1、核輻射傳感器核輻射傳感器 nuclear-radiation transducer 測控測控09-2班班小組成員：小組成員： 李李 松松 柏柏 楊楊 蔣俠有蔣俠有 張張 輝輝 朱朱 喬喬核輻射傳感器核輻射傳感器中文名稱：中文名稱：核輻射傳感器核輻射傳感器 英文名稱：英文名稱：nuclear radiation transducer 定義：定義：利用核輻射檢測技術，將感受的被測量轉換利用核輻射檢測技術，將感受的被測量轉換成可用輸出信號的傳感器。成可用輸出信號的傳感器。近年來，核輻射傳感器由于具有眾多優良特近年來，核輻射傳感器由于具有眾多優良特性，得到了廣泛的關注性，得到了廣泛的關注。本文從核輻射

2、的性質入手，系統介紹了核輻本文從核輻射的性質入手，系統介紹了核輻射探測器的原理和幾種核輻射傳感器的工作射探測器的原理和幾種核輻射傳感器的工作原理、結構特點和使用場合。原理、結構特點和使用場合。在跟蹤當代核輻射傳感器前沿技術發展的同在跟蹤當代核輻射傳感器前沿技術發展的同時，對他們的進行了特性分析與應用的初步時，對他們的進行了特性分析與應用的初步探討。探討。眾所周知，各種物質都是由一些最基本的物質所組成。人們稱這些最基本的物質為元素。人們稱這些最基本的物質為元素。組成每種元素的最基本單元就是原子組成每種元素的最基本單元就是原子，每種元素的原子都不是只存在一種。具有相同的核電荷數Z而有不同的質子數A

3、的原子所構成的元素稱同位素。假設某種同位素的原子核在沒有外力作用下沒有外力作用下，自動發生衰變自動發生衰變，衰變中釋放出釋放出射線、射線、射線、射線、射線、射線、X射線射線等，這種現象稱為核輻射核輻射。實驗表明，放射源的強度是 隨著時間按指數定理而減低的隨著時間按指數定理而減低的即式中：J0開始時的放射源強度； J經過時間為t以后的放射源強度； 放射性衰變常數。 teJJ0放射性同位素種類很多，由于核輻射檢測儀表對采用的放射性同位素要求它的半衰期比較長，且對放射出來的射線能量也有一定要求。因此常用的放射性同位素只有20種左右，例如Sr90（鍶）、Co60（鈷）、Cs137（銫）、Am241（镅

4、）等。射線射線 射線通過氣體時，使其分子或原子的軌道電子產生加速運動，如果此軌道電子獲得足夠大的能量，就能脫離原子成為自由電子，從而產生一對由自由電子和正離子組成的離子對，這種現象稱為電離。在檢測技術中，射線的電離效應、透射效應和散射效應都有應用，但以電離效應為主以電離效應為主，用用粒子來使氣體電離比其它輻射強得多。粒子來使氣體電離比其它輻射強得多。射線射線 粒子在穿經物質時，會使組成物質的分子或原子發生電離，但與射線相比射線的電離作用較小。由于粒子的質量比粒子小很多，因此更易被散射更易被散射。射線與射線相比，透射能力大，電離作用透射能力大，電離作用小小。在檢測中主要是根據輻射吸收來測量材料的

5、厚度、 密度或重量，根據輻射的反射來測量覆蓋層的厚度，利用粒子很大的電離能力來測量氣體流。 射線射線與射線相比，射線的吸收系數小吸收系數小，它透過透過物質的能力最物質的能力最強強，在氣體中的射程為幾百米，并且能穿透幾十厘米的固體物質，其電離作用最小。在測量儀表中，根據輻射穿透力強這一特性來制作探傷儀、金屬厚度計和物位計等。 核輻射探測器核輻射探測器核輻射探測器又稱核輻射接收器，核輻射探測器又稱核輻射接收器，它是核輻射傳感器的重要組成部分。核輻射探測器的作用是將核輻射信號轉換成電信號，從而探將核輻射信號轉換成電信號，從而探測出射線的強弱和變化。測出射線的強弱和變化。由于射線的強弱和變化與測量參數

6、有關，因此它可以探測出被測參數的大小及變化。這種探測器的工作原理或者是根據在核輻射作用下某些物質的發光效應，或者是根據當核輻射穿過它們時發生的氣體電離效應。當前常用的核輻射探測器有：電離室、正比計數管、閃爍計數器和半導體探測器等。電離室電離室電離室是利用射線對氣體的電離作用射線對氣體的電離作用而設計的一種輻射探測器，它的重要部分是兩個電極和充滿在兩個電極間的氣體。氣體可以是空氣或某些惰性氣體。電離室的形狀有圓柱體和方盒狀。放射線輸出RIU123UU2U1OI U U外殼集電極高電阻電離室的結構意圖 電離室的特性曲線 差分電離室正比計數管正比計數管它是由圓筒形的陰極和作為陽極的中央芯線組成的，內

7、封有稀有氣體、氮氣、二氧化碳等氣體。當放射線射入使氣體產生電離時，由于在芯線近旁電場密度高，電子碰撞被加速，在氣體中獲得足夠的能量，碰撞其它氣體分子和原子而產生新的離子對。正比計數管可以探測入射放射線的能量探測入射放射線的能量。RLU陰 極陽 極閃爍計數器閃爍計數器物質受放射線的作用而被激發，在由激發態躍遷到基態的過程中，發射出脈沖狀的光的現象稱為閃爍現象。能產生這樣發光現象的物質稱為閃爍體。閃爍計數器先將輻射能變先將輻射能變為光能為光能，然后再將光能變為電能而進行探測再將光能變為電能而進行探測，它由閃爍體和光電倍增管兩部分組成。閃 爍 體放 射 線鋁 殼橡 膠 板光 陰 級聯 級光 電 倍

