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1、会计学1热释电探测器热释电探测器第一页，共97页。第1页/共97页第二页，共97页。大气窗口主要有：0.31.3m，即紫外、可见光、近红外波段。这一波段是摄影成像的最佳波段，也是许多卫星传感器扫描成像的常用波段。比如，Landsat卫星的TM的14波段，SPOT卫星的HRV波段等。1.51.8m，2.03.5m，即近、中红外波段，在白天日照条件好的时候扫描成像常用这些波段，比如TM的5、7波段等用以探测植物含水量以及云、雪或用于地质制图等。3.55.5m，即中红外波段，物体的热辐射较强。这一区间除了地面(dmin)物体反射光谱反射太阳辐射外，地面(dmin)物体也有自身的发射能量。比如，NOA
2、A卫星的AVHRR传感器用3.553.93m探测海面温度，获得昼夜云图。814m，即远红外波段。主要来自物体热辐射的能量，适于夜间成像，测量探测目标的地物温度。0.82.5cm，即微波波段，由于微波穿云透雾的能力，这一区间可以全天候工作。而且由其他窗口区间的被动遥感工作方式过渡到主动遥感的工作方式。如侧视雷达影像，Radarsat的卫星雷达影像等。其常用的波段为0.8cm，3crn，5cm，10cm，有时也可将该窗口扩展为0.05cm至300cm波段。第2页/共97页第三页，共97页。大气大气(dq)的透射和大气的透射和大气(dq)窗口窗口红外辐射在大气中传播时，大气层对不同波长红外辐射在大气
3、中传播时，大气层对不同波长(bchng)的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，如的红外线存在不同的吸收带，红外线气体分析器就是利用该特性工作的，空气中对称的双原子气体，如N2、O2、H2等不吸收红外线。而红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是等不吸收红外线。而红外线在通过大气层时，有三个波段透过率高，它们是22.6m、35m和和814m，统称它们为，统称它们为“大气窗口大气窗口”。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波段（大气窗口）之内。这三个波段对红外探测技术特别重要，因此红外探测器一般都工作在这三个波
4、段（大气窗口）之内。第3页/共97页第四页，共97页。红外热像仪是一种用来探测目标物体的红外辐射，并通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图像转换成视频图像的高科技产品。红外热像仪具有很高的军事(jnsh)应用价值和民用价值。在军事(jnsh)上，红外热像仪可应用于军事(jnsh)夜视侦查、武器瞄具、夜视导引、红外搜索和跟踪、卫星遥感等多个领域；在民用方面，红外热像仪可以用于材料缺陷的检测与评价、建筑节能评价、设备状态热诊断、生产过程监控、自动测试、减灾防灾等诸多方面。第4页/共97页第五页，共97页。红外热像仪的工作原理如图8.2-10所示。光学系统收集辐射线，经滤波处理后将景
5、物图形聚集(jj)在探测器上，光学机械扫描包括两个扫描镜组：垂直扫描和水平扫描。扫描器位于光学系统和探测器之间，当镜子摆动时，从物体到达探测器的光束也随之移动，形成物点与物象互相对应。然后探测器将光学系统逐点扫描所依次搜集的景物温度空间分布信息，变为按时序排列的电信号，经过信号处理后，由显示器显示出可见图象物体温度的空间分布情况。第5页/共97页第六页，共97页。德国英福泰克红外热像仪德国英福泰克红外热像仪ThermaCAMP30红外热像仪FLIR夜视仪夜视仪/FLIR红外热成像红外热成像第6页/共97页第七页，共97页。长波10241024QWIP照相机的红外红外成像从美国国家海洋和大气局的
6、红外卫星云图上可以看到，美国东区时间从美国国家海洋和大气局的红外卫星云图上可以看到，美国东区时间9月月12日晚上日晚上9点点15分时，飓风分时，飓风“伊万伊万”的中心的中心(zhngxn)距离古巴最西端距离古巴最西端东南方向东南方向190英里。英里。便携式红外热像仪第7页/共97页第八页，共97页。红外热波无损检测技术红外热波无损检测技术(jsh)的应用的应用第8页/共97页第九页，共97页。红外探测红外探测(tnc)器器红外传感器一般由光学系统、红外传感器一般由光学系统、探测探测(tnc)器、信号调理电路及显示单元等组成。器、信号调理电路及显示单元等组成。红外探测红外探测(tnc)器是红外传
