核技术之核检测物理学与高新技术

1、1核检测技术2核检测技术核检测技术原理、特点原理、特点u基本原理基本原理 利用射线利用射线(、x、n)与物质相互作用时产生的与物质相互作用时产生的吸吸收、散射或活化反应收、散射或活化反应等现象，通过测定射线的等现象，通过测定射线的强度或能强度或能谱谱的变化来测定被测物质的的变化来测定被测物质的基本物理基本物理(或化学或化学)量量(如：密如：密度、浓度、厚度度、浓度、厚度(高度高度)、水份、流量、挥发分等）。、水份、流量、挥发分等）。3核检测技术核检测技术原理、特点原理、特点常用射线源及用途常用射线源及用途核素名称核素名称射线种类射线种类能量能量(mev)半衰期半衰期主要用途主要用途241am0

2、.05956458a测厚、灰分、测厚、灰分、x射线荧光分析射线荧光分析137cs0.66130a测厚、灰分、密度计、核子秤测厚、灰分、密度计、核子秤60co1.17,1.335.3a测厚、料位计、浓度计测厚、料位计、浓度计90sr0.5428a测厚测厚(薄膜薄膜)147pm0.01-0.12.62a测厚测厚(薄膜薄膜)204tl0.01-0.14.1a测厚测厚(薄膜薄膜)14c0.1565730a测厚测厚(薄膜薄膜)252cfn平均平均2.3482.65a水份、中子活化分析水份、中子活化分析4核检测技术核检测技术原理、特点原理、特点u特点特点1. 现场、非接触、无损现场、非接触、无损(无破坏性

3、无破坏性)；2. 可在线、载流连续监测；可在线、载流连续监测；3. 抗干扰能力强。抗干扰能力强。4. 安全、无污染安全、无污染(无废气、废液排放无废气、废液排放)；5. 经济、高效。经济、高效。6. 相对测量相对测量标定难、测量精度容易受物料成分变化的标定难、测量精度容易受物料成分变化的影响。影响。5核检测技术核检测技术(1)核子密度计核子密度计u用途：用途： 各种料液浓度的在线检测和控制各种料液浓度的在线检测和控制。也。也可通过密度而间接测定出料液中某种成分可通过密度而间接测定出料液中某种成分的含量等。的含量等。 例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控

4、制；油田和石油化工过程的在线检测和控制；油田和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量的测定。的测定。6核检测技术核检测技术(1)核子密度计核子密度计7核检测技术核检测技术(1)核子密度计核子密度计8核检测技术核检测技术(2)核子核子(皮带皮带)秤秤u原理：原理： 利用物料对利用物料对射线的吸收原理射线的吸收原理。放。放射源发出的射源发出

5、的射线穿过穿透输送机上的射线穿过穿透输送机上的物料后物料后，强度减弱，物料越多，减弱的强度减弱，物料越多，减弱的程度越大，探测器接受的射线强度也减程度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出脉冲数变化，就可少，根据探测器输出脉冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少以测出输送机上物料的多少。如果同时。如果同时测出输送速度，则物料对速度之积分就测出输送速度，则物料对速度之积分就是单位时间传送物料的重量。是单位时间传送物料的重量。9核子秤原理分析图10基本测量原理基本测量原理u放射源稳定的放出射线。在支架构成的范围内呈扇形，照放射源稳定的放出射线。在支架构成的范围内呈扇形，照射到输送机上，输

6、送机上的物料吸收一部分射线，其余的射到输送机上，输送机上的物料吸收一部分射线，其余的照射到探测器上，因放射源发出的射线为常数，因此照射到探测器上，因放射源发出的射线为常数，因此探测探测器探测的射线的多少，可反映输送机上物料的多少器探测的射线的多少，可反映输送机上物料的多少。11核检测技术核检测技术(2)核子核子(皮带皮带)秤秤12核子秤实物图113实物图实物图214特点：特点： 非接触式连续称重计量控制设备，测控精度高，非接触式连续称重计量控制设备，测控精度高，长期稳定性好，无机械磨损，免维护长期稳定性好，无机械磨损，免维护1516核子秤的基本应用核子秤的基本应用17核检测技术核检测技术(2)

