反射、散射或射线对被测物质的电离激发作用而进行工作的。,3,射线式传感器,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。,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,而有不同的质量数,A,的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，自动发生衰变，衰变中释放出,射线、,射线、,射线、,X,射线等，这种现象称为核辐射。,放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源。,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。,4,第一节 核辐射的物理基础知识,一、原子核的基本性质与组成,1.1、原子核的组成与电荷,1、原子核的组成与电荷,2、同位素,二、原子核的衰变,2.1、,、,和,衰变,1、,衰变,2、,衰变,3、,衰变,2.2、放射性衰变定律,2.3、放射性强度,5,一、,原子核的基本性质与组成,1.1,、,原子核的组成与电荷,原子核由质子和中子组成。,质子,带有与电子等量的正电荷，它的质量为电子质量的1836.12倍。,中子,不带电，质量为电子的1838.65倍。,质子和中子统称为核子。,原子核中,质子数目,称为原子的,原子序数,，用,Z,表示。,中性原子中核外电子的数目等于原子序数。,原子核中,质子和中子的总数,称为该,原子核的质量数,，用,A,表示。,通常用符,号,A,Z,X,表示各种元素原子的原子核,例：氢核用,1,1,H,表示,氧核用,16,8,O,表示,1、,原子核的组成与电荷,6,2,、同位素,例如：,自然界中氢有三种同位素,分别称为 氢核,1,1,H,氘核,2,1,H,（,2,1,D,、又称重氢）,氚核,3,1,H,（,3,1,T,、又称超重氢）,氘、氚可进行热核反应,人工方法合成的氢的同位素有：氢,4,、氢,5,、氢,6,、氢,7,放射性同位素,原子如果不是由于外来原因，而自发的产生核结构变化称为核衰变，具有核衰变性质的同位素，称为放射性同位素。,原子物理中，取碳同位素,12,6,C,的原子核质量的1/12作为质量单位，称为“原子质量单位”，以,amu,或,u,表示：1,u=1.66056610,-27,Kg,原子序数相同而质量数不同的原子，称为同位素。,7,二、,原子核的衰变,2.1,、,、,和,衰变,有些原子核是不稳定的，具有放射性，不稳定核通过释放某些粒子而趋于稳定，这一过程称为放射性衰变。,粒子,氦核,4,2,He,，它有两个质子，两个中子组成。,当一个氦原子核放出,粒子时，它的原子序数,Z,减小2，质量数,A,减小4，该原子核变成另一种原子核，这就是,衰变。,例:,一般情况下：,1、,衰变,8,衰变产生的,粒子来自原子核,粒子在核内受到很强的核力吸引（负势能）,但在核外将受核的库仑场的排斥，这样对,粒子而言，在核表面就形成一个势垒。,放射性原子核的,衰变过程就是,粒子穿过势垒从原子核放射出去的一个隧道效应过程。,伴随着,a,衰变有能量释放，释放的能量以,a,粒子的动能形式带走，这一过程已被实验观察到。释放的能量为：,E=(m,x,-m,y,-m,a,)c,2,=931.48(m,x,-m,y,-m,a,)MeV,在自然界内大部份的重元素（原子序数为,82,或以上）都会在衰变时释放,粒子，例如铀和镭。,由于,粒子的体积比较大，又带两个正电荷，很容易就可以电离其他物质。因此，它的能量亦散失得较快，穿透能力在众多电离辐射中是最弱的，人类的皮肤或一张纸已能阻隔,粒子。,然而，它们一旦被吸入或注入，那将是十分危险。它就能直接破坏人体的内脏细胞。