7、感器的核心。红外探测器是红外传感器的核心。红外探测(tnc)器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测器是利用红外辐射与物质相互作用所呈现的物理效应来探测(tnc)红外辐射的。红外探测红外辐射的。红外探测(tnc)器的种类很多，按探测器的种类很多，按探测(tnc)机理的不同，分为热探测机理的不同，分为热探测(tnc)器和光子探测器和光子探测(tnc)器两大类。器两大类。第9页/共97页第十页，共97页。1.热探测器热探测器热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的
8、红外辐射。热探测器的工作机理是：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测量物理参数的变化来确定探测器所吸收的红外辐射。与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。但热探测器主要优点是响应波段与光子探测器相比，热探测器的探测率比光子探测器的峰值探测率低，响应时间长。但热探测器主要优点是响应波段(bdun)宽，宽，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便，响应范围可扩展到整个红外区域，可以在常温下工作，使用方便，应用相当广泛。应用相当广泛。第10页/共97页第十一页，共97页。热探测器主
9、要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高，热探测器主要有四类：热释电型、热敏电阻型、热电阻型和气体型。其中，热释电型探测器在热探测器中探测率最高，频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展频率响应最宽，所以这种探测器倍受重视，发展(fzhn)很快。这里我们主要介绍热释电型探测器。很快。这里我们主要介绍热释电型探测器。第11页/共97页第十二页，共97页。热释电型红外探测器是根据热释电效应制成的，即电石、热释电型红外探测器是根据热释电效应制成的，即电石、水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体受热水晶、酒石酸钾钠、钛酸钡等晶体受热(shur)产生温度变化
10、时，其原子排列将发生变化，晶体自然极化，产生温度变化时，其原子排列将发生变化，晶体自然极化，在其两表面产生电荷的现象称为热释电效应。用此效应制成的在其两表面产生电荷的现象称为热释电效应。用此效应制成的“铁电体铁电体”，其极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。
11、其极化强度（单位面积上的电荷）与温度有关。当红外辐射照射到已经极化的铁电体薄片表面上时引起薄片温度升高，使其极化强度降低，表面电荷减少，这相当于释放一部分电荷，所以叫做热释电型传感器。如果将负载电阻与铁电体薄片相连，则负载电阻上便产生一个电信号输出。输出信号的强弱取决于薄片温度变化的快慢，从而反映出入射的红外辐射的强弱，热释电型红外传感器的电压响应率正比于入射光辐射率变化的速率。第12页/共97页第十三页，共97页。热释电效应的强弱用热释电系数来表示。假设热释电效应的强弱用热释电系数来表示。假设整个晶体的温度均匀整个晶体的温度均匀(jnyn)(jnyn)地改变了一个小地改变了一个小量量TT，则
12、极化的改变可由下式给出：，则极化的改变可由下式给出：式中式中p是热释电系数是热释电系数(xsh)。对于恒定对于恒定(hngdng)辐射没有响应。辐射没有响应。第13页/共97页第十四页，共97页。概述：概述：AE-S708系列红外热释电传感器是利用材料的热释电效应、材料的极化强度随温度变化而探测系列红外热释电传感器是利用材料的热释电效应、材料的极化强度随温度变化而探测红外线辐射的光接收器件；具有探测度高、响应频谱宽、响应时间短、能在室温的情况红外线辐射的光接收器件；具有探测度高、响应频谱宽、响应时间短、能在室温的情况(qngkung)下工作不需要致冷等优点；下工作不需要致冷等优点；AE-S70
