核应用技术的核检测物理学以及高新应用技术

核检测技术

1核检测技术——原理、特点基本原理利用射线(β、X、γ、n)与物质相互作用时产生的吸收、散射或活化反应等现象，通过测定射线的强度或能谱的变化来测定被测物质的基本物理(或化学)量(如：密度、浓度、厚度(高度)、水份、流量、挥发分等）。2核检测技术——原理、特点常用射线源及用途核素名称射线种类能量(MeV)半衰期主要用途241Amγ0.05956458a测厚、灰分、X射线荧光分析137Csγ0.66130a测厚、灰分、密度计、核子秤60Coγ1.17,1.335.3a测厚、料位计、浓度计90Srβ0.5428a测厚(薄膜)147Pmβ0.01-0.12.62a测厚(薄膜)204Tlβ0.01-0.14.1a测厚(薄膜)14Cβ0.1565730a测厚(薄膜)252Cfn平均2.3482.65a水份、中子活化分析3核检测技术——原理、特点特点现场、非接触、无损(无破坏性)；可在线、载流连续监测；抗干扰能力强。安全、无污染(无废气、废液排放)；经济、高效。相对测量——标定难、测量精度容易受物料成分变化的影响。4核检测技术(1)——核子密度计用途：各种料液浓度的在线检测和控制。也可通过密度而间接测定出料液中某种成分的含量等。例如：选矿工艺中矿浆和浮选液浓度的在线检测和控制；油田和石油化工过程中油品含水率的测定；选煤厂选煤液密度的检测和控制；化工厂酸、碱、盐的浓度以及各种成分配比的在线检测；造纸厂纸浆浓度的测定和控制；江河中水流含沙量的测定。5核检测技术(1)——核子密度计6核检测技术(1)——核子密度计7核检测技术(2)——核子(皮带)秤原理：利用物料对γ射线的吸收原理。放射源发出的γ射线穿过穿透输送机上的物料后，强度减弱，物料越多，减弱的程度越大，探测器接受的射线强度也减少，根据探测器输出脉冲数变化，就可以测出输送机上物料的多少。如果同时测出输送速度，则物料对速度之积分就是单位时间传送物料的重量。8核子秤原理分析图9基本测量原理放射源稳定的放出射线。在支架构成的范围内呈扇形，照射到输送机上，输送机上的物料吸收一部分射线，其余的照射到探测器上，因放射源发出的射线为常数，因此探测器探测的射线的多少，可反映输送机上物料的多少。10核检测技术(2)——核子(皮带)秤

11核子秤实物图112实物图213特点：

——非接触式连续称重计量控制设备，测控精度高，长期稳定性好，无机械磨损，免维护1415

核子秤的基本应用

16核检测技术(2)——核子(皮带)秤17LB442核子秤系统简介LB442系统用于测量工业输送系统上固体物流的质量流量（如化肥；木片、纸浆；煤炭、矿石、沙子、砾石；土豆、玉米花等等）。系统不仅能测量流量，而且能够计算固体物质的总质量，测量范围可以从0-200kg/小时到0-10000吨/小时，还可以测量管道和斜槽中处于“自由下落”状态的物流的质量流量。18LB442核子秤系统的应用实例示意图19核检测技术(3)——料位计及料位开关原理：

检测γ射线穿透料仓或管道中物料后的强度，根据射线强度的变化来计算、判断物料的料面水平，控制物料的输送。放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧。20核检测技术(3)——料位计及料位开关用途：用于工业过程中对料位和液位进行定点检测和报警控制，适合于各种恶劣环境下长期使用。也可用于对运动状态的设备和工件进行定位检测或定位控制。更可推广应用到对运动物体的速度和长度、宽度进行非接触式检测。如可用于矿山、煤炭、电力、钢铁、冶金、水泥、化肥、化工等系统进行料位上下限的检测和报警控制；可用于矿车、料斗油罐等的灌装控制，运输车、斗的遥控定位。高温、高压、腐蚀性液体的液位控制。食品、饮料自动生产线的罐装自动控制等。

