射线式传感器课件

第第1111章章 射线式传感器射线式传感器第11章 射线式传感器1主要内容主要内容11.1 核辐射物理基础核辐射物理基础11.2 射线式传感器射线式传感器11.3 射线式传感器的应用射线式传感器的应用主要内容11.1 核辐射物理基础2射线式传感器也称核辐射探测器，它是利用放射性同位射线式传感器也称核辐射探测器，它是利用放射性同位素发出射线，根据被测物质对放射线的吸收、反射、散素发出射线，根据被测物质对放射线的吸收、反射、散射或射线对被测物质的电离激发作用而工作的。射或射线对被测物质的电离激发作用而工作的。概述概述概述概述放射线通过被测量物时会伴随着放射线通过被测量物时会伴随着能量的损失能量的损失，只要得到，只要得到确切的损失量，就可以准确地了解到被测物的确切的损失量，就可以准确地了解到被测物的特征特征。核幅射（人工、天然）核幅射（人工、天然）电信号电信号能量转换能量转换核辐射传感器（探测器）：核辐射传感器（探测器）：将入射将入射核辐射核辐射（粒子）的（粒子）的全部全部或或部分部分能量转化为可观测能量转化为可观测 的的电信号电信号（如电流、电压信号）的装置。（如电流、电压信号）的装置。射线式传感器也称核辐射探测器，它是利用放射性同位素发出射线，3v1895,伦琴（伦琴（Roentgen）发现）发现 X 射线，射线式传感射线，射线式传感 器已经有器已经有100多年历史。多年历史。世界上第一张世界上第一张X射线照片射线照片现代现代X射线照片射线照片1895,伦琴（Roentgen）发现 X 射线，射线4射线式传感器射线式传感器主要应用领域：主要应用领域：断层扫描断层扫描 computed tomograhy（工业（工业CT、医疗、医疗 CT）、）、无损检测、现场元素分析、在线监测、环境监测、探伤无损检测、现场元素分析、在线监测、环境监测、探伤等等。等等。射线式传感器主要应用领域：5利用射线探测器的医疗设备：利用射线探测器的医疗设备：X射线机、射线机、医疗计算机断层扫描（医疗计算机断层扫描（CT）、核磁共振成像（核磁共振成像（MRI）。利用射线探测器的医疗设备：X射线机、6探伤探伤探伤7安检安检安检8太空技术：空间探测太空技术：空间探测“太空之眼太空之眼”迄今最伟大的八具空间望远镜迄今最伟大的八具空间望远镜 哈哈勃勃望望远远镜镜康普顿康普顿伽玛射线伽玛射线太空太空望远镜望远镜钱德拉钱德拉X射线太空望远镜射线太空望远镜XMM-牛顿牛顿X射线太空望远镜射线太空望远镜太空技术：空间探测“太空之眼”哈勃望远镜康普顿钱德拉X射线9辐射可分为：电离辐射和非电离辐射辐射可分为：电离辐射和非电离辐射 非电离辐射非电离辐射 紫外线、红外线、微波等紫外线、红外线、微波等这些粒子虽能够同物质发生作用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但都不能使物质发生电离效应（能量（能量 eVeV量级）量级）来源来源 如移动电话：如移动电话：频率频率 800-1800 MHz800-1800 MHz 能量能量0.01 eV 0.01 eV (所以没有电离作用）所以没有电离作用）电离辐射电离辐射 直接或间接使介质发生电离效应的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电或不带电的射线或粒子 (能量能量 keV)keV)、x、n、p、裂变碎片裂变碎片 介子等介子等来源来源 1)1)放射性物质放射性物质 (人造、天然）人造、天然）2)2)加速器加速器3)3)反应堆反应堆 4)4)宇宙射线宇宙射线 5)5)地球环境地球环境 11.1 11.1 