13、8系列红外热释电传感器根据使用场所不同装载了不同波长的窄带滤光片或截止型滤光系列红外热释电传感器根据使用场所不同装载了不同波长的窄带滤光片或截止型滤光片，可广泛用于各种光谱测量、辐射功率测量、非接触温度测量、气体分析、入侵报警、火焰片，可广泛用于各种光谱测量、辐射功率测量、非接触温度测量、气体分析、入侵报警、火焰探测、自动照明领域。探测、自动照明领域。特点：特点：能在室温工作，不需要任何致冷装置；能在室温工作，不需要任何致冷装置；具有广谱响应，可用于探测引起热释电材料温度变化的任何辐射；具有广谱响应，可用于探测引起热释电材料温度变化的任何辐射；结构紧凑，使用方便；结构紧凑，使用方便；视场角可达
14、到视场角可达到120o；无需外部偏置场；无需外部偏置场；对微小的温度变化有响应，能探测瞬变信号；对微小的温度变化有响应，能探测瞬变信号；可根据用户要求装载不同波长的窄带滤光片或截止型滤光片。可根据用户要求装载不同波长的窄带滤光片或截止型滤光片。第14页/共97页第十五页，共97页。热释电红外传感器结构图场效应管放大器第15页/共97页第十六页，共97页。红外感应(gnyng)系统图是一个双探测元热释电红外传感器的结构示意图。使用时端接电源正极，端接电源负极，端为信号输出。该传感器将两个极性相反、特性一致的探测元反向串联。目的是消除因环境和自身变化引起的干扰。它利用两个极性相反、大小相等的干扰信
15、号在内部相互抵消的原理来使传感器得到补偿。对于辐射至传感器的红外辐射，热释电传感器通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。制造热释电红外探测元的高热电材料是一种广谱材料，它的探测波长范围为。为了对某一波长范围的红外辐射有较高的敏感度，该传感器在窗口上加装了一块干涉滤波片。这种滤波片除了允许某些波长范围的红外辐射通过外，还能将灯光、阳光和其它(qt)红外辐射拒之门外。第16页/共97页第十七页，共97页。2.光子探测器光子探测器的工作机理是：利用入射光辐射的光子流与探测器材料中的电子互相作用，从而改变电子的能量状态，引起各种电学现象这种现象称为光子效
16、应。根据所产生的不同电学现象，可制成各种不同的光子探测器。光子探测器有内光电和外光电探测器两种，后者又分为光电导、光生伏特(ft)和光磁电探测器等三种。光子探测器的主要特点是灵敏度高，响应速度快，具有较高的响应频率，但探测波段较窄，一般需在低温下工作。第17页/共97页第十八页，共97页。图122红外测温仪方框图红外传感器的应用红外传感器的应用(yngyng)1.红外测温仪红外测温仪滤光片一般采用只允许814m的红外辐射能通过的材料。步进电机带动调制盘转动，将被测的红外辐射调制成交变的红外辐射线。红外探测器一般为（钽酸锂）热释电探测器，透镜的焦点落在其光敏面上。被测目标的红外辐射通过透镜聚焦在
17、红外探测器上，红外探测器将红外辐射变换(binhun)为电信号输出。第18页/共97页第十九页，共97页。红外测温仪第19页/共97页第二十页，共97页。SG-300超远距离红外测温仪超远距离红外测温仪SG-300可在远距离非接触测量小目标的便携式红外测温仪。可广泛应用于电力可在远距离非接触测量小目标的便携式红外测温仪。可广泛应用于电力(dinl)、铁路系统，用于远距离测量输变电线路、变电站设备接头及接触网的温度。、铁路系统，用于远距离测量输变电线路、变电站设备接头及接触网的温度。第20页/共97页第二十一页，共97页。德图红外测温仪用于防控甲型 H1N1流感(lin)第21页/共97页第二十
18、二页，共97页。红外测距传感器利用红外信号遇到障碍物距离的不同反射的强度也不同的原理，进行障碍物远近的检测。红外测距传感器具有一对红外信号发射与接收二极管，发射管发射特定频率的红外信号，接收管接收这种频率的红外信号，当红外的检测方向遇到障碍物时，红外信号反射回来被接收管接收，经过处理之后，通过(tnggu)数字传感器接口返回到机器人主机，机器人即可利用红外的返回信号来识别周围环境的变化。AF系统：主动型自动系统：主动型自动(zdng)调焦系统调焦系统第22页/共97页第二十三页，共97页。红外测距仪双目望远镜式红外测距仪红外测距仪LEICA第23页/共97页第二十四页，共97页。2.红外线气体
19、分析仪红外线气体分析仪是根据气体对红外线具有选择性的吸收的特性来对气体成分进行分析的。不同(btn)气体其吸收波段（吸收带）不同(btn)，图12-3给出了几种气体对红外线的透射光谱，从图中可以看出，CO气体对波长为4.65m附近的红外线具有很强的吸收能力，CO2气体则发生在2.78m和4.26m附近以及波长大于13m的范围对红外线有较强的吸收能力。如分析CO气体，则可以利用4.26m附近的吸收波段进行分析。第24页/共97页第二十五页，共97页。图123几种气体(qt)对红外线的透射光谱4.65m2.78m和和4.26m甲烷甲烷(jiwn)乙炔乙炔(yqu)乙烷乙烷乙烯乙烯第25页/共97页
