第四章同位素仪器仪表选编课件.ppt

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1、第四章 同位素仪器仪表,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,2,主要内容,第一节 同位素仪器仪表概况第二节 同位素仪器仪表核心部件第三节 几类同位素仪器仪表及应用第四节 同位素仪器仪表发展趋势,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,3,凡带有放射性核素源或核辐射探测器的检测仪表统称为放射性核素仪表（也称核仪器仪表或同位素仪器仪表）,引言,同位素仪表,按其基本原理和作用方式分：,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,4,引言,同位素仪表,散射式仪表,散射式厚度计和散射式密度计等,电离式仪表,气体压力计、气体流量计、气体成份分析仪等,按射线入射到探测器前与物质

2、发生相互作用的类型分：,中子式仪表,中子湿度计,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,5,第一节 同位素仪器仪表概况,同位素仪器仪表的特点和应用国外同位素仪表的发展历史我国同位素仪表的发展历史强度型同位素仪表的技术水平同位素仪表的技术优势和经济效益,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,6,一、同位素仪器仪表的特点和应用,不直接接触被检测对象，是一种非破坏性的检测工具；可在各种苛刻条件如高温、高压、高粘度、高毒性等情况下对非密闭和密闭容器内的物料进行非电参数的控制；灵敏度高、性能稳定可靠、响应速度快、使用寿命长；可连续输出电信号，实现生产过程闭环自动控制；体积小、重量轻

3、，便于携带和安装；穿透深度视射线种类不同而有所区别，在0.11m之间。,同位素仪表是利用核辐射与物质的相互作用及产生的吸收、散射或电离、激发等效应，获取有关物质的宏观、微观信息。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,7,一、同位素仪器仪表的特点和应用,农业和林业煤炭冶金石油、化工、造纸、橡胶玻璃、水泥及其它非金属矿物加工业食品轻纺土木、水纹航空、航天,应用领域,表4-1,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,8,发展大致经历了以下三个阶段：,二、国外同位素仪表的发展历史,起始阶段（20世纪40年代末20世纪60年代初）特点：研制技术还未完全成熟，仪表质量还难于完全满足

4、工业现场条件的需求，开发带有一定的盲目性，发展比较缓慢，其推广面及其有限。,发展成熟阶段（20世纪60年代末70年代中期）特点：逐渐发展成熟，仪表的稳定性与可靠性都大大提高，性能得到了明显改善，使用对象逐渐明确，其应用领域也不断扩大，得到了显著的经济效益。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,9,二、国外同位素仪表的发展历史,高水平发展阶段（20世纪70年代中期至今）特点：同位素仪表在大量推广、应用的基础上进行更新换代，朝高水平、高技术方向发展。灵敏度和精度日益提高，可靠性和稳定性也越来越好，功能和应用领域也大大扩展。,上世纪6080年代中期美国同位素仪表的发展概况，可以看到，美

5、国同位素仪表的发展是相当迅猛的。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,10,三、我国同位素仪表的发展历史,研制始于1958年大力推广、应用同位素仪表则是从20世纪80年代开始 据1988年的数据统计，我国在各个工业领域使用的同位素仪表已达到8000多台，其中，应用较为广泛的仪表有料位计、密度计、湿度计、核子秤、成份分析仪等。到2003年底，我国同位素仪表产值估算大约为35亿元。常规同位素仪表的使用量已超过2.5万台，核子秤的年产量接近3000台。客观来说，发展水平同国外相比仍然存在相当大的差距。国产的厚度计水平仅相当于日本20世纪70年代末的水平；中子水份计的稳定性和可靠性较差，

6、仅相当于国外80年代初的水平。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,11,三、我国同位素仪表的发展历史,有的国产仪表技术水平接近或超过国外。集装箱辐射成像检测系统、高能加速器驱动的工业CT、工业塔器伽玛射线扫描设备等,PB2028TL 集装货物/车辆检查系统,我国第一台基于锥束扫描的高能工业CT系统（ICT6000MF）,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,12,衡阳镭目科技公司,田志恒 镭目公司总经理,田陆 执行总裁,钢铁企业生产 21种产品,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,13,衡阳镭目科技公司,“铯源型射线钢水液位计”,以该项技术为主体，田志