8、增 管陽 極半導體探測器半導體探測器半導體探測器是近年來迅速發展起來的一種射線探測器射線探測器。我們知道荷電粒子一入射到固體中就與固體中的電子產生相互作用并失去能量而停止。而X射線或射線由于光電效應、康普頓散射、電子對生成等而產生二次電子，此高速的二次電子經過與荷電粒子的情況相同的過程而產生電子和空穴。若取出這些生成的電荷，可以將放射線變為電信號將放射線變為電信號。核輻射傳感器核輻射傳感器應用1、工業領域：厚度計、液面計、密度計、材料內部探傷等；2、醫學領域：B超檢測儀等3、國防：核研究、核檢查、核防護等核輻射傳感器包括 放射源放射源、探測器探測器和信號轉換電路信號轉換電路。核輻射傳感器核輻射

9、傳感器廣泛用在制藥廠，實驗室，發電廠，采石場，緊急狀況營救站，金屬處理廠，地下油田和供油管道裝備，環境保護等部門。檢查局部的輻射泄露和核輻射污染，檢查周圍環境的氡輻射銫污染，檢查鈷60輻射污染，檢查石材等建筑材料的放射性，檢查有核輻射危險的填埋地和垃圾場，檢測從醫用到工業用的X射線儀器的X射線輻射強度， 檢查地下水，鐳污染檢查地下鉆管和設備的放射性 監視核反應堆周圍空氣和水質的污染，檢查個人的貴重財產和珠寶的有害輻射，檢查瓷器餐具玻璃杯等的放射性 、家居裝飾的檢測 。 核輻射厚度計核輻射厚度計它是利用射線穿透物質的能力射線穿透物質的能力來制成的檢測儀表。它的特點是放射源放射源和核輻射探測器核輻

10、射探測器分別置于被測物體的兩側置于被測物體的兩側，射線穿過被測物體后射入核輻射探測器。由于物質的吸收，使得射入核輻射探測器的射線強度降低射線強度降低，其程度和物體厚度等有關程度和物體厚度等有關。電 子 線 路t核 輻 射 探測 器被 測 材 料放 射 源顯 示 儀 表顯 示儀 表振 蕩 器功 放平 衡電 動 機放 射 源被 測 材 料電 離 室 1補 償 楔電 離 室 2放 射 源角 位 移 傳 感 器輻射式物位計輻射式物位計以應用射線檢測物位的方法有很多。如圖是定點測量定點測量的方法。將射線源I0與探測器安裝在同一平面上，由于氣體對射線的吸收能力遠比液體或固體弱，因而當物位超過和低于此平面時

11、，探測器接收到的射線強度發生急劇變化。(a)(b)(c)(d )I0I0I0I0X熒光材料成分分析儀熒光材料成分分析儀根據初級射線從樣品中激發出來的特征從樣品中激發出來的特征X射線熒光射線熒光對材料成分進行定性分析和定量分析的。初級射線從樣品中激發出來的特征X射線射入探測器，該探測器輸出一個脈沖給脈沖高度分析器、定標器，給出以X射線熒光能量為橫坐標的能譜曲線，由能譜曲線的峰位置及峰面積的大小就可以求出樣品中含有元素及含量。安 全 屏 蔽 快門濾 光 片樣 品 盒放 射 源探 測 器屏 蔽 外 殼樣 品 臺 架 孔 板樣 品樣 品樣 品 盒樣 品 臺 架 孔 板探 測 器放 射 源EE0 X射線

12、熒光分析儀 散射角示意圖液位測量計液位測量計液位信號器是對幾個固定位置的液位進行測量，用于液位的上、下限報警用于液位的上、下限報警等。連續液位測量是對液位連續地進行測量，廣泛應用于石油、化工等諸多領域，具有非常重要的意義。原理：射線的穿透力強，射程遠，故在核輻射液位測量中廣泛采用。實驗證明，穿過物質前后射線強度會發生變化。碲鋅鎘半導體探測器碲鋅鎘半導體探測器半導體探測器是二十世紀六十年代以來得到迅速發展的一種核輻射探測器件，由于其使用條件要求嚴格而沒有在軍用裝備中得到廣泛的應用；九十年代以后發展迅速的化合物半導體探測器，作為一種可在室溫下工作的核輻射探測器受到了普遍的重視。近年來發展起來的碲鋅

13、鎘探測器(簡稱CZT探測器)屬于化合物半導體探測器化合物半導體探測器，它的工作介質是碲鋅鎘晶體(Cdl-xZnxTe)，是一種可在室溫下使用的X射線和y射線探測器，并且受溫度變化影響很小。Y射線礦漿濃度測最儀射線礦漿濃度測最儀礦漿濃度直接形響磨礦產品細度，礦漿枯度大，磨礦生產現場環境條件差，難以采用常規方法進行測量。同位素檢測準確可靠，測量過程非接觸，能解決采用其他測量方法難以解決的問題。穿過被測礦漿后的了射線強度由探測器測量，探測器將其轉換成相應的電信號轉換成相應的電信號，通過測量電路測量與處理，求出被側礦漿濃度。實現了對礦漿濃度的連續測量連續測量，較好地滿足了生產過程的測控要求。核輻射微機皮帶秤核輻射微機皮帶秤從放射源發出的射線，在穿透皮帶輸送機的皮帶時，射線就要被吸收一部分。沒有被吸收的射線則被電離室探測器接