11.1 11.1 核辐射核辐射核辐射核辐射物理基础物理基础物理基础物理基础辐射可分为：电离辐射和非电离辐射 非电离辐射 电离辐射 10电电 磁磁 波波 谱谱频率频率能量能量 低低 高高FE波长波长电 磁 波 谱频率能量 低 1111.1.1 11.1.1 11.1.1 11.1.1 放射性同位素放射性同位素放射性同位素放射性同位素 凡是凡是原子序数原子序数相同、相同、原子质量原子质量不同的元素，不同的元素，在元素在元素周期表中占同一位置，这种元素称周期表中占同一位置，这种元素称同位素同位素；当没有外因作用时，同位素的当没有外因作用时，同位素的原子核原子核会自动产生核会自动产生核结构的变化，称为结构的变化，称为核衰变核衰变；同位素的原子在自动同位素的原子在自动衰变衰变过程中会放出射线，这种过程中会放出射线，这种同位素就称同位素就称“放射性同位素放射性同位素”。（1）放射性同位素放射性同位素11.1.1 放射性同位素 凡是原子序数相同、原子质量不同的12 核素核素及符号表示及符号表示具有确定具有确定质子数质子数和和中子数中子数的的原子核原子核称为称为核素核素。核素是原子核的一种统称。核素是原子核的一种统称。核素表示符号核素表示符号核核 素素质子数质子数中子数中子数质量数质量数符符 号号氦氦-4-42 22 24 44 4HeHe碳碳-12-126 66 612121212C C碳碳-13-136 67 713131313C C碳碳-14-146 68 814141414C C 核素及符号表示具有确定质子数和中子数的原子核称为核素。核13放射性衰减规律可表示为放射性衰减规律可表示为t t=0 的原子核数；的原子核数；t t 时刻原子核数；时刻原子核数；衰减常数衰减常数（不同核素衰减常数值不同不同核素衰减常数值不同）（2 2）核衰变与核辐射）核衰变与核辐射 放射性同位素的放射性同位素的原子核数目原子核数目，随时间按指数规律衰减，随时间按指数规律衰减放射性衰减规律可表示为t=0 的原子核数；t 14v半衰期半衰期：通常用半衰期表示核素衰减速度通常用半衰期表示核素衰减速度 半衰期指，半衰期指，放射性核数衰减到原始数目一半所用的时间放射性核数衰减到原始数目一半所用的时间，一般用一般用10倍半衰期倍半衰期表示放射性核素的寿命。表示放射性核素的寿命。半衰期：通常用半衰期表示核素衰减速度 一般用10倍半衰1511.1.2 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核辐射与物质间的相互作用核辐射与物质间的相互作用 放射性同位素在衰变过程中能放出放射性同位素在衰变过程中能放出、三种射线三种射线，其中：，其中：射线射线由带正电的由带正电的 粒子组成粒子组成 （如氦核）；（如氦核）；射线射线由带负电的由带负电的 粒子组成粒子组成 （电子）；（电子）；射线射线由中性的粒子组成由中性的粒子组成 （光子）。（光子）。放射性同位素衰变时，放出一种特殊的，带有一定放射性同位素衰变时，放出一种特殊的，带有一定能量的能量的粒子或射线粒子或射线，这种现象称，这种现象称“核辐射核辐射”。