,9,2,、,衰变,粒子就是电子（正电子流或负电子流）,当一个原子核发出一个,b,粒子后，原子核的原子序数,Z,增加,1,，而质量数不变，这就是,b,衰变。,实验测定表明，同一种核在,b,衰变过程中放出电子的能量并不等于衰变前后原子核的能量差，而是从零到一个最大值，有一定的分布，不象,a,粒子那样具有确定的能量，如下图所示。,只有最大值的能量才恰好与衰变前后原子核的能量差相当。,另外，因为,n,，,p,，,e,的自旋都是,1/2,，,b,衰变过程中的自旋角动量将不守恒。,1927,年,泡利,（,Wolfgang E.Pauli,）为解决这个问题，提出,b,衰变时除放出电子外，还同时放出一个,“,不可检测的、很轻的、中性粒子,”,，,它的自旋为,1/2,，,铋,Bi,的,b,能谱,0 0.3 0.6 0.9 1.2,电子动能/,MeV,相对强度,费米,（,E.Feimi,）将其称为“中微子”。,衰变时释放的能量中，除被电子带走的以外，剩下的能量被中微子带走。,10,由于中微子的质量非常小几乎为零，也不带电，它对电磁场不起作用，所以它的穿透力极强，,能量为1,MeV,的中微子可以穿透1000光年厚的固体物质,观察它，是非常困难的，直到1956年核反应堆出现以后，才在实验中证实它的存在。,衰变是一种弱相互作用过程，它的强度只有电磁相互作用的10,-12,倍。,中微子,11,1,eV=1.602189210,-19,joule,（焦耳）,=1.602189210,-12,（尔格）,是能量的单位。,一个电子电位改变（增加）一伏特（,volt,）时，所获得的动能量或所损失的电位能的量。,电子伏特,（,electron volt,，,eV,）,一个电子所带电量为：,e=-1.610,-19,coulombs,（库伦）,12,3,、,衰变,当原子核发生,、,衰变时，往往衰变到核的激发态，处于激发态的原子核是不稳定的，它要向低激发态或基态跃迁，同时放出,光子，产生,射线。,由于核的能级间隔为,100,KeV,到1,MeV,，因此,射线的光子能量非常大，其波长比,X,射线更短。,医学上常用,射线治疗肿瘤，最常用的放射源是钴,60,Co,，,钴,60,Co,以,衰变到镍,60,Ni,的2.5,MeV,激发态，,60,Ni,的激发态寿命极短，它很快跃迁到基态并放出能量分别为1.17,MeV,和1.33,MeV,的两种,射线。,原子核放出光子的过程称为,衰变。,13,2.2,、放射性衰变定律,实验分析指出，单位时间内因衰变而减少的核数-,d,N,/d,t,，与衰变前的核数,N,成正比，即,设,t,=0,时，原子核的数为,N,0,，对上式积分得（,衰变后核数,N,为,）,N=N,0,e,-t,这就是放射性衰变定律，它是按指数衰减的。,式中：,衰变常数，,是一个原子核在单位时间内发生衰变的概率,从衰变定律，可以得到放射性的两个重要参数：,半衰期,平均寿命,放射性物质进行衰变并不是立即转变成新的元素，在任何放射性的样品中，放射性原子核的数目随着一些核的衰变而逐渐减少。核数减少的速率与核的种类有关。,14,例:,钙,Ca,发生衰变的半衰期是,164,d,（天）,钋,212,Po,发生衰变的半衰期是310,-,7,s,（秒）,钍,232,Th,衰变的半衰期是,1.41,10,10,y,（年）,镭,226,Ra,衰变的半衰期是,1600y,（年）,铅,214,Pb,衰变的半衰期是,1608,s,（秒）,碳,14,C,衰变的半衰期为,5730y,（年）,可见不同放射性元素的半衰期相差很大,T,1/2,=ln2/=0.693/,是指放射性同位素的原子核数目由于衰变减少到原有的一半所经历的时间，用,T,1/2,表示半衰期，即有,半衰期,T,1/2,15,原子核衰变，对某个原子核是随机的；对于整个样品中的原子核来说，有的早衰变，有的晚衰变；在这种情况下，原子核寿命一般用平均寿命,来表征衰变。