7、恒教授创办的衡阳镭钼科技有限责任公司为衡阳市第一家高科技民营企业，其铯源型钢水液面控制仪目前占全国市场份额的95以上。2007年公司总产值1.9亿元。,部科技进步奖二等奖,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,14,本院科研产品,“氮-13监测系统”,部科技进步奖二等奖已装备于核电站和核潜艇核电设备国产化研究典例,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,15,校企联合研制实验教学平台,核技术应用综合实验平台,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,16,四、强度型同位素仪表的技术水平,密度计其最高运行精度为0.0005cm-3，各国的产品基本都能达到这一技术指标

8、。以西德HB公司、美国核子工业公司及日本富士产品为最优。,物位计采用闪烁探测器，物位测量误差一般在1%左右，量程已达到3m5m。代表性的有西德的HB、Berthold（伯托）、英国的Nuclear Enterprises corp（NE）等公司的产品，它们都有稳峰装置和线性化装置。,厚度计国外产品除轧材厚度计有一部分采用闪烁探测器外，其它大部分采用电离室。金属轧材厚度计精度已达到15，薄膜厚度计测量精度0.2gm-20.5gm-2。国际市场上以西德的HB（Herbalife）、英国的NE公司产品最优。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,17,四、强度型同位素仪表的技术水平,水份

9、计中子测水，相对误差0.5%t，日本和美国采用了252Cf（锎-252）放射源。,核子秤国外大多采用高压电离室，一般都配备微计算机，测量精度可达到0.5%。据报道，采用塑料闪烁体的核子秤精度可达到0.44之间。国外具有代表性的产品是美国Kay-Ray公司的核子秤。,上述仪表应用领域最广、技术发展最成熟，其中尤以料位计、密度计和厚度计用量最多，在工业仪表中所占的比例为5%10%。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,18,五、同位素仪表的技术优势和经济效益,同位素仪表在生产中的意义主要表现为：,满足生产发展与社会需求解决工业生产中的某些重大技术难题强化生产过程，加速工业技术进步具有

10、显著的经济效益 a 节约原料 b 提高产品质量 c 减少废品和次品 d 提高机器的运转速度和工作效率,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,19,第二节 同位素仪器仪表核心部件,放射源 探测器,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,20,引言,放射源和核辐射探测器共同组成参数变换器。属于同位素仪表的核心部件。,同位素仪器仪表,放射源,核辐射探测器,电转换器,二次仪表,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,21,一、放射源,放射性核素虽然有很多种，但能够用于同位素仪表的放射源却不多，这是因为对同位素仪表中使用的放射源有以下要求：半衰期长射线能量和能谱合适放射性

11、比活度高价格低廉，易得,137Cs所占的份额最大，广泛用于核子秤、厚度计、密度计等常规同位素仪表。其次是用于探伤仪、探井设备的60Co。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,22,二、探测器,将射入其中的核辐射转变为一个电信号，这个电信号与被测参量有着函数关系，并传输给下一级电路。用来衡量辐射探测器的主要性能指标通常有下面四个：探测量子效率：产生的光子事件数和入射光子数之比。(1)响应度：输出信号和入射辐射功率之比。(线性、非线性）分光响应：对不同波长辐射的响应特性。(选择性、非选择性）探测率：能探测的最小辐射功率的倒数。（等效噪声功率）,常用的探测器有：闪烁探测器：碘化钠单晶闪

12、烁计数器、塑料闪烁计数器、液体闪烁计数器气体探测器：电离室、正比计数器、盖革计数器等半导体探测器：HPGe（高纯锗探测器）等,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,23,第三节 几类同位素仪表及应用,强度型同位素仪表 数字图像处理型仪表 能谱型的核分析仪器 其它同位素仪表,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,24,强度型同位素仪表,强度型同位素仪表都服从下面这个指数衰减规律：,对于给定的放射源，可以认为是常数。如果放射源及射线吸收的路径不变，那么测量值仅和单位物料内的密度、厚度有关，所有其它物理性质如压力、温度、粘度、颜色等均不影响测量值、因此辐射测量方法是十分可靠的

