核技術(shù)之核檢測(cè)物理學(xué)與高新技術(shù)-

1、1,核檢測(cè)技術(shù),2,核檢測(cè)技術(shù)——原理、特點(diǎn),基本原理 利用射線(β、X、γ、n)與物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的吸收、散射或活化反應(yīng)等現(xiàn)象，通過(guò)測(cè)定射線的強(qiáng)度或能譜的變化來(lái)測(cè)定被測(cè)物質(zhì)的基本物理(或化學(xué))量(如：密度、濃度、厚度(高度)、水份、流量、揮發(fā)分等）。,3,核檢測(cè)技術(shù)——原理、特點(diǎn),4,核檢測(cè)技術(shù)——原理、特點(diǎn),特點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)、非接觸、無(wú)損(無(wú)破壞性)；可在線、載流連續(xù)監(jiān)測(cè)；抗干擾能力強(qiáng)。安全、無(wú)污染(無(wú)廢氣、

2、廢液排放)；經(jīng)濟(jì)、高效。相對(duì)測(cè)量——標(biāo)定難、測(cè)量精度容易受物料成分變化的影響。,5,核檢測(cè)技術(shù)(1)——核子密度計(jì),用途： 　　各種料液濃度的在線檢測(cè)和控制。也可通過(guò)密度而間接測(cè)定出料液中某種成分的含量等。 　　 例如：選礦工藝中礦漿和浮選液濃度的在線檢測(cè)和控制；油田和石油化工過(guò)程中油品含水率的測(cè)定；選煤廠選煤液密度的檢測(cè)和控制；化工廠酸、堿、鹽的濃度以及各種成分配比的在線檢測(cè)；造紙廠紙漿濃度的測(cè)定和控制；江河中水流含沙

3、量的測(cè)定。,,,6,核檢測(cè)技術(shù)(1)——核子密度計(jì),,,,7,核檢測(cè)技術(shù)(1)——核子密度計(jì),,,8,核檢測(cè)技術(shù)(2)——核子(皮帶)秤,原理： 利用物料對(duì)γ射線的吸收原理。放射源發(fā)出的γ射線穿過(guò)穿透輸送機(jī)上的物料后，強(qiáng)度減弱，物料越多，減弱的程度越大，探測(cè)器接受的射線強(qiáng)度也減少，根據(jù)探測(cè)器輸出脈沖數(shù)變化，就可以測(cè)出輸送機(jī)上物料的多少。如果同時(shí)測(cè)出輸送速度，則物料對(duì)速度之積分就是單位時(shí)間傳送物料的重量。,,,9,核子秤原理

4、分析圖,10,基本測(cè)量原理,放射源穩(wěn)定的放出射線。在支架構(gòu)成的范圍內(nèi)呈扇形，照射到輸送機(jī)上，輸送機(jī)上的物料吸收一部分射線，其余的照射到探測(cè)器上，因放射源發(fā)出的射線為常數(shù)，因此探測(cè)器探測(cè)的射線的多少，可反映輸送機(jī)上物料的多少。,11,核檢測(cè)技術(shù)(2)——核子(皮帶)秤,,,,,,,,12,核子秤實(shí)物圖1,13,實(shí)物圖2,14,特點(diǎn)： ——非接觸式連續(xù)稱(chēng)重計(jì)量控制設(shè)備，測(cè)控精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，無(wú)機(jī)械磨損，免維護(hù),15,1

5、6,核子秤的基本應(yīng)用,17,核檢測(cè)技術(shù)(2)——核子(皮帶)秤,,,,,18,LB442核子秤系統(tǒng)簡(jiǎn)介,LB442系統(tǒng)用于測(cè)量工業(yè)輸送系統(tǒng)上固體物流的質(zhì)量流量（如化肥；木片、紙漿；煤炭、礦石、沙子、礫石；土豆、玉米花等等）。系統(tǒng)不僅能測(cè)量流量，而且能夠計(jì)算固體物質(zhì)的總質(zhì)量，測(cè)量范圍可以從0-200kg/小時(shí)到0-10000噸/小時(shí)，還可以測(cè)量管道和斜槽中處于“自由下落”狀態(tài)的物流的質(zhì)量流量。,19,LB442核子秤系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例示意圖,

6、20,核檢測(cè)技術(shù)(3)——料位計(jì)及料位開(kāi)關(guān),原理：　檢測(cè)γ射線穿透料倉(cāng)或管道中物料后的強(qiáng)度，根據(jù)射線強(qiáng)度的變化來(lái)計(jì)算、判斷物料的料面水平，控制物料的輸送。 放射源安裝在料倉(cāng)或管道的一側(cè)，探測(cè)器安裝在另一側(cè)。,21,核檢測(cè)技術(shù)(3)——料位計(jì)及料位開(kāi)關(guān),用途： 用于工業(yè)過(guò)程中對(duì)料位和液位進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)和報(bào)警控制，適合于各種惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期使用。也可用于對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的設(shè)備和工件進(jìn)行定位檢測(cè)或定位控制。