,平均寿命,设：,在,t t,+d,t,时间内衰变了（,d,N,）个核,每个核的寿命为,t,应用统计平均方法，可求得所有核的平均寿命,为：,16,2.3,、放射性强度,A,放射性物质在单位时间内发生衰变的原子核数目称为放射性强度,A,，即,A,的单位是居里（,C,i,），,因纪念居里夫妇而得名。,1,居里等于,当一秒钟有,3.710,10,次核衰变时，其放射性强度为,1,C,i,，,即：,1,C,i,=3.710,10,s,-,1,较小的单位有毫居里和微居里。,现在放射性强度单位常用,Bq,（贝克勒尔），1,Bq,就是单位时间的衰变一个核。放射性元素每秒有一个原子发生衰变时，其放射性活度即为,1Bq,。因此,1,C,i,=3.710,10,Bq,17,辐射源,辐射形式,放射性强度,C,i,20,万吨级原子弹的裂变产物,，,610,11,核反应堆,，,10,10,工业用,60,Co,10,6,医疗用,60,Co,10,3,人体内的天然,40,K,10,-7,一些辐射源的放射性强度,我们日常生活中使用的玻璃、玻璃杯、眼镜等含有钾,40,K,它的半衰期为,1.310,9,s,，相应的衰变常数,l,十分微小，,它的放射性强度,A,就很弱，不会影响我们的健康。,18,第二节 射线式传感器,射线式传感器的组成,放射源,探测器,射线源是将射线向一定的方向发射射线的装置,探测器是核辐射的接收装置,19,1,、射线源,利用射线式传感器进行测量时,都要有可发射出,、,和,粒子的辐射源,射线源是将射线向一定的方向发射射线的装置,射线源选择原则：,同位素有较长的半衰期,合适的放射强度,目的是为了,安全,避免经常更换,提高检测灵敏度,减少测量误差,放射性同位素种类很多，能用于测量的有20种左右,最常用的有：,钴,-80,（,80,Co,）、铯,-137,（,137,Cs,）、镅,-241,（,241,Am,）、锶,-90,（,90,Sr,）,20,放射线源的结构,放射源容器用于成放放射源，其结构要求射线从测量方向射出，其它方向必须使射线的剂量尽可能小，减少对人体的危害和环境的污染。,辐射源一般为圆盘状,射线辐射源一般为丝状、圆柱状、元片状,射线出口处装有辐射薄膜，以防止灰尘侵入，同时防止放射源受到意外损伤而造成污染,铅罩防止辐射源向其它方向辐射,下图为,厚度计辐射源容器,薄膜,容器,铅,放射源容器结构图,放射源,21,2,、探测器,探测器是核辐射的接收装置,常用的有,电离室,闪烁计数器,盖革计数管,半导体探测器,闪,烁,晶,体,输出电路,光电倍增管,闪烁计数器原理示意图,射线,极,板,极,板,+,+,+,-,-,-,+,-,R,电离室工作原理图,高压电源,离子或射线,正离子,电子,电离室,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管原理,射,线,-,惰性气体或,有机物气体,电离,负离子,22,（,1,）电离室,电离室主要用来探测,、,粒子,利用电离室测量,、,粒子时，其效率可以接近100%,电离室用来测量,射线时，则效率很低。,这是因为,射线没有直接电离的本领，它是靠从电离室的壁上打出二次电子，而二次电子起电离作用，因此，,射线的电离室必须密闭。一般,电离室的效率只有1%2%。,电离室主要用于探测,、,粒子,优点：成本低、寿命长,缺点：输出电流小,探测,、,粒子和,射线的电离室互不通用,电离室是利用射线对气体的电离作用而进行测量的一种辐射探测器,23,电离室工作原理,当有粒子或射线射向两个极板之间的气体时，其中的气体分子产生电离。,测量电阻压降就能得到核辐射的强度。