20、第二十六页，共97页。图图12-4是工业用红外线气体分析仪的结构原理图。是工业用红外线气体分析仪的结构原理图。该分析仪由红外线辐射光源、气室、该分析仪由红外线辐射光源、气室、红外检测器及电路等部分组成。红外检测器及电路等部分组成。光源由镍铬丝通电加热发出光源由镍铬丝通电加热发出310m的红外线，切光片将连续的红外线调制的红外线，切光片将连续的红外线调制(tiozh)成脉冲状的红外线，以便于红外线检测器信号的检测。成脉冲状的红外线，以便于红外线检测器信号的检测。测量气室中通入被分析气体，参比气室中封入不吸收红外线的气体（如测量气室中通入被分析气体，参比气室中封入不吸收红外线的气体（如N2等）。红
21、外检测器是薄膜电容型，它有两个吸收气室，充以被测气体，当它吸收了红外辐射能量后，等）。红外检测器是薄膜电容型，它有两个吸收气室，充以被测气体，当它吸收了红外辐射能量后，气体温度升高，导致室内压力增大。气体温度升高，导致室内压力增大。第26页/共97页第二十七页，共97页。测量时（如分析测量时（如分析CO气体的含量），两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室，气体的含量），两束红外线经反射、切光后射入测量气室和参比气室，由于由于(yuy)测量气室中含有一定量的测量气室中含有一定量的CO气体，该气体对气体，该气体对4.65m的红外线有较强的吸收能力，的红外线有较强的吸收能力，而参比气室中气体
22、不吸收红外线，这样射入红外探测器的两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收室压力不同，测量边的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，而参比气室中气体不吸收红外线，这样射入红外探测器的两个吸收气室的红外线光造成能量差异，使两吸收室压力不同，测量边的压力减小，于是薄膜偏向定片方向，改变了薄膜电容两电极间的距离，也就改变了电容改变了薄膜电容两电极间的距离，也就改变了电容C。如被测气体的浓度愈大，两束光强的差值也愈大，。如被测气体的浓度愈大，两束光强的差值也愈大，则电容的变化量也愈大，因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。则电容的变化量也愈大，因此电容变化量反映了被分析气体中被测气体的浓度。第
23、27页/共97页第二十八页，共97页。图124红外线气体(qt)分析仪结构原理图 第28页/共97页第二十九页，共97页。图图12-4所示结构中还设置了滤波气室，其目的是为了消除干扰气体对测量结果的影响。所谓干扰气体，是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体，如所示结构中还设置了滤波气室，其目的是为了消除干扰气体对测量结果的影响。所谓干扰气体，是指与被测气体吸收红外线波段有部分重叠的气体，如CO气体和气体和CO2在在45m波段内红外吸收光谱有部分重叠，则波段内红外吸收光谱有部分重叠，则CO2的存在对分析的存在对分析CO气体带来影响，这种影响称为干扰。为此在测量边和参比边各设置了一个气体带来
24、影响，这种影响称为干扰。为此在测量边和参比边各设置了一个(y)封有干扰气体的滤波气室，它能将与封有干扰气体的滤波气室，它能将与CO2气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收，因此左右两边吸收气室的红外能量之差只与被测气体（如气体对应的红外线吸收波段的能量全部吸收，因此左右两边吸收气室的红外能量之差只与被测气体（如CO）的浓度有关。）的浓度有关。第29页/共97页第三十页，共97页。1-光源光源(gungyun)；2-切光片；切光片；3-同步电机；同步电机；4-测量气室；测量气室；5-参比气室；参比气室；6-滤光气室；滤光气室；7-检测气室；检测气室；8-前置放大器；前置放大器；9-主放大器；主放