7、更可推廣應(yīng)用到對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的速度和長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。 　　如可用于礦山、煤炭、電力、鋼鐵、冶金、水泥、化肥、化工等系統(tǒng)進(jìn)行料位上下限的檢測(cè)和報(bào)警控制；可用于礦車(chē)、料斗油罐等的灌裝控制，運(yùn)輸車(chē)、斗的遙控定位。高溫、高壓、腐蝕性液體的液位控制。食品、飲料自動(dòng)生產(chǎn)線的罐裝自動(dòng)控制等。,22,幾種安裝方式,23,核檢測(cè)技術(shù)(4)——射線測(cè)厚儀,接觸式測(cè)厚——機(jī)械測(cè)厚法。 非接觸式測(cè)厚——射線測(cè)厚法、超聲波測(cè)厚法、光學(xué)測(cè)厚法

8、，等等。,24,1)γ射線測(cè)厚儀,25,γ射線測(cè)厚儀能在線、非接觸式的測(cè)量導(dǎo)體非導(dǎo)體的厚度，測(cè)量精度高而且量程大。具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。可以進(jìn)行計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，可視化界面操作，以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。,γ射線測(cè)厚儀的特點(diǎn),26,依據(jù)被測(cè)物質(zhì)對(duì)放射性同位素放出的γ射線的吸收強(qiáng)度與物質(zhì)質(zhì)量厚度成線性關(guān)系的規(guī)律，通過(guò)測(cè)量透過(guò)物質(zhì)的γ射線強(qiáng)度來(lái)測(cè)定被測(cè)物的厚度。,γ射線測(cè)厚儀的工作原理,27,幾種射線測(cè)厚儀器的圖片,美國(guó)E

9、MC公司研制X-RAY在線測(cè)厚儀,,28,射線測(cè)厚與超聲波測(cè)厚的對(duì)比,超聲波測(cè)厚儀——是利用超聲波在各種介質(zhì)內(nèi)的傳播速度不同，即由一相介質(zhì)轉(zhuǎn)到另一相介質(zhì)必然產(chǎn)生波反射的性能來(lái)“作出壁厚度”測(cè)定的，即利用波反射的時(shí)間差來(lái)確定金屬材料壁厚。,29,超聲波測(cè)厚的不足：,超聲波發(fā)射器,不能使用于溫度高的環(huán)境( ≤90°) ,因?yàn)闇囟容^高,會(huì)損壞“發(fā)射器”。被測(cè)“點(diǎn)”金屬材料表面必須打整干凈, 否則會(huì)出現(xiàn)假數(shù)據(jù)。一般打整“點(diǎn)”控制在1

10、0mm 的圓形區(qū)域內(nèi)。超聲波發(fā)射器與材料必須接觸良好(一般要抹油)，其的目的是為了減少波損失。直接測(cè)量時(shí)，將出現(xiàn)測(cè)量誤差。,30,MG2系列超聲波測(cè)厚儀,,31,核檢測(cè)技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,,32,核檢測(cè)技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,灰分測(cè)量(1)原理：,采用雙能透射法測(cè)量灰分，即利用兩種可放射不同能量射線的放射源來(lái)構(gòu)成“雙透射通道”，來(lái)進(jìn)行測(cè)量。,241Am (59.5keV)， 137Cs (661keV),33,核檢測(cè)

11、技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,灰分測(cè)量(1)原理： 對(duì)低能射線，煤中各元素的質(zhì)量衰減系數(shù)各不相同，隨著原子序數(shù)的增大而增加；而對(duì)中能射線，煤中各種元素的質(zhì)量衰減系數(shù)基本相等。,34,核檢測(cè)技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,灰分測(cè)量(1)原理： 第一透射通道：241Am的低能γ射線(59.5keV)，物質(zhì)的原子序數(shù)越大，對(duì)241Am的γ射線的吸收越強(qiáng)(穿透煤被探測(cè)器探測(cè)到的γ射線越少)，而煤中灰分部分的原子序數(shù)

12、比煤本身要大，因此，煤中的灰分含量越高，穿過(guò)煤的γ(241Am)射線越少。同時(shí)，對(duì)241Amγ射線的衰減還與煤的厚度有關(guān)。因此，采用了第二通道。 第二透射通道：137Cs的中能γ射線(661keV)，因?yàn)槊罕旧砗突曳謱?duì)137Csγ的吸收基本一樣，因此，穿過(guò)煤后的137Csγ信號(hào)就只與煤的厚度有關(guān)。,,,35,核檢測(cè)技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,因此，從中能量γ射線的強(qiáng)度變化可以反映出煤的厚度，以此可以修正煤的厚度變化引起的