21几种安装方式22核检测技术(4)——射线测厚仪接触式测厚——机械测厚法。非接触式测厚——射线测厚法、超声波测厚法、光学测厚法，等等。231)γ射线测厚仪24γ射线测厚仪能在线、非接触式的测量导体非导体的厚度，测量精度高而且量程大。具有较强的扩展性和高精度的模拟数字转换电路。可以进行计算机远程控制，可视化界面操作，以及相应的数据处理。γ射线测厚仪的特点25依据被测物质对放射性同位素放出的γ射线的吸收强度与物质质量厚度成线性关系的规律，通过测量透过物质的γ射线强度来测定被测物的厚度。γ射线测厚仪的工作原理26几种射线测厚仪器的图片美国EMC公司研制X-RAY在线测厚仪27射线测厚与超声波测厚的对比超声波测厚仪——是利用超声波在各种介质内的传播速度不同，即由一相介质转到另一相介质必然产生波反射的性能来“作出壁厚度”测定的，即利用波反射的时间差来确定金属材料壁厚。28超声波测厚的不足：超声波发射器,不能使用于温度高的环境(≤90°),因为温度较高,会损坏“发射器”。被测“点”金属材料表面必须打整干净,否则会出现假数据。一般打整“点”控制在10mm的圆形区域内。超声波发射器与材料必须接触良好(一般要抹油)，其的目的是为了减少波损失。直接测量时，将出现测量误差。29MG2系列超声波测厚仪30核检测技术(5)——煤质及灰分测量煤灰份是煤的品质的重要指标。煤煤灰主要由煤中高原子序数元素的氧化物组成(硫除外)，与矿物质的含量密切相关。现在通用的方法是化学检验法，但化学检验法存在着比较大的滞后性，无法在线检验，这样就给生产或使用造成不可避免的损失。煤物质（大部分是碳和一些氢、氧和氮）矿物质（主要是铝和含有铁的其他硅酸盐）31核检测技术(5)——煤质及灰分测量灰分测量(1)原理：

采用双能透射法测量灰分，即利用两种可放射不同能量射线的放射源来构成“双透射通道”，来进行测量。241Am(59.5keV)，

137Cs(661keV)32核检测技术(5)——煤质及灰分测量灰分测量(1)原理：对低能射线，煤中各元素的质量衰减系数各不相同，随着原子序数的增大而增加；而对中能射线，煤中各种元素的质量衰减系数基本相等。33核检测技术(5)——煤质及灰分测量灰分测量(1)原理：第一透射通道：241Am的低能γ射线(59.5keV)，物质的原子序数越大，对241Am的γ射线的吸收越强(穿透煤被探测器探测到的γ射线越少)，而煤中灰分部分的原子序数比煤本身要大，因此，煤中的灰分含量越高，穿过煤的γ(241Am)射线越少。同时，对241Amγ射线的衰减还与煤的厚度有关。因此，采用了第二通道。第二透射通道：137Cs的中能γ射线(661keV)，因为煤本身和灰分对137Csγ的吸收基本一样，因此，穿过煤后的137Csγ信号就只与煤的厚度有关。

34核检测技术(5)——煤质及灰分测量

因此，从中能量γ射线的强度变化可以反映出煤的厚度，以此可以修正煤的厚度变化引起的低能衰减的变化，而利用修正后的低能射线的衰减可求出煤中高原子序数元素的含量，从而求出煤灰分。

35核检测技术(5)——煤质及灰分测量灰分测量(2)用途：用于煤碳输送过程中，对原煤的灰分、水分、纯碳量和发热量进行在线检测、计量和控制。36SCL-2000型煤灰分仪在控制外购精煤质量中的应用37ZZ-89A型在线测灰仪

3839应用实例40探头剖面图：

探头剖面图：41测量方式：无需采样、制样，只需将探头插入煤中即可。最低检测限：灰份含量大于5％

准确度：灰份≤20％时，绝对误差≤±１％

灰份＞20％时，相对误差≤±1.5％测量时间：50秒钟仪器重量：探头3ｋｇ，主机1ｋｇ数据存储量：40个技术参数：技术参数：技术参数：42核检测技术(6)

——水份计根据中子减速扩散原理设计，它的优点有：不取样，可直接测量。不破坏被测物质的结构，也避免由于取样而影响水分的分布；反映结果迅速、灵敏、测量时间短；可以连续测量，有利于测量水分的动态变化。对大体积进行积分测量。水份分布不均匀时，给出一个水分平均值；43核检测技术(6)——水份计用途：用于工业生产过程中各种物料水分含量的在线连续检测。可用于钢铁、建材、水泥、铸造、玻璃、陶瓷、煤炭等行业对料斗、料仓中或各种输送机输送过程中的物料水分进行在线式连续检测，并能输出控制信号实现生产过程的闭环自动控制。

44核检测技术(7)——核测井

核测井技术是随着当代核技术的发展和石油、煤炭、地质矿产等对核测井技术发展的需要而迅速发展起来的尖端测井技术之一。随着人工放射源技术、传感