,电离室的形状有圆柱体和方盒状,电离室空腔中设置一对平行极板（类似电容器极板），加有几百伏的极化电压，在电离室内的极板间形成强电场,电离室中充满某些惰性气体或空气,射线或粒子,极,板,极,板,+,-,R,电离室工作原理图,高压电源,电离室,电离室的组成,正离子,+,+,+,电子,-,-,-,在电场的作用下，正离子趋向极板的负极，电子趋向极板的正极，从而在外电路中产生电离电流，并在外接电阻上形成电压。,电阻的电压间接反映核辐射的强度。,当没有射线射时，两个极板间无导电物质，外电路中无电流。,24,一般电离室工作在特性曲线的饱和段，其输出电流正比于射到电离室上的核辐射强度。,电流,I,与两个电极间所加的电压,U,的关系曲线如下图所示,（曲线,i,1,、,i,2,和,I,3,分别代表不同的辐射强度下的特性曲线）,图中线段,OU,1,称为线性段,在这一线段上，当电压不大时，电离室中的离子的移动速度亦不大，有部分离子在移动时就重新复合，而只有余下的部分离子能够到达电极上。电极上电压愈高，离子移动速度越快，离子复合就愈为减少，电流就会增加。,图中线段,U,1,U,2,称为饱和段,在这段上的工作电压很大，所以实际上全部生成的离子都能到达电极上。此时电流与所加电压无关，电流仅与射线强度有关。,电离室的特性曲线,U,1,U,2,U,I,i,1,i,2,i,3,O,25,电离室内,充气体的压力,（惰性气体或空气密度）,极板的大小,两极间的距离,对电离电流都有较大的影响,电离室的特性曲线,U,1,U,2,U,I,i,1,i,2,i,3,O,例如：,增大气体压力（提高气体的密度）,增大电极面积,减小两极板的距离,都会使电离电流增大，电离室的特性曲线也将向增大电离电流的方向移动,射线或粒子,极,板,极,板,+,-,R,电离室工作原理图,高压电源,电离室,正离子,+,+,+,电子,-,-,-,26,在核辐射检测仪表中，有时用两个电离室，构成差分结构。,差分电离室，如下图所示。,两个电离室的特性一样，测量时,一个电离室接受射线及其它干扰量,一个电离室接受干扰量,在电阻,R,上流过的电流为两个电离室收集的电流之差,这样可以避免电阻、放大器、环境温度等变化而引起的测量误差,R,电极,电极,电极,差分电离室,27,（,2,）闪烁计数器,闪烁计数器组成,闪烁体,光电倍增管,闪烁计数器,先将辐射能变为光能，然后再将光能变为电信号而进行探测。,闪,烁,晶,体,输出电路,光电倍增管,闪烁计数器原理示意图,射线,闪,烁,体,阳,极,阴,极,放,射,线,光电倍增管,倍增极,28,闪烁体,闪烁体是一种辐射受激发光物质,其形态有三种：固态、液态、气态,分为两类：有机和无机,无机闪烁体,的特点,对入射粒子的阻力强，发光率高，探测效率高,例如：铊,Tl,激活的碘化钠,NaI,用来探测,射线的效率高达 20%30%,有机闪烁体,的特点,发光时间很短，只有配用分辨性能较高的光电倍增管才能获得10,-10,s,的分辨时间，制成的体积较大，常用于探测,粒子。,闪烁现象,荧光物质受,放射线的辐射,作用其原子被激发到受激态，受激态不稳定跃迁到基态的过程中，发出荧光的现象称为闪烁现象。,闪烁体,以闪烁现象发光的物质称为闪烁体,闪,烁,晶,体,输出电路,光电倍增管,闪烁计数器原理示意图,射线,29,光电倍增管的作用,光电倍增管的作用为接受闪烁体发射的光子将其变为电子并将这些电子倍增放大为可测量的脉冲。,光电倍增管可以分为电场聚焦型和无聚焦型两类。,在每一类中，按照次阴极的几何形状及排列方式的不同又分为几种。,放射性同位素检测仪表中常用的,GDB-19,和,GDB-10,分别为,直线聚焦型,和,百叶窗式无聚焦型,。,光电倍增管的基本特性有,光特性、阳极的电流电压特性、光阴极的光谱响应等。,光谱响应是指光阴极发射光电子的效率随入射光波长而变化的关系。,在组合闪烁计数器时，光电倍增管的光谱灵敏度范围必须和闪烁晶体发出的光谱相配合。