13、。,I穿过物料后射线的强度；I0穿过物料前射线的强度；物料的密度；d射线穿过物料的厚度；物料的质量吸收系数。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,25,（一）料位计,当液面下降到放射源和探测器组成的水平面那一刻时，探测器的计数会突然发生变化（一般情况下增大），表示液体下降到要求的高度。在实际应用中，可以使放射源和探测器组成的系统上下水平移动，也可以让容器上下水平移动达到测量料位的目的。,火车车皮装煤量油罐车装油量炼钢炉钢水量煤气罐气量,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,26,（一）料位计,放射源通常采用以下两种：,60Co具有相对高的能量，主要用于设备壁较厚的情况

14、。137Cs具有较低的能量，具有比60Co更好的测量效果，并且屏蔽容易，常用于设备壁厚较薄的情形。,常用的探测器：,电离室具有较高的牢固性和可靠性，测量范围较宽。闪烁探测器灵敏度较高，辐射源剂量较小。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,27,（一）料位计,主要由放射源、探测器、容器及主机三部分组成。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,28,（二）厚度计,利用对射线的吸收或反射而测量物质厚度，可分为透射式厚度计、反射式厚度计。反射式厚度计的原理比较复杂。,透射式厚度计原理：,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,29,（二）厚度计,X射线荧光方法较射线

15、测厚法,具有干扰少，量程宽，精度高等优点，得到广泛使用。可采用三种方法：发射法：放射源可以激发表层的X射线荧光，该X射线直接被探测器记录；吸收法：源激发底层的X射线荧光，该X射线荧光被表层吸收后再被探测器记录；反射法：直接记录放射源源初级射线的散射射线。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,30,特征荧光吸收法,轻元素（C、H、O、Si、Al等）的特征X射线不易被激发和探测，不会对中高能X射线产生特征吸收作用，因而可利用X射线穿过薄层的吸收情况来测定轻物质薄层（如纸张）的厚度。,辐射体可选择含Fe或Zn的合金,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,31,特征荧光吸收法

16、,基本公式：,IA探测器记录到的特征荧光计数率；K比例常数；I0源初级射线在薄层样品表面的计数率；CA特征X荧光的目标元素含量；d所测量物质的厚度；01薄层对入射辐射的线吸收系数；02辐射体对入射辐射的线吸收系数；21薄层对辐射体中目标元素的特征荧光的线吸收系数；22辐射体对辐射体中目标元素的特征荧光的线吸收系数；源初级射线的入射角；特征荧光出射角。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,32,反散射法,Is探测器记录到的散射线计数率；Ks比例常数；被测样品对源初级射线的散射总截面；0薄层对入射辐射的线吸收系数；s散射线的线衰减系数；初级射线的入射角；散射线的出射角；,2023/3

17、/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,33,（三）核子秤,核子秤称量各物料的最大特点是“非接触性”，测控精度高，长期稳定性好。,世界上技术领先的核子秤：美国Kayray公司采用点状射源发射，高压充气长电离室接收；德国Berthold公司采用线状射源发射，由闪烁探测器接收。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,34,核子秤的工作原理,通过对载有物料时的射线强度进行连续测量，并与空皮带（或其它传送设备）时的射线强度测量比较，同时，对皮带的运行速度加以测量，然后通过计算机系统计算，直接在线显示单位载荷、瞬时流量、累积量等工艺参数。,基于射线穿过被测介质时，其强度的衰减服从指数规律。,2

18、023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,35,核子秤的工作原理,基本公式：,d表示单位面积的质量,若测量对象为皮带上的物料，求出一定时间间隔内探测器所扫描的面积的积分及相应的探测器信号，即可求出这段时间间隔内的总质量。,单位长度的物料质量：,a 为皮带宽度,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,36,核子秤的工作原理,若皮带传输速度为v(cm/s),则单位时间内通过物料的质量：,则t2-t1时间内，皮带运输的总质量：,速度计的输出信号（k为一与速度有关的常数）。u 是电压信号或是电流信号,则:,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,37,核子秤的组成,放射源：一

19、般采用137Cs，源强一般在3.7109Bq左右。支架：将放射源与秤体牢固地连在一起，一般采用A型架。电离室：把射线强度转换成与之成正比的电信号。核心部件。速度传感器：把皮带的速度转换成电压信号送入主机。主机：采集来自电离室和速度传感器的信号进行运算处理，显示及输出控制信号。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,38,核子秤的应用举例,由于不同的物料对射线的吸收系数不同，因此理论上核子秤只适用于对同一种物料的计量，但在实际生产中，核子秤也有其特殊应用，比如可以用核子秤进行混合物料配比的自动控制。,SY-5500核子秤,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,39,核子秤