25、大器；10-记录器记录器气体分析仪测量气体分析仪测量(cling)(cling)过程过程第30页/共97页第三十一页，共97页。（1）光源(gungyun)和调制器光源(gungyun)的任务：产生具有一定调制频率（212HZ）、两束能量相等且稳定的平行红外光束 1-反光镜；反光镜；2-光源光源(gungyun)；3-切光片；切光片；4-同步电机同步电机第31页/共97页第三十二页，共97页。（2）气室和滤光器气室包括测量气室、参比气室和滤光气室。结构圆筒形，除测量气室有气样进出口之外，参比气室和过滤气室都是密封的，所有气室内壁非常光洁，要求不吸收红外线，不能吸附气体，对气体不起任何化学作用。
26、测量气室长度与浓度成反比。滤光气室封入一定浓度的干扰组分，它的长度由封入干扰组分的浓度决定，有的分析仪不采用滤光气室，而用滤光片将干扰组分特征吸收波长全部滤去，这种结构较简单。气室两端用透光材料密封，它既保证气室的密封性，又具有良好的透光性，并且因各种透光材料允许透过光波长的不同(btn)，又起到了滤光作用，常用的透光材料有蓝宝石（Al2O3）、氟化锂（LiF）等。第32页/共97页第三十三页，共97页。（3）检测器1窗口的光学玻璃窗口的光学玻璃(gungxubl)，2壳体，壳体，3薄膜，其下部带有薄膜，其下部带有电容传感器的动片，电容传感器的动片，4电容传感器的定片电容传感器的定片5绝缘体绝
27、缘体6支架支架7和和8两个气室两个气室9后盖后盖10密封垫圈密封垫圈第33页/共97页第三十四页，共97页。红外线气体(qt)分析仪便携式红外二氧化碳分析仪分析仪GXH3011A1便携式红外线红外线CO气体分析仪气体分析仪1370红外线二氧化碳检测仪用于空气品质监测第34页/共97页第三十五页，共97页。12.2核辐射传感器核辐射传感器核辐射及其性质核辐射及其性质众所周知，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，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
28、原子都不是只存在一种。具有相同的核电荷数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而有不同的质子数而有不同的质子数 A的原子所构成的元素称同位素。的原子所构成的元素称同位素。假设假设(jish)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，衰变中释放出射线、射线、射线、射线、射线、射线、X射线等，这种现象称为核辐射。射线等，这种现象称为核辐射。而放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源。而放出射线的同位素称为放射性同位素，又称放射源。第35页/共97页第三十六页，共97页。实验表明(biomng)，放射源的强度是随
29、着时间按指数定理而减低的，即(12-1)式中：J0开始时的放射源强度(qingd)；J经过时间为t以后的放射源强度(qingd)；放射性衰变常数。第36页/共97页第三十七页，共97页。放射性同位素种类很多，由于核辐射检测仪表对采用的放射性同位素要求它的半衰期比较长(半衰期是指放射性同位素的原子核数衰变到一半(ybn)所需要的时间，这个时间又称为放射性同位素的寿命)，且对放射出来的射线能量也有一定要求，因此常用的放射性同位素只有20种左右，例如Sr90（锶）、Co60（钴）、Cs137（铯）、Am241（镅）等。第37页/共97页第三十八页，共97页。1.射线射线放射性同位素原子核中可以发射出
30、放射性同位素原子核中可以发射出粒子。粒子。粒子的质量为粒子的质量为4.002775u(原子质量单位原子质量单位)，它带有正电荷，实际上即为氦原子核，这种，它带有正电荷，实际上即为氦原子核，这种粒子流通常称作粒子流通常称作射线。射线。放射出放射出粒子后同位素的原子序数将减少两个单位而变为另一个元素。一般粒子后同位素的原子序数将减少两个单位而变为另一个元素。一般粒子具有粒子具有(jyu)40100MeV 的能量，平均寿命为几微秒到的能量，平均寿命为几微秒到1010 年。它从核内射出的速度为年。它从核内射出的速度为20km/s，粒子的射程长度在空气中为几厘米到十几厘米。粒子的射程长度在空气中为几厘米
