《传感器技术与应用》课件-11.1核辐射物理基础

传感原理与应用11.1核辐射物理基础TRANSDUCER课

程

内

容CourseContents11.1核辐射物理基础11.2核辐射传感器11.3核辐射传感器的应用课程内容CourseContents11.1核辐射物理基础11.2核辐射传感器11.3核辐射传感器的应用11.1核辐射物理基础11.0概述辐射可分为：电离辐射和非电离辐射。电离辐射非电离辐射辐

射11.1核辐射物理基础电离辐射

直接或间接使介质发生电离效应的电或不带电的射线或粒子(能量﹥keV)α、β、γ、x、n、p、裂变碎片

介子等来源

1)放射性物质(人造、天然）2)加速器3)反应堆4)宇宙射线5)地球环境

非电离辐射紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用但都不能使物质发生电离效应（能量～eV量级）来源

如移动电话：频率800-1800MHz

能量﹤0.01eV(所以没有电离作用）11.1核辐射物理基础电磁波谱能量低高11.1核辐射物理基础11.0概述核辐射测量主要应用领域：

断层扫描computedtomograhy（工业CT、医疗CT）、无损检测、炉前分析、现场元素分析、在线监测、环境监测、探伤等等。医疗CT

X线管

检测仪11.1核辐射物理基础11.0概述1895,伦琴（Roentgen）发现X射线现代X射线照片世界上第一张X射线照片11.1核辐射物理基础11.0概述射线传感器用于工业检测：高解析度X射线检

测仪（X-ray）

利用X射线技术与CCD技术获得高清图像

工业CT-无损检测11.1核辐射物理基础11.0概述工业CT11.1核辐射物理基础11.1核辐射物理基础

放射线通过被测量物时会伴随着能量的损失，只要得到确切的损失量，就可以准确地了解到被测物的特征。核辐射测量是一种完美的测量方法11.1核辐射物理基础11.1核辐射物理基础核辐射传感器（探测器）：

将入射核辐射（粒子）的全部或部分能量转化为可观测的电信号（如电流、电压信号）的装置。核幅射（人工、天然）能量转换电信号11.1核辐射物理基础11.1核辐射物理基础11.1.1放射性同位素：（1）放射性同位素用于各种衡器11.1核辐射物理基础（1）放射性同位素当没有外因作用时，同位素的原子核会自动产生核结构的变化，称为核衰变；

凡是原子序数相同、原子质量不同的元素，在元素周期表中占同一位置，这种元素称同位素；同位素的原子在自动衰变过程中会放出射线，这种同位素就称“放射性同位素”。11.1核辐射物理基础（2）核衰变与核辐射放射性衰减规律可表示为：放射性同位素的原子核数目，随时间按指数规律衰减；11.1核辐射物理基础（2）核衰变与核辐射——t

时刻原子核数；——t=0的原子核数；——衰减常数（不同核素衰减常数值不同）11.1核辐射物理基础（2）核衰变与核辐射半衰期：通常用半衰期表示核素衰减速度；一般用10倍半衰期表示放射性核素的寿命。半衰期指：放射性核数衰减到原始数目一半所用的时间；11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用放射性同位素衰变时，放出一种特殊的，带有一定能量的粒子或射线，这种现象称“核辐射”。放射性同位素在衰变过程中能放出α、β、γ三种射线，其中：

α

射线由带正电的α粒子组成（如氦核）；

β

射线由带负电的β粒子组成（电子）；

γ

射线由中性的粒子组成（光子）。11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用I0——初始强度；I——t时间后的强度；核辐射的强弱用放射性强度表示放射性强度也是随时间按指数规律减小：11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用用单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，称放射性强度(活度)。放射性活度（强度）单位放射性强度单位：居里（Ci）,毫居里(mCi)1Ci

=3.7×1010（次核衰变）/秒放射性活度单位：贝可（Bq）11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用核辐射与物质间的相互作用主要是通过：电离、吸收、反射其中：α粒子质量大，电荷量多，电离能力最强但射程短；β粒子质量小，电离较弱；γ粒子没有直接电离作用。电离作用：带电粒子在物质中穿行时会使物质的原子发生电离，在它们经过的路程上形成离子对。

α

β11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用吸收、反射：

α、β、γ射线穿透物质时，由于磁场作用，原子中电子会产生共振，振动的电子形成散射的电磁波源，使粒子和射线能量被吸收和衰减。11.1核辐射物理基础11.1.2核辐射与物质间的相互作用α射线穿透能力最弱，空气中运行轨迹为直线；β射线次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换而改变方向产生散射，在空气中轨迹为折线；

γ射线穿透能力最强，能穿透几十厘米厚固体物质，在气体中可穿透数米，因此γ射线广泛用于医疗诊断、探伤等。11.1核辐射物理基础1MeV的