11.1.2 核辐射与物质间的相互作用 放射性同位素在161.0086651.008665 0 0 n中中 子子1.0072761.007276+1+1 p质质 子子 0 0 0 0 5.486105.48610-4-4 1 1 e 4.002794.00279+2+2 4 4He He 质质 量量 (u)(u)电荷电荷（e)e)符号符号种类种类核辐射的基本粒子和射线性质核辐射的基本粒子和射线性质1.008665 0 n中 子1.007276+1 p17 衰变衰变 新元素新元素SgSg衰变为衰变为R Rf f鑪鑪-衰变衰变 产生电子产生电子e,e,反中微子反中微子 v v+衰变衰变 F F氟氟产生正电子产生正电子e,e,中微子中微子 v v 衰变衰变 DyDy镝放出镝放出射线，能态变化，射线，能态变化，原子量、原子序数不变原子量、原子序数不变自然界常见的核衰变示例自然界常见的核衰变示例自然界常见的核衰变示例自然界常见的核衰变示例 衰变-衰变+衰变 衰变 自然界常见的核衰变18放射性强度也是随时间按指数规律减小：放射性强度也是随时间按指数规律减小：I I0 0 初始强度；初始强度；I I t t 时间后的强度；时间后的强度；1 1Ci =3.710=3.7101010（次核衰变）（次核衰变）/秒秒l 放射性放射性强度强度单位：贝可单位：贝可（Bq）放射性放射性强度强度单位单位放射性放射性强度强度单位：居里（单位：居里（Ci）,毫居里毫居里(mCi)用用单位时间内发生衰变的次数单位时间内发生衰变的次数来表示放射性的强弱，来表示放射性的强弱，称称放射性强度放射性强度(活度活度)。核辐射的强弱核辐射的强弱用放射性强度表示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：I0 初始强度；119核辐射与物质间的相互作用主要是通过核辐射与物质间的相互作用主要是通过 电离电离、吸收吸收、反射反射作用。作用。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：带电粒子在物质中穿行时会使物质的原子发生发生电离电离，在它们经过的路程上形成，在它们经过的路程上形成离子对离子对。其中：。其中：粒子粒子质量大，电荷量多，质量大，电荷量多，电离能力最强但电离能力最强但射程短射程短；粒子粒子质量小，电离较弱；质量小，电离较弱；粒子粒子没有直接电离作用。没有直接电离作用。核辐射与物质间的相互作用主要是通过 20吸收、反射吸收、反射 、射线穿透物质时，由于磁场作用，原子中射线穿透物质时，由于磁场作用，原子中电子会产生电子会产生共振共振，振动的电子形成散射的，振动的电子形成散射的电磁波源电磁波源，使使粒子和射线能量被吸收和衰减粒子和射线能量被吸收和衰减。其中：。其中：射线射线穿透能力最穿透能力最弱弱，空气中运行轨迹为，空气中运行轨迹为直线直线；射线射线次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换次之，穿行时由于与物质原子发生能量交换而改变方向产生而改变方向产生散射散射，在空气中轨迹为，在空气中轨迹为折线折线；射线射线穿透能力最穿透能力最强强，能穿透几十厘米厚固体物质，能穿透几十厘米厚固体物质，在气体中可穿透数米，因此在气体中可穿透数米，因此 射线广泛用于医疗诊射线广泛用于医疗诊断、探伤等。断、探伤等。吸收、反射 射线穿透能力最弱，空气中运行轨迹为直线；211 MeV 1 MeV 的粒子穿透物质能力的粒子穿透物质能力 1 1 页页 60 60页页/本本 铅铅铅室铅室中子中子n n45804580本本中中子子源源地地 下下1-2 1-2 米深米深1 MeV 的粒子穿透物质能力 铅铅室中子n4580本中地2211.2 11.2 11.2 11.2 射线式传感器射线式传感器射线式传感器射线式传感器射线式传感器器通常有两种主要形式：射线式传感器器通常有两种主要形式：一种是测量放射性物质的放射线，例如测天然放射性一种是测量放射性物质的放射线，例如测天然放射性U(铀铀)、Th(钍钍)、K(钾钾)。