31、到十几厘米。第38页/共97页第三十九页，共97页。射线通过气体时，使其分子或原子的轨道电子产生加速运动，如果此轨道电子获得足够大的能量，就能脱离原子成为自由电子，从而产生一对由自由电子和正离子组成的离子对，这种现象称为电离。如在相互作用中，轨道电子获得的能量还不足以使它脱离原子成为自由电子，仅使电子从低能级跃迁至较高能级，则称这种相互作用为激发。射线通过气体时，使其分子或原子的轨道电子产生加速运动，如果此轨道电子获得足够大的能量，就能脱离原子成为自由电子，从而产生一对由自由电子和正离子组成的离子对，这种现象称为电离。如在相互作用中，轨道电子获得的能量还不足以使它脱离原子成为自由电子，仅使电子
32、从低能级跃迁至较高能级，则称这种相互作用为激发。离子在穿经物质时，离子在穿经物质时，由于激发和电离，损失其动能，由于激发和电离，损失其动能，最后停滞在物体之中，与其中两个电子结合最后停滞在物体之中，与其中两个电子结合(jih)，成为中性的氦原子。一般说来，其电离效应较激发效应显著。，成为中性的氦原子。一般说来，其电离效应较激发效应显著。第39页/共97页第四十页，共97页。离子离子(lz)在物质中运动时会改变运动方向，这种现象称为散射。由于散射效应，按原来方向进行的在物质中运动时会改变运动方向，这种现象称为散射。由于散射效应，按原来方向进行的粒子的数目将减少，粒子的数目将减少，但远小于电离和激
33、发效应引起的但远小于电离和激发效应引起的粒子的数目的减少。粒子的数目的减少。在检测技术中，在检测技术中，射线的电离效应、透射效应和散射效应都有应用，射线的电离效应、透射效应和散射效应都有应用，但以电离效应为主，用但以电离效应为主，用粒子来使气体电离比其它辐射强得多。粒子来使气体电离比其它辐射强得多。第40页/共97页第四十一页，共97页。2.射线射线粒子的质量为粒子的质量为0.000549u，带有一个单位的电荷。它所带的能量为，带有一个单位的电荷。它所带的能量为100keV几兆电子伏特。几兆电子伏特。粒子的运动速度均较粒子的运动速度均较粒子的运动速度高很多，在气体中的射程可达粒子的运动速度高很
34、多，在气体中的射程可达20m。和和粒子一样，粒子一样，粒子在穿经物质时，会使组成物质的分子或原子发生电离，但与粒子在穿经物质时，会使组成物质的分子或原子发生电离，但与射线相比射线相比射线的电离作用较小。射线的电离作用较小。由于由于粒子的质量比粒子的质量比粒子小很多，因此更易被散射。粒子小很多，因此更易被散射。粒子在穿经物质时，由于电离、激发粒子在穿经物质时，由于电离、激发(jf)、散射和激发、散射和激发(jf)次级辐射等作用，次级辐射等作用，使使粒子的强度逐渐衰减，衰减情况大致服从如下的指数规律：粒子的强度逐渐衰减，衰减情况大致服从如下的指数规律：J=J0e-h(12-2)第41页/共97页第
35、四十二页，共97页。式中：式中：J0和和J粒子穿经厚度粒子穿经厚度(hud)为为h、密度为、密度为的吸收体前后的强度；的吸收体前后的强度；线性吸收系数。线性吸收系数。射线与射线与射线相比，透射能力大，电离作用小。在检测中主要是根据射线相比，透射能力大，电离作用小。在检测中主要是根据辐射吸收来测量材料的厚度辐射吸收来测量材料的厚度(hud)、密度或重量，根据辐射的反射来测量覆盖层的厚度密度或重量，根据辐射的反射来测量覆盖层的厚度(hud)，利用，利用粒子很大的电离能力来测量气体流的。粒子很大的电离能力来测量气体流的。第42页/共97页第四十三页，共97页。3.射线射线原子核从不稳定的高能激发态跃
36、迁到稳定的基态或较稳定的低能态，并且不改变其组成过程称为原子核从不稳定的高能激发态跃迁到稳定的基态或较稳定的低能态，并且不改变其组成过程称为衰变衰变(shuibin)（或称（或称跃迁）。跃迁）。发生发生跃迁时所放射出的射线称跃迁时所放射出的射线称射线或射线或光子。对于放射性同位素核衰变光子。对于放射性同位素核衰变(shuibin)时放射的时放射的射线，或者内层轨道电子跃迁时发射的射线，或者内层轨道电子跃迁时发射的X射线，它们和物质作用的主要形式为光电效应。当一个光子和原子相碰撞时，将其能量全部交给某一轨道电子，使它脱离原子，射线，它们和物质作用的主要形式为光电效应。当一个光子和原子相碰撞时，将
37、其能量全部交给某一轨道电子，使它脱离原子，光子则被吸收，这种现象称为光电效应。光电效应也伴随有次级辐射产生。当光子则被吸收，这种现象称为光电效应。光电效应也伴随有次级辐射产生。当射线通过物质时，由于发生光电等效应的结果，射线通过物质时，由于发生光电等效应的结果，它的强度将减弱，它的强度将减弱，它也遵循如式它也遵循如式(12-2)所示的指数衰减规律。所示的指数衰减规律。第43页/共97页第四十四页，共97页。与与射线相比，射线相比，射线的吸收系数小，它透过物质的能力最大，射线的吸收系数小，它透过物质的能力最大，在气体中的射程为几百米，并且能穿透几十厘米的固体物质，其电离作用最小。在测量仪表中，根
