核技术及其在钢铁工业的应用.ppt
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1、1,核 技 术 及其在钢铁工业中的应用 成都理工大学核技术工程系 赖万昌教授,2006年冬于宝钢,2,什么是核技术? 核技术能干什么? 核技术在钢铁工业有那些用武之地? 核辐射的安全性如何?,3,什么是核技术? 核技术能干什么? 核技术在钢铁工业有那些用武之地? 核辐射的安全性如何?,4,1964年10月14日9时我国第一颗原子弹首爆成功时产生的蘑菇云,5,1个235U原子裂变释放的能量:200MeV 1g235U原子裂变释放的能量:8.21010J(2.58t优质煤或20t TNT),6,7,8,9,10,11,宝钢CM08 热镀锌机组镀层测厚测量系统,12,13,什么是核技术?,广义的核技
2、术研究和应用与“核”有关的技术 具体的核技术核武器、核能源、核动力、 历史上的核技术军用核技术、民用核技术 现在的核技术: 1) 核武器核弹、核舰船 2) 核能与核动力(核工程)反应堆、核材料 3) 核技术(非动力核技术)同位素与辐射技术,14,非动力核技术(按技术特征划分),同位素示踪技术 核成像技术 核分析技术 核检测技术 辐射工艺 核年代学 支撑技术,15,非动力核技术(按领域划分),核医学 核农学 核分析 (工业)核检测 辐射加工 食品、卫生 其它,16,核技术的地位:,是当代最主要的尖端技术之一;是社会现代化的标志之一;是一个国家科技实力和科技水平的象征。 是20世纪20项最伟大的工
3、程技术成就之一。(由美国工程技术界评出) 具有巨大的社会经济效益。 1993年,美国核技术的非动力应用对美国经济的贡献达到2570亿美元,是核电的3.5倍,占美国GDP的3.9,并创造了370万个就业岗位,是核电的3.5倍。 2004年,中国核技朮总产值400亿元人民币。今后5年将达到1000亿元人民币,并长期保持在15以上的增长速度。,17,1)电力系统 11)高速公路 2)汽车 12)航天 3)飞机 13)因特网 4)自来水 14)成像技术 5)电子技术 15)家用电器 6)无线电和电视 16)保健设施 7)农业机械化 17)石油化工 8)计算机 18)激光和光纤 9)电话 10)空调制冷
4、 20)高性能材料,20世纪20项最伟大工程技术成就,美国工程技术界评出2000/10/11,19)核技术,18,核技术大事记 1895 伦琴发现X射线。 1897 居里夫人 发现放射性。 1901 用镭治疗皮肤病。 1932 人工制造放射性同位素。 1938 Hahn等发现235U核裂变。 1939 Pierre Curie和Fermi发现链式核反应。 1942 Fermi在芝加哥大学建立第一个核子反应堆。 1945 原子弹(我国1964)。 1952 氢弹(我国1967)。 1955 核潜艇(我国1971)。 1957 核电站(我国1983,秦山一期开工)。,19,什么是核技术? 核技术能
5、干什么? 核技术在钢铁工业有那些用武之地? 核辐射的安全性如何?,20,1)同位素示踪技术,将可探测的放射性核素添入化学、生物或物理系统中,从而追踪化学、生物或物理发生的过程、运行状况或研究物质结构等。,化学反应过程; 动态、定量地研究生命现象; 免疫化学、疾病的诊断; 工程问题; 地质科学,等等。,21,22,133Xe-地下管道检漏,23,24,世界上第一张X光照片,医学CT(MCT) X射线断层扫描(XCT) 核磁共振CT(NMR-CT) 正电子发射CT(PET) 同位素单光子发射CT(SPECT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT 工业CT(ICT) X射线CT 伽玛射线CT
6、,2)核成像技术,25,核素扫描机,26,相机,27,CT/PET,28,计算机断层成像技术(CT) Computerized Tomography :是一种重要的无损检测技术,是物理学与计算机科学的发展产物。基于射线与物质的相互作用原理,通过投影重建方法获取被检测物体的数字图像。 通过测量在不同的方位角下射线穿透被检测物件后的投影强度,计算出物件横截面上的衰减系数分布,转换成像屏显示的断层成像。 CT装置所得到的是被检客体的断层图像。在此图像上, 客体内各部分是分离的,而图像的灰度值正比于物质的密度。由于各种物质都有自己特定的密度,因而可能由CT图像灰度值来确定被检客体的材料性质。,CT的基