20、的应用举例,以水泥厂水泥磨配料，控制熟料、矿渣、石膏的比例为例。,通过1#秤的为物料A，通过2#秤的为物料A和物料B，物料A和物料B是两种不同的物料，且两种物料的流量和比例是变化的。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,40,核子秤的应用举例,对于物料A的瞬时负荷FA的计量由l#秤完成：,KB22#秤对物料B的负载常数；KA22#秤物料A的负载常数；U2加物料A和物料B后2#秤信号电压；Uo22#秤空带电压；UA1tt之前l#秤信号电压；t物料从l#秤到2#秤所用时间。,对物料B的瞬时负荷FB的计量由l#秤和2#秤共同完成：,KAll#秤物料A的负载常数UAl加物料A后l#秤的信

21、号电压；Uoll#秤的空带电压。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,41,（四）密（浓）度计,采用射线透射原理，非接触在线测控密封罐、槽管道内液体的密度、浓度、介面变化等，可用于高温、高压、有害气体、易然易爆、高粉尘等环境，比常规仪表有明显优势。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,42,（四）密（浓）度计,工作原理：137Cs和60Co发射的射线通过核子数是230的材料，um为一常数。,通过测量吸收前后强度变化便可得到被测物质密度。,可用于：测量酸，碱，盐和有机物的密度；控制化学过程，如合成材料的聚合；测量溶液中固体物质的含量；测量物体毛重和气体密度。,2023

22、/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,43,（五）中子水分计,工作原理：氢核与中子质量几乎相等，中子与它碰撞一次，大约损失一半动能，所以氢是快中子的最佳减速剂。利用中子与氢核碰撞损失能量这一特点进行材料含水量的在线测量，如硅砂、砂岩粉、焦炭、矿粉、陶瓷块等物料水分量。,根据中子源，被测物，和探测器的几何位置分布可分：插入式、透射式和散射式。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,44,（五）中子水分计,常用插入型，探测效率最大，可用较弱中子源。快中子源241Am-Be，活度为4 10 GBq。探测器为锂玻璃探测器（对慢中子灵敏）。探头装有中子源和探测器。,插入式中子慢化水分计,

23、2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,45,（六）煤灰分仪,煤灰分（所含不能燃烧的成分）煤完全灼烧后，氧化物残渣(主要由SiO2,Al2O3组成)所占灼烧前煤的质量分数。煤灰分与煤的发热量密切相关。,化学检验法，缺点是存在着比较大的滞后性，无法在线检验。,基于核辐射技术的独特优势又是如何实现煤灰分测量的？,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,46,（六）煤灰分仪,基于核辐射技术的煤灰分测量方法：射线反散射仪。缺点：射线穿透能力差，只适合颗粒小于0.2mm煤粉。低能反散射仪。缺点：易受高Z元素影响。高能湮灭辐射方法。缺点：难以屏蔽，几何条件复杂。天然放射性的煤灰份测量法

24、。缺点：含量低，易受环境影响，难以准确测量。中子与各元素的非弹性散射和（n,)反应。缺点：设备复杂，价格昂贵，难以屏蔽。双能量射线透射方法。将测量低能射线与中能射线结合起来，实现煤灰分的在线测量。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,47,双能量射线透射方法,能量E200keV 的低能对不同元素的质量衰减系数m不一样，利用这一性质可得到煤的灰分；200keVE2MeV的中能对不同元素的质量衰减系数m差不多。利用这一特性可得煤的质量厚度变化。例如：662keV的对C、Si、Fe 的质量衰减系数分别为0.0773,0.0777,0.0758 cm2g-1。,*,241Am（59.5k