38、据在气体中的射程为几百米，并且能穿透几十厘米的固体物质，其电离作用最小。在测量仪表中，根据(gnj)辐射穿透力强这一特性来制作探伤仪、辐射穿透力强这一特性来制作探伤仪、金属厚度计和物位计等。金属厚度计和物位计等。第44页/共97页第四十五页，共97页。高能粒子高能粒子高能粒子高能粒子(lz)(lz)(lz)(lz)的来源的来源的来源的来源1.1.天然和人工放射源天然和人工放射源天然和人工放射源天然和人工放射源:2.2.核反应堆核反应堆核反应堆核反应堆:3.3.粒子加速器粒子加速器粒子加速器粒子加速器:阴极射线管：加速电子，利用阴极射线管：加速电子，利用阴极射线管：加速电子，利用阴极射线管：加速
39、电子，利用(lyng)(lyng)荧光物质产生荧光物质产生荧光物质产生荧光物质产生x x射线射线射线射线静电加速器：静电加速器：静电加速器：静电加速器：直线微波加速器直线微波加速器直线微波加速器直线微波加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器回旋加速器同步回旋加速器同步回旋加速器同步回旋加速器同步回旋加速器粒子存储环和对撞机粒子存储环和对撞机粒子存储环和对撞机粒子存储环和对撞机4.4.宇宙射线宇宙射线宇宙射线宇宙射线第45页/共97页第四十六页，共97页。常用常用常用常用(chn yn)(chn yn)(chn yn)(chn yn)放射线放射线放射线放射线1 1、射线：射线：射线是由高速运动的氦
40、原子核（射线是由高速运动的氦原子核（2 2个质子和个质子和2 2个中子个中子(zhngz)(zhngz)）组成）组成的，通常也称的，通常也称 粒子，粒子，衰变时大多数粒子能量在衰变时大多数粒子能量在4 49MeV9MeV范围内。因范围内。因 粒子质量粒子质量重，电离本领大，射程短，一般用普通纸张即可屏蔽住。重，电离本领大，射程短，一般用普通纸张即可屏蔽住。2 2、射线：射线：射线是高速运动的电子流，有正负电子之分。负电子是稳定的，带射线是高速运动的电子流，有正负电子之分。负电子是稳定的，带有一个单位的负电荷，正电子带有一个单位的正电荷，两种电子的静止质量相同，有一个单位的负电荷，正电子带有一个
41、单位的正电荷，两种电子的静止质量相同，其质量约为质子质量的其质量约为质子质量的1/18461/1846。衰变时衰变时 粒子的能量一般在几十粒子的能量一般在几十KeVKeV几几MeVMeV间，间，在物质中的射程相对较弱，用有机玻璃或金属铝屏蔽即可起到防护的作用。在物质中的射程相对较弱，用有机玻璃或金属铝屏蔽即可起到防护的作用。3 3、射线和射线和X X射线一样，都是电磁波，又称光子，不带任何电荷，静止质量为射线一样，都是电磁波，又称光子，不带任何电荷，静止质量为0 0。跃迁时，跃迁时，能量一般在几能量一般在几KeVKeV十几十几MeVMeV，穿透能力较强，需要较厚的物质才能，穿透能力较强，需要较
42、厚的物质才能屏蔽，多采用厚混凝土墙或铅等物质来进行防护。屏蔽，多采用厚混凝土墙或铅等物质来进行防护。第46页/共97页第四十七页，共97页。放射线与物质放射线与物质放射线与物质放射线与物质(wzh)(wzh)(wzh)(wzh)的相互作用的相互作用的相互作用的相互作用 1.1.电离作用电离作用电离作用电离作用:由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱由于带电粒子和壳层电子间的静电作用，使壳层电子获得足够能量而脱离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电
43、子和一个正离子组成一个离子对，这离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这离原子、分子形成自由电子和正离子。自由电子和一个正离子组成一个离子对，这就称为电离作用。就称为电离作用。就称为电离作用。就称为电离作用。2.2.激发作用激发作用激发作用激发作用:如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃迁如果壳层电子获得能量较小而未能脱离原子或分子，只是由低能级跃