另一种方式是另一种方式是利用利用放射性同位素，测量放射性同位素，测量非放射性物质，非放射性物质，根据被测物质对辐射线的吸收、反射进行检测，或者利根据被测物质对辐射线的吸收、反射进行检测，或者利用射线对被测物质的电离激发作用。用射线对被测物质的电离激发作用。如：测厚、探伤、如：测厚、探伤、X射线荧光仪测元素含量等射线荧光仪测元素含量等。原理基本相同，而能量范围不同，后者传感器由原理基本相同，而能量范围不同，后者传感器由射线源射线源和和探测器探测器组成。组成。11.2 射线式传感器射线式传感器器通常有两种主要形式：23辐射源结构一般为丝状、圆拄状、辐射源结构一般为丝状、圆拄状、圆片状，有点源、面源、片源。圆片状，有点源、面源、片源。辐射源的结构应使射线从测量方辐射源的结构应使射线从测量方向射出，其它方向应尽量减少剂向射出，其它方向应尽量减少剂量，减少对人体的危害。可以用量，减少对人体的危害。可以用铅铅进行射线进行射线屏蔽屏蔽，铅有极强的抗，铅有极强的抗辐射穿透能力。辐射穿透能力。点源结构点源结构11.2.1 11.2.1 辐射源辐射源铅铅罐罐辐射源结构一般为丝状、圆拄状、圆片状，有点源、面源、片源。点24同位素辐射源同位素辐射源：辐射源的种类很多，一般选用半衰期较长的同位素，能辐射源的种类很多，一般选用半衰期较长的同位素，能量、强度适合的辐射源。常用同位素源见下表：量、强度适合的辐射源。常用同位素源见下表：放射源放射源 半衰期半衰期 射线种类射线种类 能量能量（铯）（铯）33.233.2年年 、0.66140.6614（镅）（镅）470470年年 、5.48 275.48 27（钚）（钚）8686年年 12-21 12-21 5050以上以上（钴）（钴）5.265.26年年 、0.31,1.17,1.330.31,1.17,1.33（锶）（锶）19.919.9年年 0.54,2.240.54,2.24（铁）（铁）2.72.7年年 5.95.9同位素辐射源：放射源 半衰期 射线种类 25核辐射探测器就是接收器核辐射信号核辐射探测器就是接收器核辐射信号的传感器，有多类型的传感器，有多类型常用于放射性测量的有：常用于放射性测量的有：1）气体探测器：气体探测器：电离室、盖革计数管、电离室、盖革计数管、正比计数器；正比计数器；2）闪烁计数器）闪烁计数器；3）半导体探测器）半导体探测器。正比计数器正比计数器闪烁计数器闪烁计数器11.2.2 11.2.2 11.2.2 11.2.2 核辐射探测器核辐射探测器核辐射探测器核辐射探测器盖革管盖革管半导体探测器核辐射探测器就是接收器核辐射信号的传感器，有多类型正比计数器26电离室是在电离室是在空气中空气中或或充有惰性气体充有惰性气体的装置中，设置一个的装置中，设置一个平行极板电容器，加几百伏平行极板电容器，加几百伏高压高压。高压在极板间产生电场，当粒子或射线射向两极板之间高压在极板间产生电场，当粒子或射线射向两极板之间的空气（气体）时，的空气（气体）时，气体分子电离气体分子电离，在电场作用下正离，在电场作用下正离子趋向负极板，电子趋向正极板，产生子趋向负极板，电子趋向正极板，产生电离电流电离电流。在外电路接一电阻在外电路接一电阻R就可形成响应电压，就可形成响应电压，电阻电阻R的电压降代表的电压降代表辐射的强度。辐射的强度。1）气体探测器气体探测器（a.电离室）电离室）电离室是在空气中或充有惰性气体的装置中，设置一个平行极板电容27电离室外加电压增大电流趋于饱和，一般电离室外加电压增大电流趋于饱和，一般工作在饱和区工作在饱和区（离子能够全部达到电极上），使输出电流与外加电压（离子能够全部达到电极上），使输出电流与外加电压无关，只正比于射线到电离室的辐射强度。