一、核仪表

（一）工作原理

         核仪表，射线同物质相互作用，会发生吸收、散射或将被测物电离、激发等现象，人们利用这些现象，研制开发了各种各样核检测仪表。咖玛射线穿过物料被吸收而减弱，通过探测器检测伽马射线的强度，再经过单片计处理，得出所要的参数。利用这种原理，可用来测定质量、厚度、密度、料位、水分、灰分、流量、温度、压力、转速等许多重要参数。

         核仪表主要包括:核子秤、料位计、液位计、测厚仪、密度计、静电消除仪、气相色谱仪等含源设备。

（二）特点和类型

         核仪表不需要与被检查物质直接接触就能进行监测，实现无接触快速测量，按照射线与物质发生相互作用的类型核仪表分为三类，透射式、反散射式及核反应式三种。

1、透射式核仪表：射线穿透物质时被减弱后，测量剩下部分的一种核仪表。

2、反散射式核仪表：利用射线与物质作用产生反散射射线的一种核仪表。

3、核反应式核仪表:利用射线与物质中核素发生核检测器反应测量的仪表，中子活化分析。

（三）核子密度计

1、工作原理

        依据物质对γ射线的吸收或者散射与密度之间的函数关系，我们能够运用γ射线源设计出各式各样的密度计。在进行密度测量时，放射源所发出的γ射线会进入被测材料，穿过该材料的γ射线会被安装在仪器里的探测器接收并完成计数。之后，微处理机会对计数开展数据处理工作，从而得出被测材料的密度。

2、常用放射源

①铯 - 137（Cs - 137）：通过伽玛射线穿过被测材料时的吸收和散射情况来测量材料的密度。不同密度的材料对伽玛射线的吸收程度不同，据此可计算出材料的密度。

②镅 - 241 / 铍（Am - 241 / Be）：中子与被测材料中的氢原子相互作用，氢原子会使高能中子迅速失去能量变成低能中子。材料中的湿度越高，氢原子越多，产生的低能中子就越多，通过测量低能中子的数量来推算材料的含水量。

         在一些特殊情况下，如对大直径的管子测量时也会使用钴 - 60（Co - 60）作为伽玛源，而对几厘米直径的细管测量可能会用镅 - 241（Am - 241）源。

（四）核子料位计

1、工作原理

        通过检测γ射线穿透料仓或管道中物料后的强度变化，依据射线强度的改变来计算并判断物料的料面水平，进而实现对物料输送的控制。利用γ射线在穿过介质时被吸收，致使γ射线强度减弱的特性来测量料位的仪器。具体而言，将放射源安装在料仓或管道的一侧，探测器安装在另一侧，采用非接触式的检测方式。

2、常用放射源

①钴 - 60（Co - 60）：半衰期为 5.3 年，相对较短，需要定期更换放射源，但它的γ射线能量较高，穿透能力强，适用于一些对射线强度要求较高的场合，如大直径容器或厚壁物料的料位测量。

②铯 - 137（Cs - 137）：半衰期为 30.2 年，更换周期相对较长，在工业中应用广泛，对于一般的料仓、管道等物料的料位测量都能较好地适用。

③β放射源：β射线穿透能力相对较弱，适用于堆积密度小的物料（如泡沫塑料）或少量物料（如管中牙膏）的料位测量，通过β射线与物料的相互作用来反映料位情况。

④中子源：对于含氢量高的物质（如石油产品）的料位计一般采用中子源，多为镅 - 241 / 铍（Am - 241 / Be）中子源。

3、实际应用场景

①在石油工业领域，核子仪能够检测密闭容器内石油产品的水平面；

②在钢铁工业中，核子仪可用于测量连续铸锭机结晶槽中的钢水线，同时也能测量炉内焦炭的装填程度；

③在水泥工业里，核子仪可以用来测量料面的高度，并对立窑装料的量进行控制。

（五）核子测厚仪

1、工作原理

        利用放射性同位素发出的射线与被测材料相互作用，通过检测射线穿过材料后的强度变化来计算材料的厚度。一般来说，材料越厚，射线被吸收和散射的量就越多，穿过材料后剩余的射线强度就越低。探测器接收穿过材料的射线并转化为电信号，仪器依据预先校准曲线或数学模型，处理分析信号，计算并显示材料厚度值。

2、常用放射源

①氪 - 85（Kr - 85）：射线能量适中，穿透能力相对较弱，适用于测量较薄的材料，如塑料薄膜、纸张等的厚度。半衰期为 10.76 年，在实际应用中不需要频繁更换放射源。