7、核子核子(皮带皮带)秤秤18lb442核子秤系统简介核子秤系统简介ulb442系统用于测量工业输送系统上固体物流的质量流量（如系统用于测量工业输送系统上固体物流的质量流量（如化肥；木片、纸浆；煤炭、矿石、沙子、砾石；土豆、玉米花化肥；木片、纸浆；煤炭、矿石、沙子、砾石；土豆、玉米花等等）。系统不仅能测量流量，而且能够计算固体物质的总质等等）。系统不仅能测量流量，而且能够计算固体物质的总质量，测量范围可以从量，测量范围可以从0-200kg/小时到小时到0-10000吨吨/小时，还可以小时，还可以测量管道和斜槽中处于测量管道和斜槽中处于“自由下落自由下落”状态的物流的质量流量。状态的物流的质量流量

8、。19lb442核子秤系统的应用实例示意图 20核检测技术核检测技术(3)料位计及料位开关料位计及料位开关u原理：原理：检测检测射线穿透料仓或管道中物料后射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输判断物料的料面水平，控制物料的输送。送。 放射源安装在料仓或管道的一侧，放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。探测器安装在另一侧。21核检测技术核检测技术(3)料位计及料位开关料位计及料位开关u用途：用途： 用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，

9、适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测。物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测。 如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、高料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、

10、高压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装自动控制等。自动控制等。 22几种安装方式几种安装方式23核检测技术核检测技术(4)射线测厚仪射线测厚仪1) 接触式测厚接触式测厚机械测厚法机械测厚法。 2) 非接触式测厚非接触式测厚射线测厚法、超声波测厚射线测厚法、超声波测厚法、光学测厚法法、光学测厚法，等等。等等。241)1)射线测厚仪射线测厚仪25u射线测厚仪能在线、非接触式的测量导体非导射线测厚仪能在线、非接触式的测量导体非导体的厚度，测量精度高而且量程大。体的厚度，测量精度高而且量程大。u具有较强的扩展性和高精度的模拟数字转换电

11、路。具有较强的扩展性和高精度的模拟数字转换电路。u可以进行计算机远程控制，可视化界面操作，以可以进行计算机远程控制，可视化界面操作，以及相应的数据处理。及相应的数据处理。射线测厚仪的射线测厚仪的特点特点26u 依据被测物质对放射性同位素放出的依据被测物质对放射性同位素放出的射线的吸射线的吸收强度与物质质量厚度成线性关系的规律，通过收强度与物质质量厚度成线性关系的规律，通过测量透过物质的测量透过物质的射线强度来测定被测物的厚度。射线强度来测定被测物的厚度。射线测厚仪的工作原理射线测厚仪的工作原理27几种射线测厚仪器的图片几种射线测厚仪器的图片美国美国emc公司研制公司研制x-ray在线测厚仪在线

12、测厚仪28射线测厚与超声波测厚的对比射线测厚与超声波测厚的对比u超声波测厚仪超声波测厚仪是利用超声波在各种介质内的是利用超声波在各种介质内的传播速度不同传播速度不同，即由一相介质转到另一相介质必即由一相介质转到另一相介质必然产生波反射的性能来然产生波反射的性能来“作出壁厚度作出壁厚度”测定的测定的，即即利用波反射的时间差来确定金属材料壁厚利用波反射的时间差来确定金属材料壁厚。 29超声波测厚的不足超声波测厚的不足：1)1) 超声波发射器超声波发射器,不能使用于温度高的环境不能使用于温度高的环境( 90) ,因为温度较高因为温度较高,会损坏会损坏“发射器发射器”。2)2) 被测被测“点点”金属材