无关，只正比于射线到电离室的辐射强度。电离室的优点是成本低寿命长；电离室的优点是成本低寿命长；缺点是检出电流很小。缺点是检出电流很小。、电离室不能通用，不同粒子相同条件下效率相差很大。电离室不能通用，不同粒子相同条件下效率相差很大。电离室主要用于电离室主要用于探测探测、射线，射线，粒子电离电流比粒子电离电流比离子电离离子电离的电流大的电流大100多倍，多倍，粒子没有直接电离本领，效率很低。粒子没有直接电离本领，效率很低。电离室外加电压增大电流趋于饱和，一般工作在饱和区（离子能够全281 1）气体探测器气体探测器（b.G-M 盖格计数管盖格计数管）盖格盖格-弥勒计数管弥勒计数管简称盖格计数管，简称盖格计数管，也称也称气体放电计数器气体放电计数器。一个密封玻璃管，中间一个密封玻璃管，中间阳极阳极用钨丝用钨丝材料制作，玻璃管内壁涂一层导电材料制作，玻璃管内壁涂一层导电物质或用金属圆管作物质或用金属圆管作阴极阴极，筒和丝，筒和丝绝缘，内部抽空充惰性气体（氖、绝缘，内部抽空充惰性气体（氖、氦）、卤族气体。氦）、卤族气体。阳极阳极与与阴极阴极间加高压。间加高压。x、射线入射时引起激烈的气体射线入射时引起激烈的气体放大，离子沿丝传到整个计数管内，形成放大，离子沿丝传到整个计数管内，形成正离子鞘正离子鞘，在电场，在电场作用下正离子鞘向阴极移动形成电流；作用下正离子鞘向阴极移动形成电流；为避免到达阴极时造成连续放电现象，惰性气体灭掉放电。为避免到达阴极时造成连续放电现象，惰性气体灭掉放电。1）气体探测器（b.G-M 盖格计数管）盖格-弥勒计数管29盖格计数管主要用于盖格计数管主要用于探测探测 粒子粒子和和 射线射线，工作电压较低，工作电压较低。由于盖格计数管放大作用由于盖格计数管放大作用，电流比电离室离子流大几千倍。电流比电离室离子流大几千倍。特性曲线：电压特性曲线：电压U一定时，射线入射越强电流一定时，射线入射越强电流 I 越大，输越大，输出出脉冲数脉冲数N 越多，越多，a、b段称段称“坪曲线坪曲线”；I 为射线强度为射线强度坪曲线坪曲线盖格计数管主要用于探测 粒子和 射线，工作电压较低。坪30 G-M管主要有圆柱型和钟罩型两种。管主要有圆柱型和钟罩型两种。圆柱型主要用于圆柱型主要用于 射线测量，射线测量，而钟罩型由于有入射窗，主要用于而钟罩型由于有入射窗，主要用于，射线的测量射线的测量。G-M计数管的典型结构计数管的典型结构盖格计数管盖格计数管盖格计数器盖格计数器 G-M管主要有圆柱型和钟罩型两种。G-M计数管的典型31正比计数器是正比计数器是充气型气体电离探测器充气型气体电离探测器，由，由气体气体作为入射射线作为入射射线产生电离或激发的产生电离或激发的介质介质；外加一定电位的电场；外加一定电位的电场；（电离室电离室）有两个电极（）有两个电极（丝丝-阳极；壳阳极；壳-阴极阴极），），当射线进入当射线进入电离室电离室穿过穿过气体气体时与时与气体分子气体分子轨道上电子碰撞，轨道上电子碰撞，使气体分子电离而形成离子对，芯线旁电场密度高电子碰撞使气体分子电离而形成离子对，芯线旁电场密度高电子碰撞被加速，在气体中获得足够能量使其它气体分子和原子产生被加速，在气体中获得足够能量使其它气体分子和原子产生新的离子对。这一过程称为新的离子对。这一过程称为气体放大气体放大。1 1）气体探测器气体探测器（c.正比计数器正比计数器）气体分子气体分子充有气体充有气体正比计数器是充气型气体电离探测器，由气体作为入射射线产生电离32计数器输出计数器输出脉冲大小脉冲大小(幅值幅值)正比正比于于辐射产生的电子、正离子对辐射产生的电子、正离子对的数目的数目;电子和正电子和正离子对数目，离子对数目，正比于气体吸收的正比于气体吸收的放射线的能放射线的能量量。