②锶 - 90（Sr - 90）：射线能量较高，穿透能力较强，可用于测量厚度稍大一些的材料，如金属薄板等。半衰期为 28.79 年，具有较长的使用寿命。

③钴 - 60（Co - 60）：射线能量较高，穿透能力很强。适用于测量厚壁材料或大尺寸物体的厚度，如大型钢铁构件等。

④铯 - 137（Cs - 137）：发射的γ射线能量相对较低，但其半衰期长达30.17年，放射源的更换周期长，使用成本相对较低。可用于一般厚度的材料测量，如建筑材料、塑料制品等的厚度检测，在工业生产和质量控制中应用广泛。

二、工业探伤

（一）工作原理

         工业探伤主要利用了射线的穿透性、衰减特性以及不同物质对射线吸收和散射程度的差异。当射线穿过材料时，若材料内部存在缺陷，如裂纹、气孔、夹杂物等，射线的传播路径和强度会发生改变。通过检测射线穿过材料后的强度变化、成像情况等，就可以判断材料内部是否存在缺陷以及缺陷的位置、大小和形状等信息。

（二）常用方法

1、γ 射线探伤

         利用放射性同位素（如铱 - 192、钴 - 60、铯 - 137）发出的 γ 射线进行探伤。γ 射线具有很强的穿透能力，能够穿透较厚的金属材料，适用于对大型金属构件、厚壁管道等进行探伤检测。其优点是设备体积小、操作简便，可用于野外等复杂环境；缺点是射线源具有放射性，需要严格的防护措施，且对缺陷的分辨率相对较低。

2、X 射线探伤

         通过 X 射线管产生 X 射线，其能量可根据需要进行调节。X 射线探伤具有成像清晰、分辨率高的特点，能够检测出微小的缺陷，常用于电子设备、精密机械零件等小型部件的探伤检测。与 γ 射线探伤相比，X 射线探伤的防护要求相对较低，但设备体积较大，对厚材料的穿透能力不如 γ 射线。

3、工业加速器探伤机

         工业直线加速器加速电子轰击靶材产生高能射线，穿透物体后，因物体结构和缺陷对射线吸收、散射差异，探测器采集信号经计算机处理成像，检测缺陷。具有射线能量高、穿透力强，能呈现断层图像，精确测量的优点，但设备庞大、成本高，对环境和人员要求严格。

（三）常用放射源

①铱 - 192：半衰期约为 73.83 天，发出的γ射线能量适中，穿透力较强，能较好地检测中等厚度的材料，如钢材检测中可穿透几十毫米厚的钢材。其放射性活度一般为100居里左右，射线强度较高，可使胶片获得较好的感光效果，成像质量较高。广泛应用于工业γ射线探伤，特别适合在野外和施工现场使用，因为它不需要电源，搬运方便。可用于检测大型铸件、管道焊接处等的内部缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等。

②钴 - 60：发射出的γ射线能量较高，穿透力很强，在钢材中可穿透超过200mm的厚度。常用于对厚大工件的探伤，如大型压力容器、船舶结构等的无损检测，能有效发现较深部位的缺陷。

③铯 - 137：γ射线能量相对较低，但具有较好的稳定性，且价格相对较低。可用于一些对探伤精度要求不是特别高，但对成本控制较为严格的场合，如普通钢结构件的探伤等。

④硒 - 75：半衰期119.77 天。γ 射线能量相对较低，比较适合检测较薄的材料。其活度一般较低，设备重量较轻，尺寸较小，适用于一些对便携性要求较高的场合，可检测厚度在 0.3 - 2.9cm 的铜、镍和钢合金。

（四）不同移动性照射装置的特点

1、P 类（便携式）

①设备特点：源容器便于人工搬运且质量不超过 50 千克。设备整体小巧轻便，如便携式 X 射线无损探伤仪，可即时提供物体内部的 X 射线图像。

②应用场景：适用于各种工作环境，包括室内和户外，能对一些小型零部件、管道的局部等进行探伤检测，方便检测人员携带到不同地点进行作业。

③优势：操作简单，易于快速上手，可实时显示结果，提高工作效率。例如在一些小型加工厂，工作人员可手持便携式探伤仪对生产的小型金属构件进行逐一检测。

2、M 类（移动式）

①设备特点：源容器借助适当的工具能容易移动。如移动式 X 射线探伤机。

②应用场景：适合对移动不方便、比较笨重的大型设备进行检测，例如大型压力容器、船舶结构等，可在一定范围内移动到需要检测的部位。

③优势：功能完善，自动化程度高，检测速度快，能满足一些有速度要求的生产线工作。以大型管道生产线上的探伤为例，移动式探伤机可快速移动到不同位置对管道焊缝进行检测。

3、F 类（固定式）

①设备特点：源容器固定安装或只能在某一特定区域内有限制移动。固定式探伤设备通常体积较大，与其他配套设施共同组成一个相对固定的探伤系统，如一些大型的工业 X 射线 CT 检测系统。