7、本原理,29,ICT的应用,无损检测 质量控制、物件的组成、结构、材料等 精密器件的内部探伤 安全检测 集装箱安全检测 航空箱检测 打击走私,30,集装箱CT,31,阵列探测器说明:采用超高压气体阵列电离室,共512个探测单元,用来测量射线穿透集装箱后的射线强度。呈扇形排列在以放射源为圆心的弧线上,并与经准直器准直的射线束精确对准。,32,福来尔轿车透视图 上图:水平透视图;下图:垂直透视图,汽车内部结构扫描,33,CT 截面扫描图 左图:前轮部位;右图:后轮部位,从中可以清晰看出前轮部位减震器弹簧、轮胎等的结构截面,后轮部位的备胎、车厢等截面也很清晰。,34,卡车扫描图象,Image fro
8、m Newsweek, taken at the border crossing from Guatemala to Mexico,35,集装箱检测,36,集装箱和车辆检测系统,Fixed Position Truck Scanner,Mobile Truck and Cargo Scanner,37,安全检测,物性判别:汽油、炸弹等危险物品 例如, 同是液体的水和汽油的密度分别是1.0 和0. 7, 很容易区分。,航空箱的断层图像,箱中有3个塑料瓶子, 里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶) 或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏
9、一块肥皂, 利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT 检测系确实具备了物性判别的功能。,38,航空箱的断层图像,箱中有3个塑料瓶子, 里面灌满了汽油(左瓶)、水(中瓶) 或是一半汽油一半水(右瓶)。从图中可以清晰看到瓶中不同性质液体的灰度明显不同。此外, 在一盒黄油脂内埋藏一块肥皂, 利用断层图像也能轻易分辨出来。图中两个灰度不同的圆分别显示聚乙烯棒和聚四氟乙烯棒的截面。此图像充分表明CT 检测系确实具备了物性判别的功能。,39,安全控制,质量控制,小型X射线检测系统,40,XCT,41,X射线荧光分析(ED、WD、TR) 粒子
10、诱发荧光分析(P、e) 微束(微区)分析 中子活化分析 粒子束分析 背散射分析,3)核分析技术,42,4)核检测技术,43,食品保鲜:g 辐照灭菌 辐射消毒: g 辐照灭菌 辐射灭害: 辐射育种: g 辐照导致遗传基因变异 辐照治疗:放射性治疗 辐照交联:辐照活化 辐照降解:辐照活化 电子脱硫、脱硝 辐射加固,5)辐射加工技术,44,地质时代 考古 文物鉴定,6)同位素测年技术,45,光刻与微加工,7)核技术的其它应用,46,美国IBM公司光刻线宽为0.25微米的芯片,47,微型齿轮与蚂蚁,微型齿轮 高度: 150m 直径: 260m,超微加工:,上世纪80年代发展了一种叫做LIGA的技术,它
11、可以制作微齿轮、微马达、微泵、微照明灯具、微传感器等。 这种微机械加工可得到线条宽度为几个或几十个微米、高度为几十到几百微米的机件。,48,核技术防伪,烟雾报警系统,49,原子电池,美国最新研制的63Ni原子电池具有体积小(1mm3以下)、使用寿命长,可不间断供电50年以上等特点,有望解决微电子机械系统(MEMS,尺度在1.0微米1.0毫米 )能源供应的难题。 微型63Ni原子电池的研制成功将是能源研究的一个重大突破,并使MEMS在航天、医学、生物、国防等应用方面真正发挥其优势。,50,什么是核技术? 核技术能干什么? 核技术在钢铁工业有那些用武之地? 核辐射的安全性如何?,51,核检测技术(
12、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、以及两种物料的本比等。 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。,52,核检测技术(1)核子密度计,参数: 测量范围:浓度0100。 适应管径:直径50500mm。 精确度等级:0.1%1%。 基本误差:量程的0.1%1% 长期稳定性:0.1%。,53,54,核检测技术(2)核子(皮带)秤,原理:利用物料对射线
13、的吸收原理。放射源发出的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。,55,核检测技术(2)核子(皮带)秤,参数: 流量在20100范围内累计量误差低于0.5%。 秤体:温度-3060,湿度90。 适用于输送宽度2000mm以下。 探头距主机最大距离500米。,56,核检测技术(3)料位计及料位开关,原理: 检测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
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