25、eV）137Cs（662keV）,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,48,双能量射线透射方法原理,设近似按窄束平行射线考虑，又设探测器是线性响应。则探测器的输出信号：,I0：皮带空载（无煤）时的信号。t：煤对某种能量射线总的质量吸收系数。x：射线所穿透煤层的质量厚度。,低能射线及中能射线穿过煤被闪烁探测器接受，利用能谱分析，在闪烁探测器输出信号中区分低能射线产生的信号I及由中能射线产生的信号I。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,49,双能量射线透射方法原理,w：灰分的质量吸收系数Cw：灰分的含量（百分重量）m：基体碳的质量吸收系数Cm：基体碳的含量（百分重量）

26、,复合材料质量吸收系数的计算规则：,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,50,双能量射线透射方法原理,：碳对低能射线的质量吸收系数，是已知的。：碳对中能射线的质量吸收系数，也是已知的。：灰分物质对低能射线的质量吸收系数。只要灰分的组成已知，或是固定不变的，w就可求。,通过推导最后得到,其中,中能对不同元素的质量衰减系数m差不多,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,51,双能量射线透射方法原理,为求得I 0、I、I0、I，采用NaI闪烁探测器，得到下面的能谱图。相应有2个能量区间，分别得到相应的记数率。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,52,数字图像

27、处理型仪表,由于辐射成像技术能实时、直观地反映被测物体，对缺陷的判断与识别比较容易，因此在核技术、航空与航天、冶金和机械制造等工业中得到越来越广泛的应用和推广，并成为无损检测研究的热点。,被检测物体的辐射投影图像,平移扫描,图像处理,+,辐射成像技术有透射和反散射两种方式：透射方式：放射源和探测器在工件两侧的布置方式，得到的是在射线行进路线上的物质密度信息。反散射方式：放射源和探测器在工件的同侧，测量从工件物体中散射出来的康普顿散射线，得到工件物体内部物质的电子分布的图像。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,53,X射线探伤仪,数字图象处理型仪表主要是无损检验（射线探伤）装置，

28、如X射线探伤仪、加速器探伤装置、中子照相、工业CT等。,某种型号的便携式超薄X射线探伤仪,便携式X射线探伤仪主要用于现场射线照相，管电压一般小于320kV，最大穿透厚度约50mm。其高压发生装置和射线管在一起组成机头，通过低压电缆与控制箱连接。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,54,射线探伤仪,管道焊接射线数字化检测与评估系统（RDEES系统）在输气管线工程现场测试,几种类型的射线探伤仪,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,55,射线探伤仪,可以看出，75Se射线源具有较低的能量范围，适用于铁基材料厚度40mm以下的工件。同样一颗活度为3.71012Bq的射源，

29、衰变到活度为3.71011Bq的废源，75Se射源的衰变期约396d，而192Ir射源的衰变期只有245d。另外，75Se射线源在空气中1m处的照射剂量率系数小于192Ir射源在空气中1m处的照射剂量率系数。一方面减少了周围环境的散射线，另一方面减少了射线作业人员辐射吸收剂量。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,56,集装箱CT检测系统,清华大学核能技术设计研究院安继刚院士带领科技人员在发明60Co集装箱检测系统之后，于2002年研制出了世界上第一套60Co集装箱（大型客体）CT检测系统。,绿色部分为汽油，黄色部分为水，黑色部分为聚四氟乙烯,2023/3/28,核技术应用概论同

30、位素仪器仪表,57,能谱型的核分析仪器,根据射线与物质作用所产生的次级射线能谱强度可进行物质元素的鉴别并实现微量物质成份的分析。,能谱型核分析仪器,荧光类仪表,放射性核素X射线荧光分析仪,活化类仪表,主要是中子活化类仪表,核测井仪表,石油、煤田、金属测井用核仪表,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,58,核测井仪表,核测井是利用射线与物质相互作用的各种效应或岩石本身的放射性，研究井的地质剖面，勘探石油、天然气、煤以及金属、非金属矿藏，又称放射性测井。按其探测射线的类型可分为两大类，即探测射线的测井法和探测中子的中子测井法。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,59,

31、中子核测井仪表,工作原理：快中子被减速成热中子，热中子又易被原子核俘获而发射射线或生成放射性核素而发射射线，通过测量射线强度可确定地层结构情况。按射线类别分：中子-测井，中子-中子测井常用探测器：NaI(Tl)闪烁探测器，锂玻璃探测器。常用源：241Am-Be，239Pu-Be中子源。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,60,中子核测井仪表,中子-中子测井热中子测井:探头由中子源和热中子探测器（BF3)组成，测量探头周围的热中子密度，当沿井深方向移动时，若地层性质改变，探头周围的热中子密度也将发生改变。超热中子测井:探头由中子源和包镉片的热中子探测器（BF3)组成，测量探头周围