②应用场景：一般安装在专门的探伤车间或固定场所，用于对特定类型或特定尺寸范围的工件进行批量检测，如汽车制造中的大型零部件的探伤检测。

③优势：由于固定安装，设备的稳定性好，可配备更大型、更精密的检测部件和防护设施，能实现更高精度的探伤检测，并且有利于进行集中管理和防护。

三、工业辐照装置

（一）工作原理

        利用γ射线和加速器产生的电子束的能量作用到被辐照的物质上，产生电离和激发，释放出轨道电子，形成自由基，通过辐射剂量的控制，而使被照射物质的物理性能和化学组成发生变化，并能使其称为人们所需要的一种新物质，或使得生物体(微生物)受到不可恢复的损伤和破坏，达到人民所需要的目标。这种新的加工技术称为辐射加工技术。

        辐照加工是一种高效加工技术，具有穿透能力强、可在常温下进行、节能、无残毒、无废物、易于控制等特点。广泛应用于医疗用品灭菌、食品保鲜、材料改性等领域。

（二）按辐射源类型分类

1、γ 辐照装置

         这类装置以放射性同位素作为辐射源，常用的是钴 - 60。其特点是能持续发射 γ 射线，γ 射线穿透力强，可实现对大型物品或较厚材料的均匀辐照。

2、电子加速器辐照装置

         利用电子加速器将电子加速到高能量，产生高能电子束进行辐照。优点是可以根据需要灵活调节电子束的能量和剂量，辐照效率高，且电子束的穿透深度可控制。同时，电子加速器在不运行时不存在放射性，安全性相对较高。不过，电子加速器设备较为复杂，成本也较高。

（三）按放射源的贮源和照射方式分类

1、自屏蔽（整装）式干法贮源辐照装置

        密封源包容在固体物质的干式容器内并始终处于屏蔽中，人员实际上不可能接近密封源和进行辐照的空间。

2、固定源室（宽视野）干法贮源辐照装置

         密封源包容在固体物质的干式容器内，不使用时，辐照源屏蔽；使用时，源在一个辐照空间内进行照射，且借助于入口控制系统，保持人员不能进入辐照空间。

3、整装式湿法贮源辐照装置

          密封源贮于充水的贮存水池中并始终被水屏蔽，装置的设计构型和正确使用方式实际上限制了人员接近密封源和进行辐照的空间。

4、固定源室（宽视野）湿法贮源辐照装置

         密封源贮存在充水贮存水池中，辐照器不使用时，放射源处于屏蔽的状态；使用时，源在辐照空间内照射，依靠入口联锁控制系统防止人员进入。

（四）按辐射源类型分类

1、自屏蔽式电子束辐照装置

①屏蔽特点：一般采用铅、混凝土等具有良好屏蔽性能的材料，将电子加速器及其产生的射线进行有效屏蔽。

②出入口控制：通常配备有专门的联锁装置，只有当装置内部的辐射源处于安全状态（如电子束停止发射、加速器关机等）时，出入口才能打开，防止人员在装置运行时误闯入而受到辐射。

③应用场景：由于其具有较好的自屏蔽性能和相对简单的出入口控制，适用于一些空间有限、对辐射安全要求较高的场所，如实验室、小型生产车间等，可用于材料表面改性、小型医疗器械灭菌等领域。

2、非自屏蔽式电子束辐照装置

①屏蔽特点：该类装置的屏蔽主要依靠专门建造的辐照室来实现。辐照室的墙壁、天花板和地板等都采用厚混凝土或其他重型屏蔽材料建造，以确保能有效阻挡电子束产生的射线泄漏到外部环境。

②出入口控制：设置有复杂的安全控制系统，包括多重联锁装置、辐射监测装置、警示装置等。出入口通常采用防护门，门的开启和关闭与辐照室内的辐射源状态、通风系统、传送系统等紧密联锁。同时，在出入口附近及辐照室内设置多个辐射监测点，实时监测辐射剂量，一旦发现异常，立即停止辐照并采取相应措施。此外，还配备有声音和灯光警示装置，在辐照装置运行时，警示人员不得靠近出入口。

③应用场景：常用于大规模的工业辐照加工，如电线电缆的辐照交联、食品的大规模辐照保鲜、化工产品的辐照改性等。因为这类装置能够处理较大体积和批量的物品，且通过严格的屏蔽和出入口控制措施，可确保在大规模辐照过程中的辐射安全。