能量大能量大幅值高幅值高！I:复合区复合区II:饱和区饱和区III:正比区正比区IV:有限正比区有限正比区V:G-M工作区工作区VI:连续放电区连续放电区器件工作在气体电离放电伏安器件工作在气体电离放电伏安特性曲线特性曲线的的正比区正比区，有足够大，有足够大的气体放大倍数，能量分辨率的气体放大倍数，能量分辨率高，分辨时间短，可以进行快高，分辨时间短，可以进行快速计数。速计数。计数器输出脉冲大小(幅值)正比于辐射产生的电子、正离子对的数33闪闪烁烁计计数数器器由由闪闪烁烁体体和和光光电电倍倍增增管管组组成成。光光电电倍倍增增管管只只能能放放大大光光信信号号不不能能直直接接放放大大射射线线信信号。号。闪闪烁烁体体先先将将辐辐射射能能变变为为光光能能，光光电电倍倍增增管管再再将将光光能能变变为为电电信信号号进行探测放大。进行探测放大。物质受射线作用而被激发，受物质受射线作用而被激发，受激电子由激电子由激态激态跃迁到跃迁到基态基态时发时发射出脉冲状的光，这种现象称射出脉冲状的光，这种现象称为为闪烁闪烁，而，而闪烁体闪烁体就是一种能就是一种能产生这种现象的物质。产生这种现象的物质。闪烁体种类闪烁体种类碘化钠晶体碘化钠晶体Nal(Tl)2 2）闪烁计数器）闪烁计数器闪烁计数器由闪烁体和光电倍增管组成。光电倍增管只能放大光信号34当当闪闪烁烁体体受受到到辐辐射射时时闪闪烁烁体体内内的的原原子子受受激激发发光光，光光透透过过闪烁体射到光电倍增管的光阴极上，并激发出光电子；闪烁体射到光电倍增管的光阴极上，并激发出光电子；光光电电倍倍增增管管是是利利用用二二次次电电子子释释放放效效应应，高高速速电电子子撞撞击击固固体体表表面面，发发出出二二次次电电子子，将将光光电电流流在在光光电电倍倍增增管管内内进进行行放放大大倍倍增增，在在阳阳极极上上形形成成可可以以测测量量的的电电流流。输输出出电电流流脉脉冲大小与冲大小与入射射线能量成正比，入射射线能量成正比，脉冲多少与脉冲多少与含量成比例含量成比例。辐辐射射Ut t当闪烁体受到辐射时闪烁体内的原子受激发光，光透过闪烁体射到光35半导体探测器是利用半导体材料制成的射线传感器；半导体探测器是利用半导体材料制成的射线传感器；主要结构类型有：主要结构类型有：结型结型、面垒型面垒型、锂漂移型锂漂移型和和高纯鍺高纯鍺等。等。图为图为结型结型半导体探测器结构，实质是一个大面积、大体积半导体探测器结构，实质是一个大面积、大体积的晶体二极管（约的晶体二极管（约0.01-200cm3）。）。在半导体材料上设置了一个在半导体材料上设置了一个阴极阴极（高摻杂的（高摻杂的P+层层）和一个）和一个阳极阳极（高摻杂的（高摻杂的N+层层）。）。3 3）半导体探测器）半导体探测器荷电粒子入射到半导体中时，荷电粒子入射到半导体中时，会激发产生电子会激发产生电子空穴对，这空穴对，这些电子些电子空穴对在电场作用下空穴对在电场作用下形成形成正比于入射射线能量的电正比于入射射线能量的电流流，探测器将其转换为脉冲信，探测器将其转换为脉冲信号输出。号输出。半导体探测器是利用半导体材料制成的射线传感器；3）半导体探测36由于在半导体中由于在半导体中产生一个电子产生一个电子空穴对所空穴对所需能量极小需能量极小，约为，约为3eV（而（而射线在空气中射线在空气中产生一对离子所需能量，为产生一对离子所需能量，为30eV），因此），因此半导体探测器比其他射线探测器半导体探测器比其他射线探测器分辨率高分辨率高。特点：特点：输出信号小，分辨率高输出信号小，分辨率高。