粮油仪器行业中应用的三个物理学原理
来源： http://www.grainyq.com/ 类别：实用技术 更新时间：2013-01-18 阅读次
【本资讯由中国粮油仪器网提供】 从事粮油仪器行业，我们用到很多的物理学原理，不过我们使用者可能平时没有关注过这些方面，下面为大家介绍一下粮油仪器行业中应用的三个物理学原理。这些粮油仪器都有一个共同点，那就是：在利用该粮油仪器探测之前，人们不清楚其内部世界，直到探测以后就能较客观的了解其内部世界，当然认识不一定那么全，毕竟能反映客观事物本质。它如此神奇，其本质是基础物理学中的定律和规律的运用。
1 粮油仪器的物理学原理及其应用领域
1.1 X射线荧光光谱分析仪：特征X射线产生原理，一定能量光子和电子与靶物质原子发生光电效应或非弹性碰撞时，原子中内层电子被电离出来，于是在K、L等电子层上出现电子空位。由于这时原子处于激发状态，其外层上电子能量较高就向内层电子空位充填，这一过程又称跃迁。在跃迁过程中，多余能量以X射线形式辐射出来。X射线又分为K线系、L线系等。K线系是L、M、N等各外层电子跃迁到K层时形成的。L线系是M、N等各层电子跃迁到L层时形成的；其中K线系又细分为Κα线和Κβ线，Κα线是L层电子跃迁到K层时形成的，其能量较小但强度最大，Κβ线是M层和N电子跃迁到K层时形成的，其余各线系谱线不再细说。由于每一种元素的原子能级是特定的，因此每一种元素有一套确定能量的X射线谱，为表征这一元素谱线，所以又称特征X射线。莫塞莱研究了一系列元素K线系，他发现Kα特征X射线的能量Εx与元素的原子系数满足一个简单关系，对于Κα和L线系以及其它线系也有形式上完全相同的规律，粮油仪器中的植物X光机就是利用这个原理发明的。
1.2 激光器：激光器基本原理，原子受到辐射场作用时，如果辐射的频率符合原子玻尔频率条件，原子会吸收能量而被激发，有些也会受激而发出辐射。这两种过程中发生跃迁的原子数都与辐射密度ρv成正比，与起始状态的原子数成正比如果状态2能量E2大于状态1的能量E1，则按照(5)式，N1>N2，低能级的原子数多于高能级的原子数，所以一般在辐射作用下，原子由低能级向高能级跃迁的数目多于由高能级向低能级跃迁，也就是吸收大于受激辐射。现在要求在能级2和能级1之间，辐射量大于吸收量，要达到这个效果，由上面的讨论可知，必须使N2和N1的大小反转，即N2>N1。这相当于把能量贮存在原子体系中，然后以相当于所说二能级差的辐射触发原子体系，使较多的原子从二能级中的高能级跃迁到较低能级而再发出辐射，只有较少的原子吸收能量向较高能级跃迁。总的效果是有强的辐射输出。如果把一个原子体系的原子数在能级上分布反转，而且它自己所发的辐射足够强的话，就可以自己触发受激发射，成为一个强的辐射源，这就是激光器。粮食仪器中的微电脑种子自动数粒仪里面有用到激光的方向。
1.3 中子活化分析仪：中子活化分析仪原理，中子活化分析是一种以核反应为基础的分析方法，中子整体呈电中性的，在与原子核(即靶核)发生碰撞时，一般通过核力与原子核发生作用，核力是短程力，而且是一种强相互作用，作用距离为10-15m量级。而中子与原子核及核外电子发生电磁相互作用同核力相比，可以忽略不计。中子与原子核发生核反应过程可以分为三个阶段：第一阶段——独立粒子阶段。中子接近靶核核场作用范围内，可以发生两种情况，一是是被靶核吸收这将引起核反应；二被弹靶核弹出，即发生势散射(或称弹性散射)。第二阶段——复合系统阶段。中了被靶核吸收后，中子与靶核开成了一个复合体系，能量交换的方式有几种，但用于中子活化分析的只是中子与靶核融为一体形成复合核。第三阶段——复合系统分解。复合核通常处于激发态而且寿命很短(10-12~10-14s量级)，复合核可通过多种方式退激，如放出中子、氦核、氘核、γ射线和质子等，生成物的原子核往往具有放射性，具有特定的半衰期，通常伴随特征能量的γ射线，射线强度与原子核含量成正比。土壤氮磷钾测定仪等这类仪器，都用到中子活化分析仪。