13、料表面必须打整干净金属材料表面必须打整干净, 否则会出现否则会出现假数据假数据。一般。一般打整打整“点点”控制在控制在10mm 的圆形区域的圆形区域内内。3)3) 超声波发射器与材料必须接触良好超声波发射器与材料必须接触良好( (一般要抹油一般要抹油) )，其的目的是为了其的目的是为了减少波损失减少波损失。直接测量时。直接测量时，将出现将出现测量误差测量误差。30mg2系列超声波测厚仪系列超声波测厚仪31核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤质及灰分测量v 煤灰份煤灰份是煤的是煤的品质品质的重要指标。的重要指标。v 煤煤v 煤灰主要由煤中煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成高原子序数元

14、素的氧化物组成(硫硫除外除外)，与，与矿物质的含量矿物质的含量密切相关。密切相关。v 现在通用的方法是现在通用的方法是化学检验法化学检验法，但化学检验法存在，但化学检验法存在着比较大的着比较大的滞后性滞后性，无法在线检验无法在线检验，这样就给生产，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。或使用造成不可避免的损失。煤物质（大部分是煤物质（大部分是碳碳和一些和一些氢、氧和氮氢、氧和氮）矿物质（主要是矿物质（主要是铝铝和含有和含有铁铁的其他硅酸盐）的其他硅酸盐）32核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤质及灰分测量u灰分测量灰分测量(1)(1)原理：原理： 采用采用双能透射法双能透射法测量灰分，即

15、利用测量灰分，即利用两种可放射两种可放射不同能量不同能量射线的放射源射线的放射源来构成来构成“双透射通道双透射通道”，来进行测，来进行测量。量。241am (59.5kev)， 137cs (661kev)33核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤质及灰分测量u灰分测量灰分测量(1)(1)原理：原理： 对对低能低能射线，煤射线，煤中中各元素的质量衰减各元素的质量衰减系数各不相同系数各不相同，随着，随着原子序数的增大而增原子序数的增大而增加；而对加；而对中能中能射线，射线，煤中煤中各种元素的质量各种元素的质量衰减系数基本相等。衰减系数基本相等。 34核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤

16、质及灰分测量u灰分测量灰分测量(1)(1)原理：原理： 第一透射通道：第一透射通道：241am的的低能低能射线射线(59.5kev)，物质的原子序数物质的原子序数越大，对越大，对241am的的射线的吸收越强射线的吸收越强(穿透煤被探测器探测到的穿透煤被探测器探测到的射射线越少线越少)，而，而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤，因此，煤中的中的灰分含量越高灰分含量越高，穿过煤的穿过煤的(241am)射线越少射线越少。同时，对。同时，对241am射线的衰减还与煤的射线的衰减还与煤的厚度厚度有关。因此，采用了第二通道。有关。因此，采用了第二通道。 第二透射

17、通道：第二透射通道：137cs的的中能中能射线射线(661kev)，因为煤本身和灰分，因为煤本身和灰分对对137cs的的吸收基本一样吸收基本一样，因此，穿过煤后的，因此，穿过煤后的137cs信号就只与煤信号就只与煤的厚度有关。的厚度有关。 35核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤质及灰分测量 因此，因此，从中能量从中能量射线的强度变化可以反映出煤的厚度射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此，以此可以可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用，而利用修正后修正后的低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。能射线的衰减可求出煤

18、中高原子序数元素的含量，从而求出煤灰分。 36核检测技术核检测技术(5)煤质及灰分测量煤质及灰分测量u灰分测量灰分测量(2)(2)用途：用途： 用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、水分、纯碳量和发热用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、水分、纯碳量和发热量进行量进行在线检测、计量和控制在线检测、计量和控制。37scl-2000 型煤灰分仪在控制外购精煤质量中的应用型煤灰分仪在控制外购精煤质量中的应用38zz-89a型在线测灰仪型在线测灰仪 3940应应用用实实例例41探头剖面图：探头剖面图：42v 测量方式：测量方式：无需采样、制样，只需将探头插入煤中无需采样、制样，只需将探头插入煤中即可。即可。v