X射线、射线、射线由于射线由于光电效应光电效应、康普顿效应康普顿效应、电子对生成电子对生成等等产生二次电子；高速二次电子产生更多电子产生二次电子；高速二次电子产生更多电子空穴对。空穴对。在在PN结空间电荷区加足够结空间电荷区加足够高的偏压高的偏压，因射线而电离的载流，因射线而电离的载流子加速，产生新的电子子加速，产生新的电子空穴使载流子倍增，电荷在输出空穴使载流子倍增，电荷在输出端形成一个放大脉冲信号，将电荷转换为电信号输出。端形成一个放大脉冲信号，将电荷转换为电信号输出。由于在半导体中产生一个电子空穴对所需能量极小，约为3eV（37应用范围：应用范围：射线可实现射线可实现气体分析气体分析，如气体压力、流量测量；，如气体压力、流量测量；射线可进行带材射线可进行带材厚度厚度、密度密度检测；检测；射线可探测材料缺陷、位置、射线可探测材料缺陷、位置、元素元素、密度与厚度测量。、密度与厚度测量。11.3 11.3 11.3 11.3 核辐射传感器的应用核辐射传感器的应用核辐射传感器的应用核辐射传感器的应用应用范围：11.3 核辐射传感器的应用38透射式测厚透射式测厚常用常用闪烁闪烁探测器，闪烁探测器记录穿透物体探测器，闪烁探测器记录穿透物体的的射线的强度，其输出电流与辐射强度成正比。射线的强度，其输出电流与辐射强度成正比。在辐射穿过物质时，由于物体吸收作用损失部分强度，在辐射穿过物质时，由于物体吸收作用损失部分强度，强度按指数规律变化。在辐射穿过物质时，可根据质量强度按指数规律变化。在辐射穿过物质时，可根据质量厚度厚度X求出被测物体厚度。求出被测物体厚度。1.1.测厚测厚（透射式测厚透射式测厚）I0 入射强度；入射强度；I 穿过后强度；穿过后强度；x质量厚度；质量厚度；质量吸收系数；质量吸收系数；与材料密度有关；与材料密度有关；源源探测器探测器透射式测厚常用闪烁探测器，闪烁探测器记录穿透物体的射线的强39散射测厚散射测厚时时 放射源与探测器在同一恻；放射源与探测器在同一恻；原理是：利用原理是：利用核辐射核辐射被物体后向散射被物体后向散射的效应。的效应。散射强度与被测距离、物质成份、密度、厚度散射强度与被测距离、物质成份、密度、厚度表面状态等因素有关：表面状态等因素有关：K与射线能量有关的常数与射线能量有关的常数1.1.测厚测厚(散射式测厚散射式测厚)核子测厚仪核子测厚仪源源探测器探测器散射测厚时 放射源与探测器在同一恻；K与射线能量有关的常数402 2.离子敏感烟传感器（电离室）离子敏感烟传感器（电离室）电离室由电离室由H1和和H2 两个电极组成，两个电极组成，电极之间有放射性同位素镅电极之间有放射性同位素镅-241（Am241）可放出）可放出射线射线，并在，并在两电极之间发生电离，产生正离子，两电极之间发生电离，产生正离子，在外加电压作用下形成电离电流。在外加电压作用下形成电离电流。当外电离室有烟雾进入时，离子被吸附到烟雾颗粒上，当外电离室有烟雾进入时，离子被吸附到烟雾颗粒上，由于由于烟雾颗粒比离子大烟雾颗粒比离子大1000倍倍左右，故在电场中的移动左右，故在电场中的移动速度比原来的速度比原来的速度慢速度慢，而且在移动过程中，而且在移动过程中离子中和离子中和的机的机会增多，最终使离子电流相应减小。会增多，最终使离子电流相应减小。烟雾数量越多，离子电流越小，相当等效电阻增加烟雾数量越多，离子电流越小，相当等效电阻增加。2.离子敏感烟传感器（电离室）电离室由H1和H2 两个电极41离子感烟传感器结构是内、外两个电离室，内、外电离室离子感烟传感器结构是内、外两个电离室，内、外电离室串联连接串联连接方式；方式；内电离室是密封的内电离室是密封的，无烟雾离子进入，离子电流恒定，等，无烟雾离子进入，离子电流恒定，等效电阻效电阻R不变。