32、的超热中子密度，受地层中其它强烈吸收热中子元素的影响较小。中子寿命测井:中子源为14MeV轻型中子发生器，通过测量热中子密度或热中子俘获射线强度随时间的衰减来研究地层性质。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,61,其它同位素仪器仪表,主要是、辐射式仪器仪表，如同位素静电消除器同位素火灾报警器同位素避雷针,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,62,同位素静电消除器,工作原理：核辐射粒子与空气分子作用，产生正负离子对。带静电荷的物体靠近消除器，离子对中带相反电荷的离子向带电体迁移,与之中和，而剩余离子则由消除器接地被泄漏。,同位素静电消除器工作原理图,2023/3/2

33、8,核技术应用概论同位素仪器仪表,63,火灾报警器,工作原理：放射性同位素自发放出射线、射线或射线等。前两种射线都带电，并且具有较高的能量，所以能将空气电离成正负离子而逐渐消耗自身的能量。由于烟雾进入电离空间时，吸附了某些离子，使离子迁移速度明显变慢。据此，就可以做成离子感烟探头。离子感烟探头与控制电器装置相配合，构成了火灾自动报警仪器。是火灾报警最普遍采用的仪器。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,64,火灾报警器,基本构造:241Am 放射源+电离室+电流灵敏电子仪器,+V,电流表,放射源241Am,火灾报警器,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,65,同位素

34、避雷针,工作原理：放射性同位素避雷针的避雷原理与富兰克林避雷针的原理（尖端放电，形成电阻小的通路）是一样的。所不同的是前者依靠放射性同位素发射的射线使避雷针附近的空气大量电离，主动地打开一条与云中电荷相通的电通路；而富兰克林避雷针的尖端只能产生少量的离子。基本结构：一根尖顶的金属杆；一个与杆绝缘的金属锥体，锥体上装有放射源；锥体四周下垂三根飘带状的大气电势接触天线；一个与杆连接的金属环，中央的金属杆是接地的，它处于零电位。环与锥体组成激励器。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,66,同位素避雷针,一般情况下云层底下带负电，激励器锥体上也带负电，锥体附近的负离子受到电位比它高的金

35、属环的吸引，一部分被金属环吸收中和，大部分越过金属环冲向大气，与大气分子碰撞又产生新的离子。电离产生的正离子，在大气电场的作用下，加速进入大气，同样产生电离作用，这样就在云和避雷针之间形成了一条由离子组成的导电离子柱。云中的电荷可顺此捷径入地。,同位素避雷针示意图,金属杆,金属环,放射源,金属飘带,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,67,第四节 同位素仪器仪表发展趋势,同位素仪表技术发展趋势 工业同位素仪表的发展方向,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,68,同位素仪表技术发展趋势,便携式中子发生器的产额、寿命和稳定性有所突破之后，可使中子测井和中子活化在线元素分

36、析的应用更加快速发展。X光机（X射线发生器）在很多方面将替代同位素（X）射线源。小型高探测效率的常温半导体射线探测器的出现，将克服过去利用气体探测器和低温下工作的半导体探测器存在的缺点。成分分析类仪表，多参量、高精密度的检测与控制系统随着生产的要求将进一步提高，向数字化和自动化发展。工业CT将进一步提高技术性能，并扩大应用。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,69,工业同位素仪表的发展方向,结构上整个仪表从单元组合式向功能组装式发展。测量方法向高效率、高分辨率的复杂测量装置过渡。仪表功能从单点、单参数检测向多点多参数自动检测方向发展。仪表的通用性和安全性方面向系列化、标准化方向

37、发展。采用电子计算机后，结构紧凑，体积缩小，测量由模拟向数字化方向发展。,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,70,习题,1.衡量辐射探测器的主要性能指标有那些？请具体描述。2.请描述能谱型同位素仪表的工作原理？3强度型同位素仪表的工作原理是什么？4.什么叫核测井？,2023/3/28,核技术应用概论同位素仪器仪表,71,本章内容结束！,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,