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核技术应用复习

核技术:是指在原子核物理现象基础上发展起来的,利用原子核反应堆、粒子加速器、放射性同位素和核粒子探测器等各种核物理设备和核实验方法为各个部门服务的一门新兴技术。

核武器——核变(裂变、聚变) 及生化效应目前的分类核能与核动力(核工程)——反应堆、热工(工程热力学与传热学的简称,传热学是研究热量传递的一门学科,如反应堆的导热,对流换热,辐射能的传递等。

)核技术(非动力核技术)——同位素与辐射技术核农学核农学主要研究核素和核辐射及相关核技术在农业科学和农业生产中的应用及其作用机理核医学核医学—将核素(包括放射性核素和稳定核素)标记的示踪剂用于医学和生物医疗和研究用途的学科。

核分析(工业)核检测辐射加工辐射加工—广义的辐射加工包括一切利用粒子、光波和射线来从事辐射化学及技术研究、开发和生产的技术等。

食品、卫生核检测技术基本原理利用射线(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)。

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。

问题灵敏度和响应时间;精密度和准确度;非线性问题与校正技术;多参数测量与数据处理;辐射与安全;认可(认证)与推广;规范化、标准化核子密度计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、以及两种物料的本比等。

核子(皮带)秤利用物料对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。

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。

基本应用测量工业输送系统、测量管道和斜槽中处于“自由下落”状态的物流的质量流量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。

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,等等煤质及灰分测量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构成“双透射通道”,来进行测量241Am (59.56keV),137Cs (661keV))原理:第一透射通道:241Am 的低能γ射线(59.6keV),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射线 (241Am) 越少。

同时,对241Am 的γ射线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137Cs 的γ射线吸收基本一样,因此,穿过煤后的137Cs 的γ射线强度信号就只与煤的厚度有关。

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。

水份计MeV n C Be 70.5129++→+α一个密封的中子源(如镅241/铍中子源)向被测材料放射高能中子射线,高能中子与氢原子(水分子中的H )碰撞后,迅速失去能量而变成低能中子,而其它任何种类的原子都不能象氢原子那样显著减少高能中子的能量。

被测材料中的湿度越高,水分含量就越高,氢原子就越多,当中子射线穿过时,将产生更多的低能中子;同样的原因,当被测材料较干时,产生的低能中子数目就较少。

仪器中的湿度探测器只检测低能中子。

低能中子计数越高,表示被测材料的湿度越高;反之,低能中子计数越低,表示湿度越低。

碾压混凝土坝施工中的应用核测井分为γ测井自然γ能谱测井散射γ能谱测井、中子测井和核磁测井三大类自然γ能谱测井是由自然γ测井发展而来的,它不仅测量γ射线的强度,而且还分析γ射线的能谱,自然γ能谱测井的应用:岩性识别和地层对比;识别粘土矿物;检测水淹层;研究生油层;研究沉积环境;寻找放射性矿物;检测环境污染等散射γ能谱测井利用源发出的射线与物质的相互作用引起的射线强度的变化和诱发的特征能谱加以确定物质的成份和含量散射γ能谱测井的应用鉴别岩性求储集层孔隙度求泥质含量求地层的波阻抗——波阻抗为密度和波传播速度的乘积,由波阻抗可求得反射系数,是合成地震记录的基本参数 研究压力异常CT ——“计算机断层扫描成像”(是计算机与放射学结合的产物)核成象技术的共同原理:利用与核有关的物理量在被测对象中的衰减规律或分布情况,获得物体内部的详尽信息,通过电子计算机对这些信息作快速处理,最终重建被测物的内部图象X 射线断层扫描(XCT)γ射线断层扫描(γ-CT)核磁共振CT(NMR-CT)康普顿散射CT(CST)穆斯堡尔效应CT(MET)发射型CT(ECT——Emission CT)a.正电子发射CT(PET——Positron Emission CT)b.单光子发射CT(SPECT——Single Photon Emission CT)医学CT从探测数据获取方法的类别来划分:透射方法(普通CT)、放射方法(ECT)、核磁共振方法(NMR-CT)。

透射法将放射源置于受检体一侧,而探测器置于另一侧。

射线通过受检体时受到衰减,衰减值反映射线经过透射路径时被吸收的状况,显然其数值决定了相应路径组织的构成。

放射法将同位素等放射源,采用注射等方法置于受检体内,它所释放的正电子与体内存在的电子符合作用,向相反方向射出两束γ射线,分别由周围相对的检测器接收。

周围的检测器至少有两只,通过它们作圆周移动,可获得所取断面层的完整数据。

γ相机属于放射法核磁共振方法人体内存在大量氢原子核,其具有固定的磁特性。

当人体位于强磁场时,氢核便按磁场方向进行排列。

如用一高频电信号形成附加磁场,则可使氢核偏离原排列方向。

若突然再切断这个电信号,那么氢核又趋于原排列方向,与此同时,他们发出一种很弱的、具有特征频率的信号。

利用此信号成像。

XCT原理X射线透射过受检体后,由于被吸收使射线强度减弱。

减弱的程度就是衰减系数ECT成像是先让人体接受某种放射性药物,这些药物聚集在人体某个脏器中或参与体内某种代谢过程,再对脏器组织中的放射性核素的浓度分布和代谢进行成像。

