1、9.1核輻射傳感器核輻射傳感器的測量原理是基于核輻射粒子的電離作用、穿透能力、物體吸收、散射和反射等物理特性，利用這些特性制成的傳感器可用來測量物質的密度、厚度，分析氣體成分，探測物體內部結構等，它是現代檢測技術的重要部分。9.1.1 核輻射檢測的物理基礎1 、同位素在核輻射傳感器中，常采用 a、B、 丫和X射線的核輻射源，產生這些射線的 物質通常是放射性同位素。 所謂放射性同位素就是原子序數相同，原子質量不同的元素。這些同位素在沒有外力作用下，能自動發生衰變，衰變中釋放出上述射線。其衰減規律為：a =a0e_ 讓核輻射檢測要采用半衰期比較長的同位素。半衰期是指放射性同位素的原子核數衰變到一半

2、所需要的時間，這個時間又稱為放射性同位素的壽命。核輻射檢測除了要求使用半衰期比較長的同位意外，還要求放射出來的射線要有一定的輻射能量。2、核輻射核輻射是放射性同位素衰變時，放射出具有一定能量和較高速度的粒子束或射線。主要有四種：a射線、B射線、丫射線和X射線射線。a、B射線分別是帶正、負電荷的高速粒子流；丫射線不帶 電，是以光速運動的光子流，從原子核內放射出來；X射線是原子核外的內層電子被激發射出來的電磁波能量。tl°e表示了某種放射性同位素的核輻射強度。由該式可知，核輻射強度是以指數規律隨時間而減弱。通常以單位時間內發生衰變的次數表示放射性的強弱。輻射強度單位用1Ci（居里）表示：

3、1Ci的輻射強度就是輻射源 1s內有3.7 X 1010次核衰變。1Ci（居里）=103mCi （毫居里） =106卩Ci（微居里）。在檢測儀表中常用 mCi或卩Ci作為計量單位。9.1 核輻射傳感器2 核輻射與物質間的相互作用（1）電離作用當具有一定能量的帶電粒子穿透物質時，在它們經過的路程上就會產生電離作 用，形成許多離子對，電離作用是帶電粒子和物質相互作用的主要形式。a粒子（射線）由于能量、質量和帶電量大，故電離作用最強，但射程（帶電粒子在物質中穿行時、能量耗盡前所經過的直線距離）較短。B粒子質量小，電離能力比同樣能量的a粒子要弱，由于B粒子易于散射，所以其行程是彎曲的。丫粒子幾乎沒有直

4、接的電離作用。在輻射線的電離作用下， 每秒鐘產生的離子對的總數，即離子對形成的頻率可出下式表示:式中：E 帶電粒子的能量；EdI離子對的能量；輻射源的強度；C輻射源強度為1Ci時，每秒放射出的粒子數。e2 Ed(2)核輻射線的吸收、散射和反射l°e-ha、B、丫射線穿透過物質程中，一部分粒子能量被物質吸收，一部分粒子被散射掉, 能量將按下述關系式衰減：式中I、10分別為射線穿透物質前、后的輻射強度，h為穿透物質的厚度，p為物質的密度，卩為物質的質量吸收系數。三種射線中，丫射線穿透能力最強，B射線次之，a射線最弱，丫射線的穿透 厚度比a、B要大得多。B射線穿透物質時，容易改變其運動方向

5、而產生散射現象。當產生 相反方向散射時，即出現了反射現象。 反射的大小取決于散射物質的性質和厚度。3射線的散射隨物質的原子序數增大而加大。當原子序數增大到極限情況時，投射 到反射物質上的粒子幾乎全部反射回來。反射的大小與反射物質的厚度有如下關系：lm(1-hh式中：Ih 反射物質厚度為 h(mm)時，放射線被反射的強度；Im當h趨向無窮大時的反射強度，Im與原子序數有關；h輻射能量的常數。當I0、1、Im、i h、p等已知后，只要測出I或Ih就可求出其穿透厚度 h。另一方面，當 I0、 i、h等已知后，只要測出I就可求物質的密度 p。9.1.2核輻射傳感器1、電離室放射線傳感器右圖為電離室示意

6、圖。 電離室兩側設有二塊平行極板，對其加上極化電壓 E使二極板間形成電場。當有粒子或射線射向二極板間空氣時，空氣分子被電離成正、負離子。帶電離子在電場作用下形成電離電流，并在外接電阻R上形成壓降。測量此壓降值即可得核輻射的強度。電離室主要用于探測 a、3粒子，它具有堅固、穩定、成本低、壽命長等優點，但輸出電流 很小。電離室示意圖2. 氣體放電計數管（蓋格計數管）正離子鞘到達陰極時得到一定的動能，能從陰極打出次級電子。 由于此時陽極附近的電場已恢復，次級電子又能再一次產生正離子鞘和電壓脈沖，從而形成連續放電。 若在計數管內加入少量有機分子蒸汽或鹵族氣體，可以避免正離子鞘在陰極產生次級電子，而使放

7、電自動停止。體放電計數管示意圖9.1核輻射傳感器氣體放電計數管的特性曲線如圖所示。圖中11、12代表入射的核輻射強度，11 > 12。由圖可見，在相同外電壓 U時不同輻射強度將得到不同的脈沖數N。氣體放電計數管常用于探測3粒子和丫射線。陽極 陰極9.1核輻射傳感器當核輻射進入閃爍晶體時，晶體原子受激發光，透過晶體射到光電倍增管的光陰極 上，根據光電效應在光陰極上產生的光電子在光電倍增管中倍增，在陽極上形成電流脈沖， 即可用儀器指示或記錄。閃爍計數器示意圖9.1 核輻射傳感器9.1.3核輻射檢測技術的應用1. 核輻射在線測厚儀2. 核輻射物位計3. 核輻射流量計4. 核輻射探傷幻燈片159.1 核輻射傳感器1、核輻射在線測厚儀-o-9.1 核輻射傳感器2、核輻射物位計不同介質對丫射線的吸收能力不 同，一般固體最強，液體次之，氣體最差。當射線射入厚度為 H的介質時，會有一部分被介質吸收掉。透過介質的射線 強度I與入射強度10之間有如下關系：式中一吸收系數，條件固定時為常數。變形為：因此測液位可通過測量射線在穿過液體時強度的變化量來實現。Jjr1-21卜緲卜T檢測儀表15132179HI °eab U-I* 0*-0* 廠11nlnI0lnIg射線物位計的特點是：1 、可以實現非接觸測量；2 、不受