糧油儀器行業(yè)中應(yīng)用的三個物理學(xué)原理
來源: http://m.pfyin.com/ 類別:實用技術(shù) 更新時間:2013-01-18 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網(wǎng)提供】 從事糧油儀器行業(yè),我們用到很多的物理學(xué)原理,不過我們使用者可能平時沒有關(guān)注過這些方面,下面為大家介紹一下糧油儀器行業(yè)中應(yīng)用的三個物理學(xué)原理。這些糧油儀器都有一個共同點,那就是:在利用該糧油儀器探測之前,人們不清楚其內(nèi)部世界,直到探測以后就能較客觀的了解其內(nèi)部世界,當(dāng)然認(rèn)識不一定那么全,畢竟能反映客觀事物本質(zhì)。它如此神奇,其本質(zhì)是基礎(chǔ)物理學(xué)中的定律和規(guī)律的運用。
1 糧油儀器的物理學(xué)原理及其應(yīng)用領(lǐng)域
1.1 X射線熒光光譜分析儀:特征X射線產(chǎn)生原理,一定能量光子和電子與靶物質(zhì)原子發(fā)生光電效應(yīng)或非彈性碰撞時,原子中內(nèi)層電子被電離出來,于是在K、L等電子層上出現(xiàn)電子空位。由于這時原子處于激發(fā)狀態(tài),其外層上電子能量較高就向內(nèi)層電子空位充填,這一過程又稱躍遷。在躍遷過程中,多余能量以X射線形式輻射出來。X射線又分為K線系、L線系等。K線系是L、M、N等各外層電子躍遷到K層時形成的。L線系是M、N等各層電子躍遷到L層時形成的;其中K線系又細(xì)分為Κα線和Κβ線,Κα線是L層電子躍遷到K層時形成的,其能量較小但強(qiáng)度最大,Κβ線是M層和N電子躍遷到K層時形成的,其余各線系譜線不再細(xì)說。由于每一種元素的原子能級是特定的,因此每一種元素有一套確定能量的X射線譜,為表征這一元素譜線,所以又稱特征X射線。莫塞萊研究了一系列元素K線系,他發(fā)現(xiàn)Kα特征X射線的能量Εx與元素的原子系數(shù)滿足一個簡單關(guān)系,對于Κα和L線系以及其它線系也有形式上完全相同的規(guī)律,糧油儀器中的植物X光機(jī)就是利用這個原理發(fā)明的。
1.2 激光器:激光器基本原理,原子受到輻射場作用時,如果輻射的頻率符合原子玻爾頻率條件,原子會吸收能量而被激發(fā),有些也會受激而發(fā)出輻射。這兩種過程中發(fā)生躍遷的原子數(shù)都與輻射密度ρv成正比,與起始狀態(tài)的原子數(shù)成正比如果狀態(tài)2能量E2大于狀態(tài)1的能量E1,則按照(5)式,N1>N2,低能級的原子數(shù)多于高能級的原子數(shù),所以一般在輻射作用下,原子由低能級向高能級躍遷的數(shù)目多于由高能級向低能級躍遷,也就是吸收大于受激輻射,F(xiàn)在要求在能級2和能級1之間,輻射量大于吸收量,要達(dá)到這個效果,由上面的討論可知,必須使N2和N1的大小反轉(zhuǎn),即N2>N1。這相當(dāng)于把能量貯存在原子體系中,然后以相當(dāng)于所說二能級差的輻射觸發(fā)原子體系,使較多的原子從二能級中的高能級躍遷到較低能級而再發(fā)出輻射,只有較少的原子吸收能量向較高能級躍遷。總的效果是有強(qiáng)的輻射輸出。如果把一個原子體系的原子數(shù)在能級上分布反轉(zhuǎn),而且它自己所發(fā)的輻射足夠強(qiáng)的話,就可以自己觸發(fā)受激發(fā)射,成為一個強(qiáng)的輻射源,這就是激光器。糧食儀器中的微電腦種子自動數(shù)粒儀里面有用到激光的方向。
1.3 中子活化分析儀:中子活化分析儀原理,中子活化分析是一種以核反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法,中子整體呈電中性的,在與原子核(即靶核)發(fā)生碰撞時,一般通過核力與原子核發(fā)生作用,核力是短程力,而且是一種強(qiáng)相互作用,作用距離為10-15m量級。而中子與原子核及核外電子發(fā)生電磁相互作用同核力相比,可以忽略不計。中子與原子核發(fā)生核反應(yīng)過程可以分為三個階段:第一階段——獨立粒子階段。中子接近靶核核場作用范圍內(nèi),可以發(fā)生兩種情況,一是是被靶核吸收這將引起核反應(yīng);二被彈靶核彈出,即發(fā)生勢散射(或稱彈性散射)。第二階段——復(fù)合系統(tǒng)階段。中了被靶核吸收后,中子與靶核開成了一個復(fù)合體系,能量交換的方式有幾種,但用于中子活化分析的只是中子與靶核融為一體形成復(fù)合核。第三階段——復(fù)合系統(tǒng)分解。復(fù)合核通常處于激發(fā)態(tài)而且壽命很短(10-12~10-14s量級),復(fù)合核可通過多種方式退激,如放出中子、氦核、氘核、γ射線和質(zhì)子等,生成物的原子核往往具有放射性,具有特定的半衰期,通常伴隨特征能量的γ射線,射線強(qiáng)度與原子核含量成正比。土壤氮磷鉀測定儀等這類儀器,都用到中子活化分析儀。
