射线式传感器(讲-简版)

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1、第11章射线式传感器3学时《传感器原理》64学时北京化工大学信息科学与技术学院测控系2012年12月19日续第18讲3学时1传感器原理64第一节核辐射的物理基础一、原子核的基本性质与组成二、原子核的衰变2.1、α、β和γ衰变2.2、放射性衰变定律2.3、放射性强度第二节射线式传感器1、射线源2、探测器第三节核辐射检测的应用1、核辐射测厚度2、灰分测量系统3、放射性辐射对人体的损害4、辐射防护射线第11章射线式传感器2射线式传感器射线式传感器也称核辐射监测装置。它是利用放射性同位素，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

2、电离激发作用而进行工作的。3射线式传感器众所周知，各种物质都是由一些最基本的物质所组成。人们称这些最基本的物质为元素。组成每种元素的最基本单元就是原子，每种元素的原子都不是只存在一种。具有相同的核电荷数Z而有不同的质量数A的原子所构成的元素称同位素。假设某种同位素的原子核在没有外力作用下，自动发生衰变，衰变中释放出α射线、β射线、γ射线、X射线等，这种现象称为核辐射。放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源。核辐射探测器又称核辐射接收器，它是核辐射传感器的重要组成部分。核辐射探测器的作用是将核辐射信号转换成电信号，从而探测出射线的强弱

3、和变化。由于射线的强弱和变化与测量参数有关，因此它可以探测出被测参数的大小及变化。这种探测器的工作原理或者是根据在核辐射作用下某些物质的发光效应，或者是根据当核辐射穿过它们时发生的气体电离效应。4第一节核辐射的物理基础知识一、原子核的基本性质与组成1.1、原子核的组成与电荷1、原子核的组成与电荷2、同位素二、原子核的衰变2.1、α、β和γ衰变1、α衰变2、β衰变3、γ衰变2.2、放射性衰变定律2.3、放射性强度5一、原子核的基本性质与组成1.1、原子核的组成与电荷原子核由质子和中子组成。质子带有与电子等量的正电荷，它的质量为电子质量的18

4、36.12倍。中子不带电，质量为电子的1838.65倍。质子和中子统称为核子。原子核中质子数目称为原子的原子序数，用Z表示。中性原子中核外电子的数目等于原子序数。原子核中质子和中子的总数称为该原子核的质量数，用A表示。通常用符号AZX表示各种元素原子的原子核例：氢核用11H表示氧核用168O表示1、原子核的组成与电荷62、同位素例如：自然界中氢有三种同位素分别称为氢核11H氘核21H（21D、又称重氢）氚核31H（31T、又称超重氢）氘、氚可进行热核反应人工方法合成的氢的同位素有：氢4、氢5、氢6、氢7放射性同位素原子如果不是由于外来原因

5、，而自发的产生核结构变化称为核衰变，具有核衰变性质的同位素，称为放射性同位素。原子物理中，取碳同位素126C的原子核质量的1/12作为质量单位，称为“原子质量单位”，以amu或u表示：1u=1.660566×10-27Kg原子序数相同而质量数不同的原子，称为同位素。7二、原子核的衰变2.1、α、β和γ衰变有些原子核是不稳定的，具有放射性，不稳定核通过释放某些粒子而趋于稳定，这一过程称为放射性衰变。α粒子氦核42He，它有两个质子，两个中子组成。当一个氦原子核放出α粒子时，它的原子序数Z减小2，质量数A减小4，该原子核变成另一种原子核，这就

6、是α衰变。例:一般情况下：1、α衰变8α衰变产生的α粒子来自原子核α粒子在核内受到很强的核力吸引（负势能）但在核外将受核的库仑场的排斥，这样对α粒子而言，在核表面就形成一个势垒。放射性原子核的α衰变过程就是α粒子穿过势垒从原子核放射出去的一个隧道效应过程。伴随着a衰变有能量释放，释放的能量以a粒子的动能形式带走，这一过程已被实验观察到。释放的能量为：E=(mx-my-ma)c2=931.48(mx-my-ma)MeV在自然界内大部份的重元素（原子序数为82或以上）都会在衰变时释放α粒子，例如铀和镭。由于α粒子的体积比较大，又带两个正电荷，

7、很容易就可以电离其他物质。因此，它的能量亦散失得较快，穿透能力在众多电离辐射中是最弱的，人类的皮肤或一张纸已能阻隔α粒子。然而，它们一旦被吸入或注入，那将是十分危险。它就能直接破坏人体的内脏细胞。92、β衰变β粒子就是电子（正电子流或负电子流）当一个原子核发出一个b粒子后，原子核的原子序数Z增加1，而质量数不变，这就是b衰变。实验测定表明，同一种核在b衰变过程中放出电子的能量并不等于衰变前后原子核的能量差，而是从零到一个最大值，有一定的分布，不象a粒子那样具有确定的能量，如下图所示。只有最大值的能量才恰好与衰变前后原子核的能量差相当。另外

8、，因为n，p，e的自旋都是1/2，b衰变过程中的自旋角动量将不守恒。1927年泡利（WolfgangE.Pauli）为解决这个问题，提出b衰变时除放出电子外，还同时放出一个“不可检测的、很轻的