44、迁到高能级，则称为激发。到高能级，则称为激发。到高能级，则称为激发。到高能级，则称为激发。3.3.照像作用照像作用照像作用照像作用:是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。是指放射线照射到摄影胶片上，会使摄影胶片感光的现象。4.4.荧光作用荧光作用荧光作用荧光作用:如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。如果放射线照射在荧光物质上，会使其产生荧光。5.5.热效应热效应热效应热效应:由于带电
45、粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，由于带电粒子和物质的原子或分子不断碰撞，使分子不规则热运动增加，从而使物质变热。从而使物质变热。从而使物质变热。从而使物质变热。6.6.射程与穿透作用射程与穿透作用射程与穿透作用射程与穿透作用:射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止前射线通过物质时，不断与物质相互作用而损失能量，直至停止
46、前进进进进(qinjn)(qinjn)。射线从进入物质到停止前进。射线从进入物质到停止前进。射线从进入物质到停止前进。射线从进入物质到停止前进(qinjn)(qinjn)所经过的距离，称为该射线在该物所经过的距离，称为该射线在该物所经过的距离，称为该射线在该物所经过的距离，称为该射线在该物质中的射程，以厘米为单位。如果射质中的射程，以厘米为单位。如果射质中的射程，以厘米为单位。如果射质中的射程，以厘米为单位。如果射 线通过时，不被物质阻止前进线通过时，不被物质阻止前进线通过时，不被物质阻止前进线通过时，不被物质阻止前进(qinjn)(qinjn)而一直而一直而一直而一直穿过物质，则称其具有穿透
47、作用穿过物质，则称其具有穿透作用穿过物质，则称其具有穿透作用穿过物质，则称其具有穿透作用7.7.其它其它其它其它:某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核某些射线还可以产生光电效应，康普顿效应，电子对效应，或引起物质的核反应，引起物质发生化学变化等。反应，引起物质发生化学变化等。反应，引起物质发生化学变化等。反应，引起物质发生化学变化等。第47页/共97页第四十八页，共97页。气体带电粒子探测器的工作气体带电粒子探测器的工作气体带电粒子探
48、测器的工作气体带电粒子探测器的工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)模模模模式式式式处于在阴极和阳极之间处于在阴极和阳极之间处于在阴极和阳极之间处于在阴极和阳极之间 电场中的特殊气体是探测高能带电粒子的有效介质。高能带电场中的特殊气体是探测高能带电粒子的有效介质。高能带电场中的特殊气体是探测高能带电粒子的有效介质。高能带电场中的特殊气体是探测高能带电粒子的有效介质。高能带电粒子在气体探测器介质中产生的初始电离电荷和雪崩增殖放大电荷，其在电场中电粒子在气体探测器介质中产生的初始电离电荷和雪崩增殖放大电荷，其在电场中电粒子在气体探测器介质中产生的初始电离电荷和雪崩增殖放大电荷
49、，其在电场中电粒子在气体探测器介质中产生的初始电离电荷和雪崩增殖放大电荷，其在电场中被电极所收集和探测的过程可以分为下述七个区域。这一区分法主要被用来描述气被电极所收集和探测的过程可以分为下述七个区域。这一区分法主要被用来描述气被电极所收集和探测的过程可以分为下述七个区域。这一区分法主要被用来描述气被电极所收集和探测的过程可以分为下述七个区域。这一区分法主要被用来描述气体探测器的工作过程，但实际也适用于半导体探测器介质。体探测器的工作过程，但实际也适用于半导体探测器介质。体探测器的工作过程，但实际也适用于半导体探测器介质。体探测器的工作过程，但实际也适用于半导体探测器介质。1.1.自吸收区自吸
50、收区自吸收区自吸收区:由于电场强度低，电离电荷的漂移速度很慢，自由电子和正离子的重新由于电场强度低，电离电荷的漂移速度很慢，自由电子和正离子的重新由于电场强度低，电离电荷的漂移速度很慢，自由电子和正离子的重新由于电场强度低，电离电荷的漂移速度很慢，自由电子和正离子的重新结合或被介质原子俘获的可能性很大，电荷增益结合或被介质原子俘获的可能性很大，电荷增益结合或被介质原子俘获的可能性很大，电荷增益结合或被介质原子俘获的可能性很大，电荷增益G1GJ2。由图可知，在外电压。由图可知，在外电压U相同的情况下，入射的核辐射强度越强，相同的情况下，入射的核辐射强度越强，盖革盖革-弥勒计数管内产生的脉冲数弥勒