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第13章 射线及微波检测传感器 13.1 核辐射传感器 13.2 超声检测 13.3 红外辐射传感器 13.4 微波传感器 核辐射、红外、超声波、微波等新兴检测技术在近年来获得飞速的发展，并在很多领域得到越来越多的应用。本章介绍它们在检测技术中实现非电量测量的基本原理和应用实例。  13.1 核辐射传感器 13.1.1 核辐射检测的物理基础 1．同位素 原子序数相同，原子质量数不同的元素称作同位素。 不须外因的作用，某些同位素的原子核会发生自动衰变，并在衰变中放出射线，这类同位素称作“放射性同位素”。 衰减规律为  放射性同位素衰变的快慢，通常用“半衰期”来表示。 半衰期是指放射性同位素的原子核数衰变到其一半所需的时间，一般将它作为该放射性同位素的寿命。 2．核辐射 放射性同位素在衰变过程中放出带有一定能量的粒子或射线，这种现象称为“核辐射”。核辐射包括a、b、g三种射线。 ⑴ a 射线。由带正电的a 粒子组成（即氦原子核）,其质量为4.002775原子质量单位并带有2个正电荷。α粒子主要用于气体分析，测量气体压力、流量等。 ⑵β射线。它实际上是高速运动的电子，其质量为0.000549原子质量单位，放射速度接近光速。β衰变是原子核中的一个中子转变成一个质子而放出一个电子的结果。β粒子用于测量材料厚度、密度等。 ⑶γ射线。它是一种电磁辐射。处于受激态的原子核常在极短的时间内(10-14s)将自己多余能量以电磁辐射(光子)形式放射出来，而使其回到基态。γ射线的波长较短(约为10-8 ~ 10-10cm)，不带电。γ射线在物质中的穿透能力很强，能穿透几十厘米厚的固体物质，在气体中射程达数百米。γ射线广泛应用于金属探伤、测大厚度等。 欧内斯特·卢瑟福 一、生平简介 　　 欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford, 1871—1937)英国物理学家，1908年度诺贝尔化学奖的获得者。 　　 1871年8月30日生于新西兰纳尔逊的一个手工业工人家庭。并在新西兰长大。他进入新西兰的坎特伯雷学院学习。23岁时获得了三个学位（文学学士、文学硕士、理学学士）。1895年在新西兰大学毕业后，获得英国剑桥大学的奖学金进入卡文迪许实验室，成为汤姆孙的研究生。1898年，在汤姆孙的推荐下，担任加拿大麦吉尔大学的物理教授。他在那儿呆了9年。于1907年返回英国出任曼彻斯特大学的物理系主任。1919年接替退休的汤姆孙，担任卡文迪许实验室主任。1925年当选为英国皇家学会主席。1931年受封为纳尔逊男爵，1937年10月19日因病在剑桥逝世，与牛顿和法拉第并排安葬，享年66岁。 二、科学成就 卢瑟福是二十世纪最伟大的实验物理学家之一，在放射性和原子结构等方面，都做出了重大的贡献。被称为近代原子核物理学之父。 　　1、他关于放射性的研究确立了放射性是发自原子内部的变化。放射性能使一种原子改变成另一种原子，而这是一般物理和化学变化所达不到的；这一发现打破了元素不会变化的传统观念，使人们对物质结构的研究进入到原子内部这一新的层次，为开辟一个新的科学领域——原子物理学，做了开创性的工作。 　　2. 1912年，卢瑟福根据α粒子散射实验现象提出原子核式结构模型。该实验被评为“物理最美实验”之一。 　　3、质子的发现 1919年，卢瑟福做了用α粒子轰击氮核的实验。他从氮核中打出的一种粒子，并测定了它的电荷与质量，它的电荷量为一个单位，质量也为一个单位，卢瑟福将之命名为质子。 二、科学成就 　4、他通过α粒子为物质所散射的研究，无可辩驳地论证了原子的核模型，因而一举把原子结构的研究引上了正确的轨道，于是他被誉为原子物理学之父。 　5、人工核反应的实现是卢瑟福的另一项重大贡献。自从元素的放射性衰变被确证以后，人们一直试图用各种手段，如用电弧放电，来实现元素的人工衰变，而只有卢瑟福找到了实现这种衰变的正确途径。这种用粒子或γ射线轰击原子核来引起核反应的方法，很快就成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。在卢瑟福的晚年，他已能在实验室中用人工加速的粒子来引起核反应。 放射性的强弱称为放射性强