因此,利用ECT不仅可得人体脏器的解剖图像,还可得到生理、生化、病理过程及功能图像。

E-CT包括三种成像装置:γ相机,SPECT(单光子发射CT)和PET(正电子发射CT)。

ECT(γ相机原理)射线入射到晶体上,使晶体原子激发。

退激回到基态,发射荧光。

一个 光子产生多个荧光光子。

光电倍增管接受这些荧光,并将之转换为电信号。

经过定位电路确定出入射 光子的位置。

放大、甄别后,记录一个计数。

ECT(SPECT)在γ照相机的基础上发展起来的。

以γ发射体为成像对象,其探测光子的原理和γ照相机相同。

一个或两个γ照相机探头绕人体旋转,获得各个方向的投影(平面)像,二维投影数据重建后获得横断面的图像。

ECT(PET原理)同位素在体内放射正电子,经过组织并与其中的电子发生“湮灭”,产生一对相反方向运动的γ光子(511keV)。

湮灭产生的光子可以逸出人体,并被探测器接收。

对于收到的光子,首先转换为电信号,再经符合筛选出成对的光子,每一对称为一个“事例”。

通过记录的“事例”数据,重建计算,得到受检体平面或立体的正电子湮灭分布图。

体内组织的分布图与其结构形态及病变有关。

工业CT系统中的射线源γ射线源放射性同位素源,例如60Co 等X射线源低能X射线源(keV量级):放射性同位素或X 光管高能X射线源(MeV 量级):加速器(高压加速器,电子直线加速器,回旋加速器等)高能X射线CT系统一般使用2MeV~15MeV的电子直线加速器做射线源。

探测器结构线阵探测器面阵探测器同位素示踪将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中,标记研究材料,以便追踪发生的过程、运行状况或研究物质结构等的科学手段。

放射性示踪法的特点灵敏度高测量简便、易分辨提供原子、分子水平的研究手段提供原子、分子水平的研究手段微观作用机理、动态变化过程合乎生理条件不扰乱体内生理过程的平衡状态定位、定量准确核显像技术,组织器官、细胞、亚细胞水平定量定位同位素示踪技术的关键选好示踪剂(TRACER)一种带有特殊标记的物质,当它加入到被研究对象中后,人们可根据其运动和变化来洞悉原来不易或不能辨认的被研究对象的运动和变化规律。

同位素化学性质相同,可正确反映研究对象在物理、化学和生物过程中的性质和行为。

核素的放射特性不改变物质的物理和化学性质。

选好显象剂(IMAGING AGENT)或核素测量技术同位素示踪的应用化学:反应过程;生命科学:代谢、物质转化、生命现象;医学:免疫化学、疾病的诊断;农、牧学:代谢、灭害;地质科学:地下水流向和流速、油田开发;工程问题:地下管网渗漏、机械磨损;放射性药物99Tcm (锝)生产便利:(99Tcm标记物占80%)物理特性:T1/2 = 6.02h;γ辐射,E=141keV。

适用于γ相机和SPECT临床应用:可标记多种化合物→脏器显象剂;心肌显象、脑显象。

食品辐射的基本原理食品辐照时,射线把能量或电荷传递给食品以及食品上的微生物和昆虫,引起的各种效应会造成它们体内的酶钝化和各种损伤会迅速影响其整个生命过程,导致代谢、生长异常、损伤扩大直至生命死亡。

而食品则不同,除了鲜活食品之外均不存在着生命活动,鲜活食品的新陈代谢也处在缓慢的阶段,辐射所产生的影响是进一步延缓了它们后熟的进程,符合储藏的需要食品的辐射装置包括辐射源是食品辐射加工的核心部分,它可以分为放射性同位素和电子加速器两大类。

(1) 放射性同位素60Co辐射源、137Cs辐射源(2) 电子加速器电子射线、X射线电子射线电子射线射程短,密度大,穿透力差,一般适用于食品表面的照射。

如对易腐食品辐射时,选定适当的“加速能”,就可使射线不穿透食品内部,只进行表面杀菌。

X射线X射线具有高穿透能力,可以用于食品辐射加工。

但是由于电子加速器作X射线源效率低,而且能量中包含大量低能部分,难以均匀照射大块样品,故没有得到广泛的应用2. 防护设备3. 输送与安全系统辐射消毒灭菌主要是指在常温常压下对包装好的一次性医疗用品、卫生用品、中成药、化妆品等利用辐射加工装置进行辐照,从而达到消毒、灭菌的功效辐射消毒灭菌法有着明显的优势,可以在常温、常压下进行处理,节约能源,无污染,可以大批量处理,并且易于控制。

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