13、低能衰減的變化，而利用修正后的低能射線的衰減可求出煤中高原子序數(shù)元素的含量，從而求出煤灰分。,,,,36,核檢測(cè)技術(shù)(5)——煤質(zhì)及灰分測(cè)量,灰分測(cè)量(2)用途： 用于煤碳輸送過(guò)程中，對(duì)原煤的灰分、水分、純碳量和發(fā)熱量進(jìn)行在線檢測(cè)、計(jì)量和控制。,37,,SCL-2000 型煤灰分儀在控制外購(gòu)精煤質(zhì)量中的應(yīng)用,38,,ZZ-89A型在線測(cè)灰儀,39,40,應(yīng)用實(shí)例,41,探頭剖面圖：,42,,,測(cè)量方式：無(wú)需采樣、制樣

14、，只需將探頭插入煤中即可。最低檢測(cè)限：灰份含量大于5％準(zhǔn)確度：灰份≤20％時(shí)，絕對(duì)誤差≤±１％　　　　灰份＞20％時(shí)，相對(duì)誤差≤±1.5％測(cè)量時(shí)間：50秒鐘儀器重量：探頭3ｋｇ，主機(jī)1ｋｇ數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量：40個(gè),技術(shù)參數(shù)：,43,核檢測(cè)技術(shù)(6)——水份計(jì),,根據(jù)中子減速擴(kuò)散原理設(shè)計(jì)，它的優(yōu)點(diǎn)有：不取樣，可直接測(cè)量。不破壞被測(cè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，也避免由于取樣而影響水分的分布；反映結(jié)果迅速、靈敏、測(cè)量時(shí)間短；

15、可以連續(xù)測(cè)量，有利于測(cè)量水分的動(dòng)態(tài)變化。對(duì)大體積進(jìn)行積分測(cè)量。水份分布不均勻時(shí)，給出一個(gè)水分平均值；,44,核檢測(cè)技術(shù)(6)——水份計(jì),,用途：用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中各種物料水分含量的在線連續(xù)檢測(cè)?？捎糜阡撹F、建材、水泥、鑄造、玻璃、陶瓷、煤炭等行業(yè)對(duì)料斗、料倉(cāng)中或各種輸送機(jī)輸送過(guò)程中的物料水分進(jìn)行在線式連續(xù)檢測(cè)，并能輸出控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的閉環(huán)自動(dòng)控制。,45,核檢測(cè)技術(shù)(7) ——核測(cè)井,核測(cè)井技術(shù)是隨著當(dāng)代核技術(shù)的發(fā)展和石油、煤

16、炭、地質(zhì)礦產(chǎn)等對(duì)核測(cè)井技術(shù)發(fā)展的需要而迅速發(fā)展起來(lái)的尖端測(cè)井技術(shù)之一。隨著人工放射源技術(shù)、傳感器技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、信息處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，核測(cè)井技術(shù)目前仍處在飛速發(fā)展之中。,46,核檢測(cè)技術(shù)(7)——核測(cè)井,核測(cè)井的優(yōu)點(diǎn)：核測(cè)井揭示的是巖石的核物理性質(zhì)，即巖石中各種核素微觀特性的宏觀表現(xiàn)，它深刻地反映著巖石的本質(zhì)；對(duì)測(cè)量條件有廣泛的適應(yīng)性，能在含有各種井內(nèi)流體的裸眼井、套管井中對(duì)各種不同類(lèi)型的儲(chǔ)層進(jìn)行有效測(cè)量；能提供大量具

17、有不同物理實(shí)質(zhì)的參數(shù)，且大部分參數(shù)不可能用其他方法獲得，即具有不可代替性。,47,核檢測(cè)技術(shù)(7)——核測(cè)井,核測(cè)井的分類(lèi)核測(cè)井包括以核物理學(xué)和核物理技術(shù)為基礎(chǔ)的一系列測(cè)井方法。分為γ測(cè)井、中子測(cè)井和核磁測(cè)井三大類(lèi)。,48,核檢測(cè)技術(shù)(7)——核測(cè)井,散射γ能譜測(cè)井的應(yīng)用,鑒別巖性求儲(chǔ)集層孔隙度求泥質(zhì)含量求地層的波阻抗——波阻抗為密度和波傳播速度的乘積，由波阻抗可求得反射系數(shù)，是合成地震記錄的基本參數(shù)研究壓力異常,49,核檢測(cè)

18、技術(shù)(7)——核測(cè)井,中子測(cè)井,是以中子與地層的相互作用為基礎(chǔ)的測(cè)井方法。包括使用同位素中子源的中子測(cè)井和使用加速器中子源的中子測(cè)井兩大類(lèi)。同位素中子源測(cè)井：超熱中子孔隙度測(cè)井、熱中子孔隙度測(cè)井和熱中子活化測(cè)井。加速器中子源測(cè)井：快中子非彈性散射γ能譜測(cè)井、熱中子壽命測(cè)井、脈沖中子孔隙度測(cè)井和脈沖中子活化測(cè)井。,50,核檢測(cè)技術(shù)(7)——核測(cè)井,核磁測(cè)井,是以核磁共振為基礎(chǔ)的測(cè)井方法，是利用原子核在磁場(chǎng)中的能量變化來(lái)獲得原子核的信