,闪,烁,体,阳,极,阴,极,放,射,线,光电倍增管,倍增极,光入射到阴极上的光通量,F,与阳极电流,i,a,之间的关系称为此光电倍增管的光特性，一般光电倍增管的,i,a,与光通量,F,成正比。,在一定的光通量,F,中，光电倍增管的阳极电流与工作电压的关系是电流随工作电压的增加而急剧上升，上升到某一值后达到饱和。,30,闪烁计数器工作原理,当核辐射射线进入闪烁体时，闪烁体内物质的原子受激发光，光透过闪烁体射到光电管中倍增，在阳极上形成电流，最后被电子记录仪记录下来。,闪,烁,晶,体,输出电路,光电倍增管,闪烁计数器原理示意图,射线,闪,烁,体,阳,极,阴,极,放,射,线,光电倍增管,倍增极,31,（,3,）,盖革计数管,盖革计数管的结构,密封玻璃管,阳极 钨丝（丝状），,其结构与电离室板状电极不同,阴极 玻璃管内壁涂一层导电物质或放置一个金属圆筒,管内抽真空后，分别充入两类气体,（惰性气体）如：氩、氖等。,充进有机物叫,有机物计数管,如：乙醚、乙醇等。,充入卤素的叫,卤素计数管,卤素计数管，工作电压低，使用寿命长，应用广泛。,盖革计数管常用于探测,粒子和,射线,盖革（-弥勒）计数管是根据射线对气体的电离作用而设计的辐射探测器。,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管结构原理图,32,尖端放电,pointdischarge,导体尖端放电即带电导体尖端附近空气被电离而的放电现象。,导体在电场中，由于静电感应的结果，在导体中会出现感应电荷，电荷在导体表面的分布情况，取决于导体表面的形状。,静电平衡时，带电导体外附近的场强与导体的面电荷密度成正比。,高压输电线，由于电压很高，在高压线路和设备附近会发生的尖端放电，结果会造成能量损耗和危险。为了避免这种情况，需使高压输电线和设备表面光滑，以避免尖端放电。,在导体尖端的地方，由于电荷密集，其附近的电场强特别强，在强电场的作用下，致使周围的空气分子电离而形成大量的自由电子和离子，在这种情况下即可导致空气击穿，产生（尖端）放电现象。,尖端放电时，在它周围往往笼罩着一层光晕，叫做电晕。,导体表现凸出而尖锐的地方，即曲率较大的尖端，电荷密集，面电荷密度大；比较平坦的地方，电荷聚集的少，面电荷密度小。,避雷针则利用尖端放电，将集中（在高大建筑物及其它特殊场所）的高空（雷电）电荷通过接地装置泄入大地，以免建筑物等遭雷击。,33,电荷在导体表面的分布情况，决定于导体表面的形状。,导体表面弯曲越大的地方，所聚集的电荷就愈多，电荷的密度大；,比较平坦的地方，电荷聚集的较少，电荷密度低。,电离,负离子,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管原理,射,线,-,惰性气体或,有机物气体,在导体尖端的地方，由于电荷密集，电场很强，周围气体分子在强电场的作用下发生电离而形成大量的自由电子和离子，在这种条件下可导致在其表面发生放电现象。,电荷在导体表面的分布规律,34,盖革计数管工作原理,阳极、阴极之间加外电源，在盖革计数管钨丝（正极）与金属圆筒（负极）之间形成内电场。,当射线进入盖革计数管，管内的,气体被电离,形成,负离子,。,当一个负离子被阳极所吸引而靠近阳极时，,因与其它的气体分子碰撞而产生多个次级电子，,射,线,电离,负离子,-,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管原理,惰性气体或,有机物气体,当这些次级电子向阳极运动时，再次激发出次级电子，次级电子急剧,倍增,，,这样在阳极上产生负离子、电子数量在瞬间急剧增加的现象。,35,盖革计数管工作原理,阳极负离子、电子数量在瞬间急剧增加，由于阳极为丝状其电荷密度很高，电场很强，周围气体分子在强电场的作用下发生电离,马上引起沿着阳极整条线上的“雪崩”，即阳极马上发生放电。