2 結(jié) 語
通過以上的幾類糧油儀器的基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域的敘述,我們可以看到物理定律和規(guī)律雖然陳舊,但是只要它應(yīng)用領(lǐng)域的不同就能制成各種功能不同的該類糧油儀器,這個過程就是創(chuàng)新;這樣就能更好地認(rèn)識、利用和改造自然。
1 糧油儀器的物理學(xué)原理及其應(yīng)用領(lǐng)域
1.1 X射線熒光光譜分析儀:特征X射線產(chǎn)生原理,一定能量光子和電子與靶物質(zhì)原子發(fā)生光電效應(yīng)或非彈性碰撞時,原子中內(nèi)層電子被電離出來,于是在K、L等電子層上出現(xiàn)電子空位。由于這時原子處于激發(fā)狀態(tài),其外層上電子能量較高就向內(nèi)層電子空位充填,這一過程又稱躍遷。在躍遷過程中,多余能量以X射線形式輻射出來。X射線又分為K線系、L線系等。K線系是L、M、N等各外層電子躍遷到K層時形成的。L線系是M、N等各層電子躍遷到L層時形成的;其中K線系又細(xì)分為Κα線和Κβ線,Κα線是L層電子躍遷到K層時形成的,其能量較小但強(qiáng)度最大,Κβ線是M層和N電子躍遷到K層時形成的,其余各線系譜線不再細(xì)說。由于每一種元素的原子能級是特定的,因此每一種元素有一套確定能量的X射線譜,為表征這一元素譜線,所以又稱特征X射線。莫塞萊研究了一系列元素K線系,他發(fā)現(xiàn)Kα特征X射線的能量Εx與元素的原子系數(shù)滿足一個簡單關(guān)系,對于Κα和L線系以及其它線系也有形式上完全相同的規(guī)律,糧油儀器中的植物X光機(jī)就是利用這個原理發(fā)明的。
1.2 激光器:激光器基本原理,原子受到輻射場作用時,如果輻射的頻率符合原子玻爾頻率條件,原子會吸收能量而被激發(fā),有些也會受激而發(fā)出輻射。這兩種過程中發(fā)生躍遷的原子數(shù)都與輻射密度ρv成正比,與起始狀態(tài)的原子數(shù)成正比如果狀態(tài)2能量E2大于狀態(tài)1的能量E1,則按照(5)式,N1>N2,低能級的原子數(shù)多于高能級的原子數(shù),所以一般在輻射作用下,原子由低能級向高能級躍遷的數(shù)目多于由高能級向低能級躍遷,也就是吸收大于受激輻射,F(xiàn)在要求在能級2和能級1之間,輻射量大于吸收量,要達(dá)到這個效果,由上面的討論可知,必須使N2和N1的大小反轉(zhuǎn),即N2>N1。這相當(dāng)于把能量貯存在原子體系中,然后以相當(dāng)于所說二能級差的輻射觸發(fā)原子體系,使較多的原子從二能級中的高能級躍遷到較低能級而再發(fā)出輻射,只有較少的原子吸收能量向較高能級躍遷。總的效果是有強(qiáng)的輻射輸出。如果把一個原子體系的原子數(shù)在能級上分布反轉(zhuǎn),而且它自己所發(fā)的輻射足夠強(qiáng)的話,就可以自己觸發(fā)受激發(fā)射,成為一個強(qiáng)的輻射源,這就是激光器。糧食儀器中的微電腦種子自動數(shù)粒儀里面有用到激光的方向。
1.3 中子活化分析儀:中子活化分析儀原理,中子活化分析是一種以核反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法,中子整體呈電中性的,在與原子核(即靶核)發(fā)生碰撞時,一般通過核力與原子核發(fā)生作用,核力是短程力,而且是一種強(qiáng)相互作用,作用距離為10-15m量級。而中子與原子核及核外電子發(fā)生電磁相互作用同核力相比,可以忽略不計。中子與原子核發(fā)生核反應(yīng)過程可以分為三個階段:第一階段——獨立粒子階段。中子接近靶核核場作用范圍內(nèi),可以發(fā)生兩種情況,一是是被靶核吸收這將引起核反應(yīng);二被彈靶核彈出,即發(fā)生勢散射(或稱彈性散射)。第二階段——復(fù)合系統(tǒng)階段。中了被靶核吸收后,中子與靶核開成了一個復(fù)合體系,能量交換的方式有幾種,但用于中子活化分析的只是中子與靶核融為一體形成復(fù)合核。第三階段——復(fù)合系統(tǒng)分解。復(fù)合核通常處于激發(fā)態(tài)而且壽命很短(10-12~10-14s量級),復(fù)合核可通過多種方式退激,如放出中子、氦核、氘核、γ射線和質(zhì)子等,生成物的原子核往往具有放射性,具有特定的半衰期,通常伴隨特征能量的γ射線,射線強(qiáng)度與原子核含量成正比。土壤氮磷鉀測定儀等這類儀器,都用到中子活化分析儀。
2 結(jié) 語
通過以上的幾類糧油儀器的基本原理和應(yīng)用領(lǐng)域的敘述,我們可以看到物理定律和規(guī)律雖然陳舊,但是只要它應(yīng)用領(lǐng)域的不同就能制成各種功能不同的該類糧油儀器,這個過程就是創(chuàng)新;這樣就能更好地認(rèn)識、利用和改造自然。
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