核辐射检测技术

核辐射检测技术

主要内容:

●核辐射检测的基本原理

●放射源和核辐射探测器

●透射式γ射线测厚仪●核辐射式物位计●射线的防护一、核辐射检测的基本原理

1.放射性同位素

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。某种同位素的原子核在没有任何外因的作用下，它的核成分自动变化，这种变化称为放射性衰变。在衰变过程中将放出射线的同位素就称为放射性同位素。

根据实验可得出放射性衰变规律为式中N0

——原有的物质原子数；

N

——物质在t

时尚未衰变的原子数；

λ——物质的衰变常数。

放射性元素从N0个原子衰变至N0/2个原子所经历的时间，称为半衰期。不同放射性元素的半衰期T是不同的。

原子系数在83以下的每一种元素都有一个或几个稳定的同位素，原子序数在83以上的同位素则只有放射性同位素。放射性同位素又分天然的和人工的两种。目前知道的可以利用的放射性同位素有二百多种，这些放射性同位素是用原子能反应堆和回旋加速器等办法制造出来的。

2.各种射线的基本特征

常见的核辐射的种类有α辐射、β辐射、γ辐射、X辐射和中子辐射。

α辐射α粒子，实际上就是氦原子核。α粒子对气体的电离作用比其它辐射强得多。作α衰变的放射性同位素有84Po210(钋)、88Ra226(镭)等。β辐射β粒子实际上就是电子，放射性同位素的原子核放射出电子的衰变称为β衰变。β射线与α射线相比，电离作用小而穿透能力大。

X辐射和γ辐射X射线和γ射线本质上都是波长很短的电磁波，

X射线可以穿透几十厘米厚的金属板，而γ射线能穿透几十厘米厚的铅板。X射线和γ射线被广泛地应用到了探伤、厚度、物位的测量等方面。中子辐射中子是一种不带电的粒子，按其本身的能量可将中子分为快中子、中能中子、慢中子和热中子。中子辐射具有较强的贯穿能力，它可以从含氢介质中打出质子，因此可用来测量含氢介质的物位和成份等。

3.核辐射检测的基本原理

根据粒子、射线与物质的相互作用原理，选择合适的辐射源，使其射线与被测物质相互作用，由此产生的相应变化由探测器检测出来，即可达到测量的目的。如:β、X、γ射线穿过物质层后，由于物质的吸收作用，使射线的强度按指数规律衰减，即：

式中I、I0

——

分别为出射和入射的辐射通量的强度；

μ

——

吸收层的线性吸收系数；

h——

吸收层的厚度。此关系式是设计穿透式厚度计和物位计的理论基础。

若引入质量吸收系数μm=μ/ρ（其中ρ为密度），则上式可改写为：当厚度h一定后，上式即成为核辐射式密度计的理论基础。

研究结果表明，当γ射线能量E小于0.3MeV时，质量吸收系数将取决于吸收体的化学成份。成份复杂的物质对γ射线的吸收系数μm可表示为：式中Fi

——

物质中第i种成份的质量百分比；

μmi

——

物质中第i种成份的质量吸收系数。利用这种关系可以分析物质的成份。

二、放射源和核辐射探测器

1.放射源

X射线的获得β、α、γ射线的获得

β、α、γ射线一般是由放射性同位素产生的。

放射源容器

常用的放射性同位素及其基本参数

2.核辐射探测器常用的核辐射探测器有：电离室、正比计数器、盖革-弥勒计数器和半导体探测器等。

电离室正比计数器三、透射式γ射线测厚仪1.工作原理由于物质的吸收作用，使得射入核辐射探测器的射线强度降低，射到探测器的透射射线强度I和物质厚度h的关系为：2.γ射线测厚仪的结构

3.透射式γ射线测厚仪的应用----输煤量的测量为了使煤层保持一定形状以保证测量的准确性，输煤皮带前方应安装一些刮板。测量用的三套放射源－核辐射探测器输出的信号，经单片机的计算处理，可以求出煤层的截面积，再测出传送皮带的速度，即可由单片机计算出煤的质量流量并予以显示。如果把这个信号进行积分处理，还可以得到总的耗煤量的信息。

检测器安装位置示意图

四、核辐射式物位计

在物位检测仪表中，一般都采用穿透能力强的γ射线，其放射源采用Co60、Cs137等同位素。核辐射式物位计也是基于物质对放射线的吸收特性设计的。

1.γ射线物位计的几种类型

γ射线物位计有许多种类型，如定点监视型、跟踪型、透过型、照射型和多射线源型等。

定点监视型物位计原理图

跟踪型物位计原理图

透过型物位计原理图

各种测量方法和输出特性示意图

(a)线源多点组合式；（b）接收多点组合式；（c）线源多点接收器多点组合式2.γ射线物位计的应用----煤粉仓粉位的测量

放射源—探测器的安装方式很多，常用的是使γ射线垂直的穿透容器，放射源一般采用能产生很强的γ射线的Co60

做为放射源。

γ射线物位计测量煤粉仓粉位五、核辐射探伤

射线探伤是工业上常用的无损探伤的方法，一般采用X射线和γ射线。X射线穿透钢板的厚度一般小于100mm,，而γ射线可用于检测厚度大于300mm的钢板。

六、射线的防护

从事同位素仪表工作的人员主要是防止射线的照射。一般防护的办法是

1.缩短接触时间接触放