,接有外电路时，在外电路中就会产生电流。,此时若有电子进入此区，也不能产生“雪崩”而放电。,这种不能计数的一段时间成为计数管的“死区（不工作区）”。,在外电路中没有电流。,放电后阳极周围的空间由于“雪崩”所产生的电子都被中和，剩下的只是许多正离子包围着阳极。,这样的正离子称为正离子鞘。在正离子鞘和阳极间的电场因正离子的存在而减弱了许多。,惰性气体或,有机物气体,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管原理,射,线,负离子或电子,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,正离子鞘,+,+,+,+,+,+,+,+,36,盖革计数管工作原理,在射线的作用下，计数管内会不断产生负离子，负离子打到阳极时会打出气体中次级电子来，被打出来的电子经过电场的加速，这些电子首先中和阳极附近的正离子，,然后又会引起计数管放电，放电后又产生正离子鞘，这个过程将会循环出现。,正离子鞘,-,+,密封玻璃管,阳极,（钨丝）,阴极,（金属圆筒）,盖革计数管原理,射,线,+,惰性气体或,有机物气体,最后在盖革计数器正负电极两端输出脉冲电流。,37,盖革计数管特性曲线,图中：,U,计数管上的电压,i,入射核辐射强度,N,计数管计数率（单位时间输出的脉冲数）,在曲线,ab,段,加在计数管上的电压较高,辐射强度,i,越大，则输出脉冲数,N,也越多；,图中，,i,1,比,i,2,大时，相应的输出脉冲数,N,1,也比,N,2,大。,此时，计数管脉冲数仅与射线强度有关。,下图为盖革计数管的特性曲线,在一定的核辐射照射下，当增加二极间的电压时，在一定范围内只能增加脉冲的幅度,U,，而计数率,N,只有微弱的增加。,图中,ab,段对应的曲线称为计数管的坪。,N,1,N,2,N,U,i,1,i,2,O,盖革计数管特性曲线,a,b,38,第三节 核辐射检测的应用,核辐射传感器可以测量,厚度,液位,物位,转速,材料密度,气体压力,流速,温度,湿度等参数,也可用于金属探伤,39,1,、核辐射测厚度,核辐射厚度计测量原理框图如下。,放射源在容器内以一定的立体角放出射线，其强度在设计时已选定。,当射线穿过被测体后，辐射强度被探测器接收。,在,辐射厚度计中，探测器常用于电离室，根据电离室的工作原理，这时电离室就输出一电流，其大小与进入电离室的辐射强度成正比。,探测器,静电放大器,控制单元,放大器,指示器,补偿单元,放射源,被测体,核辐射厚度计测量原理框图,40,探测器测得的核辐射的衰减规律为：,I=I,0,exp(-,p,h),根据探测器测得,I,值，就可获得被测体的厚度,h,的大小。,探测器,静电放大器,控制单元,放大器,指示器,补偿单元,放射源,被测体,核辐射厚度计测量原理框图,利用同样的方法可以对金属探伤。,式中：,I,探测器测到的辐射量,I,0,放射源发射的辐射量,p,衰减系数（与被测材料性质有关）,h,被测体的厚度,41,2,、灰分测量系统,-,采用射线测量,灰分测量系统用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分进行在线检测,、计量和控制。,用来控制选煤和配煤，以便最大限度地利用优质煤源，满足质量规范要求，减少交货煤质的差异性，控制灰熔点，并提高选煤厂的效率。,煤矿和电厂对实时煤质数据要求很高,包括：定量装车站，螺旋采样和电厂煤仓上煤系统。,例如，在洗煤厂中的典型应用有：,火车装煤及电厂卸煤时快速测量煤的灰分,配煤监测和控制,监测灰分的变化,灰分测量系统具有在线、非接触、安装简单、结果准确可靠等优点,。,42,是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣。,它是煤中的矿物质经过高温氧化、分解而来。