糧油儀器行業(yè)中應(yīng)用的三個(gè)物理學(xué)原理
來源： http://www.jetlicn.com/ 類別：實(shí)用技術(shù) 更新時(shí)間：2013-01-18 閱讀次
【本資訊由中國(guó)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(shí)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(gè)物理學(xué)原理。這些糧油儀器都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是：在利用該糧油儀器探測(cè)之前，人們不清楚其內(nèi)部世界，直到探測(cè)以后就能較客觀的了解其內(nèi)部世界，當(dāng)然認(rèn)識(shí)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(yùn)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(shí)，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(shí)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(shí)形成的。L線系是M、N等各層電子躍遷到L層時(shí)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(shí)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(shí)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(jí)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(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系，對(duì)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(gè)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(chǎng)作用時(shí)，如果輻射的頻率符合原子玻爾頻率條件，原子會(huì)吸收能量而被激發(fā)，有些也會(huì)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(jí)的原子數(shù)多于高能級(jí)的原子數(shù)，所以一般在輻射作用下，原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的數(shù)目多于由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，也就是吸收大于受激輻射。現(xiàn)在要求在能級(jí)2和能級(jí)1之間，輻射量大于吸收量，要達(dá)到這個(gè)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(jí)差的輻射觸發(fā)原子體系，使較多的原子從二能級(jí)中的高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)而再發(fā)出輻射，只有較少的原子吸收能量向較高能級(jí)躍遷。總的效果是有強(qiáng)的輻射輸出。如果把一個(gè)原子體系的原子數(shù)在能級(jí)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(gè)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(dòng)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(shí)，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(jí)。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(jì)。中子與原子核發(fā)生核反應(yīng)過程可以分為三個(gè)階段：第一階段——獨(dú)立粒子階段。中子接近靶核核場(chǎng)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(shì)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(gè)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(jí))，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(cè)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(gè)過程就是創(chuàng)新；這樣就能更好地認(rèn)識(shí)、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(shí)，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(shí)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(shí)形成的。L線系是M、N等各層電子躍遷到L層時(shí)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(shí)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(shí)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(jí)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(gè)簡(jiǎn)單關(guān)系，對(duì)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(gè)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(chǎng)作用時(shí)，如果輻射的頻率符合原子玻爾頻率條件，原子會(huì)吸收能量而被激發(fā)，有些也會(huì)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(jí)的原子數(shù)多于高能級(jí)的原子數(shù)，所以一般在輻射作用下，原子由低能級(jí)向高能級(jí)躍遷的數(shù)目多于由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，也就是吸收大于受激輻射。現(xiàn)在要求在能級(jí)2和能級(jí)1之間，輻射量大于吸收量，要達(dá)到這個(gè)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(jí)差的輻射觸發(fā)原子體系，使較多的原子從二能級(jí)中的高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)而再發(fā)出輻射，只有較少的原子吸收能量向較高能級(jí)躍遷。總的效果是有強(qiáng)的輻射輸出。如果把一個(gè)原子體系的原子數(shù)在能級(jí)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(gè)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(dòng)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(shí)，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(jí)。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(jì)。中子與原子核發(fā)生核反應(yīng)過程可以分為三個(gè)階段：第一階段——獨(dú)立粒子階段。中子接近靶核核場(chǎng)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(shì)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(gè)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(jí))，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(cè)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(gè)過程就是創(chuàng)新；這樣就能更好地認(rèn)識(shí)、利用和改造自然。
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