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核辐射传感器原理及其应用举例详解演示文稿 第一页，共二十一页。 优选核辐射传感器原理及其应用举例 第二页，共二十一页。 近年来，核辐射传感器由于具有众多优良特性，得到了广泛的关注。 本文从核辐射的性质入手，系统介绍了核辐射探测器的原理和几种核辐射传感器的工作原理、结构特点和使用场合。 在跟踪当代核辐射传感器前沿技术发展的同时，对他们的进行了特性分析与应用的初步探讨。 第三页，共二十一页。 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而有不同的质子数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α射线、β射线、γ射线、X射线等，这种现象称为核辐射。 第四页，共二十一页。 实验表明，放射源的强度是 随着时间按指数定理而减低的 即 式中： J0——开始时的放射源强度；  J——经过时间为t以后的放射源强度；  λ——放射性衰变常数。 第五页，共二十一页。 放射性同位素种类很多，由于核辐射检测仪表对采用的放射性同位素要求它的半衰期比较长，且对放射出来的射线能量也有一定要求。 因此常用的放射性同位素只有20种左右，例如Sr90（锶）、Co60（钴）、Cs137（铯）、Am241（镅）等。 第六页，共二十一页。 α射线 α射线通过气体时，使其分子或原子的轨道电子产生加速运动，如果此轨道电子获得足够大的能量，就能脱离原子成为自由电子，从而产生一对由自由电子和正离子组成的离子对，这种现象称为电离。 在检测技术中，α射线的电离效应、透射效应和散射效应都有应用，但以电离效应为主，用α粒子来使气体电离比其它辐射强得多。 第七页，共二十一页。 β射线 β粒子在穿经物质时，会使组成物质的分子或原子发生电离，但与α射线相比β射线的电离作用较小。由于β粒子的质量比α粒子小很多，因此更易被散射。 β射线与α射线相比，透射能力大，电离作用小。在检测中主要是根据β辐射吸收来测量材料的厚度、 密度或重量，根据辐射的反射来测量覆盖层的厚度，利用β粒子很大的电离能力来测量气体流。 第八页，共二十一页。 γ射线 与β射线相比，γ射线的吸收系数小，它透过物质的能力最强，在气体中的射程为几百米，并且能穿透几十厘米的固体物质，其电离作用最小。 在测量仪表中，根据γ辐射穿透力强这一特性来制作探伤仪、金属厚度计和物位计等。 第九页，共二十一页。 核辐射探测器 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。 当前常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数管、闪烁计数器和半导体探测器等。 第十页，共二十一页。 电离室 电离室是利用射线对气体的电离作用而设计的一种辐射探测器，它的重要部分是两个电极和充满在两个电极间的气体。气体可以是空气或某些惰性气体。电离室的形状有圆柱体和方盒状。 电离室的结构意图 电离室的特性曲线 差分电离室 第十一页，共二十一页。 正比计数管 它是由圆筒形的阴极和作为阳极的中央芯线组成的，内封有稀有气体、氮气、二氧化碳等气体。当放射线射入使气体产生电离时，由于在芯线近旁电场密度高，电子碰撞被加速，在气体中获得足够的能量，碰撞其它气体分子和原子而产生新的离子对。正比计数管可以探测入射放射线的能量。 第十二页，共二十一页。 闪烁计数器 物质受放射线的作用而被激发，在由激发态跃迁到基态的过程中，发射出脉冲状的光的现象称为闪烁现象。能产生这样发光现象的物质称为闪烁体。闪烁计数器先将辐射能变为光能，然后再将光能变为电能而进行探测，它由闪烁体和光电倍增管两部分组成。 第十三页，共二十一页。 半导体探测器 半导体探测器是近年来迅速发展起来的一种射线探测器。我们知道荷电粒子一入射到固体中就与固体中的电子产生相互作用并失去能量而停止。 而X射线或γ射线由于光电效应、康普顿散射、电子对生成等而产生二次电子，此高速的二次电子经过与荷电粒子的情况相同的过程而产生电子和空穴。若取出这些生成的电荷，可以将放射线变为电信号。 第十四页，共二十一页。 核辐射传感器 应用 1、工业领域：厚度计、液面计、密度计、材料内部探伤等； 2、医学领域：B超检测仪等 3、国防：核研究、核检查、核防护等 核辐射传感器包括