不变。外电离室等效电阻随烟雾数量变化外电离室等效电阻随烟雾数量变化，可等效为可变电阻，可等效为可变电阻Rp。经电源电压经电源电压E分压后供控制电路。分压后供控制电路。UD-O2UD-O2型型烟雾传感器烟雾传感器离子感烟传感器结构是内、外两个电离室，内、外电离室串联连接方42 火灾报警器基本构造火灾报警器基本构造 241241Am Am 放射源放射源 +电离室电离室 +电流灵敏电子仪器电流灵敏电子仪器+V 电电流流表表 放射源放射源241Am火灾报警器火灾报警器 火灾报警器基本构造 +V 电流表 放射源火灾报警器43探伤：探测器与放射源放在管道内，沿焊接缝同步移动，探伤：探测器与放射源放在管道内，沿焊接缝同步移动，当焊缝存在问题时，穿透管道的当焊缝存在问题时，穿透管道的射线会产生突变，正常射线会产生突变，正常时输出曲线趋于直线。时输出曲线趋于直线。管道捡漏：利用地面放射性气体变化管道捡漏：利用地面放射性气体变化3.3.探伤探伤探伤：探测器与放射源放在管道内，沿焊接缝同步移动，当焊缝存在44野外现场快速测量野外现场快速测量4.4.X射线荧光分析仪射线荧光分析仪矿山选场在线监测矿山选场在线监测野外现场快速测量4.X射线荧光分析仪矿山选场在线监测45X X X X射线荧光仪应用于水泥质量监测射线荧光仪应用于水泥质量监测射线荧光仪应用于水泥质量监测射线荧光仪应用于水泥质量监测钙、铁分析钙、铁分析钙、铁分析钙、铁分析X射线荧光仪应用于水泥质量监测钙、铁分析46X射线荧光基于光电效应，分射线荧光基于光电效应，分能量能量色散色散和和波长色散；波长色散；能量色散能量色散的荧光分析方法：由的荧光分析方法：由同位素源同位素源或或X光射线管光射线管产产生生射线，其它物质上的次级辐射称荧光射线；射线，其它物质上的次级辐射称荧光射线；波长色散波长色散荧光分析方法是将射线，通过光学系统转换为荧光分析方法是将射线，通过光学系统转换为不同波长的信号，由产生波长特征进行检测分析。不同波长的信号，由产生波长特征进行检测分析。X射线荧光分析仪应用：射线荧光分析仪应用：一一测量是什么元素（定性）测量是什么元素（定性）；二测量元素的含量（定量）二测量元素的含量（定量）。X荧光射线检测的荧光射线检测的能量谱能量谱和和计数率计数率与与物质的含量、物质的含量、成份、厚度、密度成份、厚度、密度有关。有关。X射线荧光基于光电效应，分能量色散和波长色散；波长色散荧光分47computed tomograhy（计算机断层扫描）（计算机断层扫描），简称简称CT常规常规X射线摄射线摄影影利用透射原理，把三维的人体投影显示利用透射原理，把三维的人体投影显示在一个二维的平面上。这就使得图像失去纵深方向的分在一个二维的平面上。这就使得图像失去纵深方向的分辨能力，前后结构互相重叠，引起图像混淆，容易造成辨能力，前后结构互相重叠，引起图像混淆，容易造成误诊和漏诊。误诊和漏诊。X线管线管荧光屏荧光屏5.5.医学应用医学应用-CT-CT（断层扫描）（断层扫描）computed tomograhy（计算机断层扫描），简48计算机断层扫描技术（计算机断层扫描技术（CT）是把）是把人体分成一系列薄片，单独对每人体分成一系列薄片，单独对每一切片（二维图像）进行观察；一切片（二维图像）进行观察；这种方式能消除临近各层的影响，这种方式能消除临近各层的影响，没有重叠混淆，图像变清晰，容没有重叠混淆，图像变清晰，容易辨别细微的异常结构。易辨别细微的异常结构。从断面合成的头部三维图像从断面合成的头部三维图像计算机断层扫描技术（CT）是把人体分成一系列薄片，单独对每一49射线式传感器课件50本章结束本章结束本章结束51