,灰分,灰分对煤的加工利用极为不利。,灰分越高，热效率越低；,燃烧时，熔化的灰分还会在炉内结成炉渣，影响煤的气化和燃烧，同时造成排渣困难；,炼焦时，全部转入焦炭，降低了焦炭的强度，严重影响焦炭质量。,煤灰成分十分复杂，成分不同直接影响到灰分的熔点。,灰熔点低的煤，燃烧和气化时，会给生产操作带来许多困难。,为此，在评价煤的工业用途时，必须分析灰成分，测定灰熔点。,43,灰分测量仪,-,采用射线测量,煤的组成极为复杂，但根据其元素分析数据，煤可分为两部分,一是以碳,12,6,C,为代表的低原子序数元素,一是以硅,28,14,Si,为代表的高原子序数元素,而煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成（硫除外）,采用,双能透射法,测量灰分,即利用两种可放射不同能量射线的放射源来构成“双透射通道”，来进行测量,测量原理,对低能射线，煤中各元素的质量衰减系数各不相同，随着原子序数的增大而增加,（物质的原子序数越大，对其放射线的吸收越强）,对中能射线，煤中各种元素的质量衰减系数基本相等,（各物质对其放射线的吸收基本一样）,44,第一透射通道：（测煤灰分）,镅,241,Am,放射源发出的,射线能量较低（59.5,KeV,），,物质的原子序数越大，对镅,241,Am,放射的,射线的吸收越强（穿透煤被探测器探测到的,射线越少）,因此，穿过煤的镅,241,Am,射线的强弱与煤的灰分含量有关。,测量方案示意图,镅,241,Am,铯,137,Cs,系统组成,2个带屏蔽的放射源（镅,241,Am,和铯,137,Cs,）2个闪烁探测器,（分别与镅,241,Am,和铯,137,Cs,构成两路测量通道，结果输入主机）,而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤中的灰分含量越高，穿过煤的,（,241,Am,）射线越少，,同时，对镅,241,Am,放射的,射线的衰减还与煤的厚度有关，不能单从低能,（,241,Am,）射线的衰减完全确定煤中灰分的含量。因此，采用了第二通道。,45,第二透射通道：（测煤的厚度）,中等能量,射线的放射源铯,137,Cs,，其射线能量为,661.7KeV,利用铯,137,Cs,来进行透射测量,因为煤（,12,6,C,）和灰分（,28,14,Si,）对,铯,137,Cs,放射的,射线的吸收基本一样,因此，穿过煤的铯,137,Cs,射线的强度还与煤的厚度有关,测量方案示意图,镅,241,Am,铯,137,Cs,46,不同原子序数原子对镅,241,Am,、铯,137,Cs,射线的吸收记录数据（曲线图）,47,因此，从中能,量,射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用修正后的低能射线的衰减可求出煤中高原子序数元素的含量，从而求出煤灰分。,用低能和中能两种射线透射同一煤层，经理论推导可得：,C,a,=,A(,lnI,0,-lnI,),/,(,lnJ,0,-lnJ,),+B,式中：,C,a,为测量煤样的灰分值,I,、,I,0,分别为有和无煤情况下低能量,的强度,J,、,J,0,分别为有和无煤情况下中能,量,的强度,A,、,B,是与煤炭组成有关的常数,在放射源活度和机械结构一定的情况下，,I,0,和,J,是可以预先确定的常数，由上式可知，只要测量出,I,和,J,，就可求出煤灰分。,48,放射式传感器现场安装情况,镅,241,Am,探测器,铯,137,Cs,探测器,镅,241,Am,放射源,铯,137,Cs,放射源,微波水分仪,49,3,、放射性辐射对人体的损害,放射性辐射过度照射人体，能够引起人体多种放射性疾病,如：皮炎、白血球减少、破坏人体的干细胞（包括造血干细胞 白血病 血癌）等。