19、 最低检测限：最低检测限：灰份含量大于灰份含量大于5 5v 准确度：准确度：灰份灰份2020时，绝对误差时，绝对误差灰份灰份2020时，相对误差时，相对误差1.51.5v 测量时间：测量时间：5050秒钟秒钟v 仪器重量：仪器重量：探头探头3 3，主机，主机1 1v 数据存储量：数据存储量：4040个个 技术参数：技术参数：43核检测技术核检测技术(6)水份计水份计根据根据中子减速扩散原理设计中子减速扩散原理设计，它的优点有：，它的优点有：不取样，可直接测量不取样，可直接测量。不破坏被测物质的结构，也避免由于。不破坏被测物质的结构，也避免由于取样而影响水分的分布；取样而影响水分的分布；反映结果

20、反映结果迅速、灵敏、测量时间短迅速、灵敏、测量时间短；可以可以连续测量连续测量，有利于测量水分的动态变化。，有利于测量水分的动态变化。对对大体积进行积分测量大体积进行积分测量。水份分布不均匀时，给出一个水分。水份分布不均匀时，给出一个水分平均值；平均值； 44核检测技术核检测技术(6)水份计水份计用途：用途：用于工业生产过程中各种物料水分含量的在线用于工业生产过程中各种物料水分含量的在线连续检测。可用于钢铁、建材、水泥、铸造、玻璃、陶连续检测。可用于钢铁、建材、水泥、铸造、玻璃、陶瓷、煤炭等行业对料斗、料仓中或各种输送机输送过程瓷、煤炭等行业对料斗、料仓中或各种输送机输送过程中的中的物料水分进

21、行在线式连续检测物料水分进行在线式连续检测，并能输出控制信号并能输出控制信号实现生产过程的闭环自动控制实现生产过程的闭环自动控制。 45核检测技术核检测技术(7) 核测井核测井核测井技术是随着当代核测井技术是随着当代核技术核技术的发展的发展和和石油、煤炭、地质矿石油、煤炭、地质矿产产等对核测井技术发展的需要等对核测井技术发展的需要而迅速发展起来的尖端测井技而迅速发展起来的尖端测井技术之一。术之一。随着人工放射源技术、传感器随着人工放射源技术、传感器技术、测量技术、信息处理技技术、测量技术、信息处理技术与计算机技术的发展，术与计算机技术的发展，核测核测井技术目前仍处在飞速发展之井技术目前仍处在飞

22、速发展之中中。46核检测技术核检测技术(7)核测井核测井核测井的优点：核测井的优点：l核测井揭示的是核测井揭示的是岩石的核物理性质岩石的核物理性质，即岩石中各种核素微观，即岩石中各种核素微观特性的宏观表现，它深刻地特性的宏观表现，它深刻地反映着岩石的本质反映着岩石的本质；l对测量条件有广泛的适应性对测量条件有广泛的适应性，能在含有各种井内流体的裸眼，能在含有各种井内流体的裸眼井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；井、套管井中对各种不同类型的储层进行有效测量；l能能提供大量具有不同物理实质的参数提供大量具有不同物理实质的参数，且大部分参数不可能，且大部分参数不可能用其他方法获得，即具有不可代替性。用其他方法获得，即具有不可代替性。47核检测技术核检测技术(7)核测井核测井核测井的分类核测井的分类核测井包括以核测井包括以核物理学核物理学和和核物理技术为基础核物理技术为基础的一系列测井方的一系列测井方法。分为法。分为测井测井、中子测井中子测井和和核磁测井核磁测井三大类三大类。48核检测技术核检测技术(7)核测井核测井散射散射能谱测井的应用能谱测井的应用l鉴别岩性鉴别岩性l求储集层孔隙度求储集层孔隙度l求泥质含量求泥质含量l求地层的波阻抗求地层的波阻抗波阻抗为密度和波传播