2 结 语
通过以上的几类粮油仪器的基本原理和应用领域的叙述，我们可以看到物理定律和规律虽然陈旧，但是只要它应用领域的不同就能制成各种功能不同的该类粮油仪器，这个过程就是创新；这样就能更好地认识、利用和改造自然。
1 粮油仪器的物理学原理及其应用领域
1.1 X射线荧光光谱分析仪：特征X射线产生原理，一定能量光子和电子与靶物质原子发生光电效应或非弹性碰撞时，原子中内层电子被电离出来，于是在K、L等电子层上出现电子空位。由于这时原子处于激发状态，其外层上电子能量较高就向内层电子空位充填，这一过程又称跃迁。在跃迁过程中，多余能量以X射线形式辐射出来。X射线又分为K线系、L线系等。K线系是L、M、N等各外层电子跃迁到K层时形成的。L线系是M、N等各层电子跃迁到L层时形成的；其中K线系又细分为Κα线和Κβ线，Κα线是L层电子跃迁到K层时形成的，其能量较小但强度最大，Κβ线是M层和N电子跃迁到K层时形成的，其余各线系谱线不再细说。由于每一种元素的原子能级是特定的，因此每一种元素有一套确定能量的X射线谱，为表征这一元素谱线，所以又称特征X射线。莫塞莱研究了一系列元素K线系，他发现Kα特征X射线的能量Εx与元素的原子系数满足一个简单关系，对于Κα和L线系以及其它线系也有形式上完全相同的规律，粮油仪器中的植物X光机就是利用这个原理发明的。
1.2 激光器：激光器基本原理，原子受到辐射场作用时，如果辐射的频率符合原子玻尔频率条件，原子会吸收能量而被激发，有些也会受激而发出辐射。这两种过程中发生跃迁的原子数都与辐射密度ρv成正比，与起始状态的原子数成正比如果状态2能量E2大于状态1的能量E1，则按照(5)式，N1>N2，低能级的原子数多于高能级的原子数，所以一般在辐射作用下，原子由低能级向高能级跃迁的数目多于由高能级向低能级跃迁，也就是吸收大于受激辐射。现在要求在能级2和能级1之间，辐射量大于吸收量，要达到这个效果，由上面的讨论可知，必须使N2和N1的大小反转，即N2>N1。这相当于把能量贮存在原子体系中，然后以相当于所说二能级差的辐射触发原子体系，使较多的原子从二能级中的高能级跃迁到较低能级而再发出辐射，只有较少的原子吸收能量向较高能级跃迁。总的效果是有强的辐射输出。如果把一个原子体系的原子数在能级上分布反转，而且它自己所发的辐射足够强的话，就可以自己触发受激发射，成为一个强的辐射源，这就是激光器。粮食仪器中的微电脑种子自动数粒仪里面有用到激光的方向。
1.3 中子活化分析仪：中子活化分析仪原理，中子活化分析是一种以核反应为基础的分析方法，中子整体呈电中性的，在与原子核(即靶核)发生碰撞时，一般通过核力与原子核发生作用，核力是短程力，而且是一种强相互作用，作用距离为10-15m量级。而中子与原子核及核外电子发生电磁相互作用同核力相比，可以忽略不计。中子与原子核发生核反应过程可以分为三个阶段：第一阶段——独立粒子阶段。中子接近靶核核场作用范围内，可以发生两种情况，一是是被靶核吸收这将引起核反应；二被弹靶核弹出，即发生势散射(或称弹性散射)。第二阶段——复合系统阶段。中了被靶核吸收后，中子与靶核开成了一个复合体系，能量交换的方式有几种，但用于中子活化分析的只是中子与靶核融为一体形成复合核。第三阶段——复合系统分解。复合核通常处于激发态而且寿命很短(10-12~10-14s量级)，复合核可通过多种方式退激，如放出中子、氦核、氘核、γ射线和质子等，生成物的原子核往往具有放射性，具有特定的半衰期，通常伴随特征能量的γ射线，射线强度与原子核含量成正比。土壤氮磷钾测定仪等这类仪器，都用到中子活化分析仪。
2 结 语
通过以上的几类粮油仪器的基本原理和应用领域的叙述，我们可以看到物理定律和规律虽然陈旧，但是只要它应用领域的不同就能制成各种功能不同的该类粮油仪器，这个过程就是创新；这样就能更好地认识、利用和改造自然。
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