,因此，在辐射检测的应用中，要很好地解决放射线的防护问题。,物质在射线照射下发生反映（如照射人体所引起的生物反映）与吸收射线的能量有关，一般与吸收射线能量成正比。,剂量,确定射线对人体的生物效应的被吸收剂量，简称剂量。,它是指某个体积内物质最终（产生生物效应）吸收的能量。,当确定了吸收物质后，一定数量的剂量只取决于射线的强度及能量，因而是一个确定量，它可以反映（对）人体一定的伤害程度。,我国规定：安全剂量为0.05,R/d,（伦琴/日），0.3,R/W,（伦琴/周）。,在实际应用中要采取多种方式来减少射线的照射强度和照射时间。,防护措施：采用屏蔽、防护罩、利用辅助工具远离放射源等。,50,4,、辐射防护,自然界本身就存在着放射性！,人类并不是从发现放射线和广泛应用原子能之后才受到辐射照射的，,而是一直生活在天然电离辐射的环境中，地壳里含在大量的放射性物质。,这种自然界中原来就存在的射线照射，我们就称之为,“,天然本底,”,。,各地天然本底的大小，因地质、海拔高度等不同而有所不同。,这包括内照射与外照射之和。,外照射为辐射源在人本外所造成的照射，,内照射为放射性物质进入体内或吸入放射性气体所造成的照射。,水、土壤、农作物都含有放射性物质。,有的放射性物质以气体形式出现，所以空气里也就含有放射性气体及放射性尘埃。,宇宙每时每刻都在向地球发射宇宙射线。,人类就是在这样一个环境生活。,51,北京地区，每年的天然本地底辐射约为,2,毫希（,2,mSv,）。,由于各地区的放射性物质含量、元素组成均有很大差异。,所以各地区的本底辐射的剂量也有较大差别。,世界上有少数地区超过正常水平,例如：,巴西的大西洋沿岸,法国的纽曼岛,意大利个别地区等,印度喀拉拉帮居民受到的天然辐射每年约,13,mSv,，,这种地区就称为“高本底地区”,（绝对的、纯粹的风水不好）,52,在日常生活中，我们遇到辐射照射的机会很多,例如：,到医院进行,X,光透视，肠胃造影；食入或注入放射性药物进行放射性诊断,进行放射性治疗,看彩色电视、使用计算机,佩带宝石、金属饰物,建筑、家装材料（砖、石）,使用夜光表、夜光钟等,辐射国家安全标准,照射种类,照射剂量或剂量当量,国家规定放射工作人员剂量当量限值,50,毫希,/,年 照射量,20,毫伦,/,日,国家规定公众个人剂量当量限值,5,毫希,/,年 照射量,2,毫伦,/,日,天然本底照射量,0.6,毫伦,/24,小时,探测器正常工作时的辐射水平非常小,=0.1,毫伦,/,时,=1Sv/h,每日非放射性工作区照射量,=2,毫伦,/,日,53,距离防护：,工业核仪器所使用的放射源很小，可以近似看成是点源（即几何形状较小，看成为点状放射源），在其它条件不变时操作,人员所受剂量的大小与人到放射源距离的平方成反比,，,也就是说，人在离放射源,2,米处所受到剂量是人离放射源,1,米所受剂量的,1/4,，,3,米所受剂量是,1,米处所受剂量的,1/9,，其他距离可依此类推。,由此可见，凡实际操作允许情况下，应尽量远离放射源。,时间防护：,人所受剂量的大小是与工作人员操作放射源的时间成正比,，,如果其它条件都相同，则人在放射源周围时间越长，所受剂量也就越大。因此，工作人员必须经过培训，做到熟悉操作减少操作时间，从而减少所受到剂量。平时没有操作任务时，不要在放射源周围停留。,屏蔽防护：,7,厘米厚的铅基本把核仪器所使用的核源的射线屏蔽掉了,人在接触放射源时，穿着铅制的防护服，加以防护,在核仪表使用过程中，综合采用这些措施，完全能确保工作人员所受照射剂量当量低于国家标准规定的限值,对,辐射,照射的防护，采用下列措施：,54,结 束,55,作 业,18,20,12,年,12,月,19,日,1、简述电离室工作原理。,2、简述盖革计数管的工作原理。,3,、简述闪烁计数器的工作原理。,4,、对辐射照射的防护，应采取哪些措施？,