糧油儀器行業中應用的三個物理學原理
來源： http://www.yz85.cn/ 類別：實用技術 更新時間：2013-01-18 閱讀次
【本資訊由中國糧油儀器網提供】 從事糧油儀器行業，我們用到很多的物理學原理，不過我們使用者可能平時沒有關注過這些方面，下面為大家介紹一下糧油儀器行業中應用的三個物理學原理。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，人們不清楚其內部世界，直到探測以后就能較客觀的了解其內部世界，當然認識不一定那么全，畢竟能反映客觀事物本質。它如此神奇，其本質是基礎物理學中的定律和規律的運用。
1 糧油儀器的物理學原理及其應用領域
1.1 X射線熒光光譜分析儀：特征X射線產生原理，一定能量光子和電子與靶物質原子發生光電效應或非彈性碰撞時，原子中內層電子被電離出來，于是在K、L等電子層上出現電子空位。由于這時原子處于激發狀態，其外層上電子能量較高就向內層電子空位充填，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，他發現Kα特征X射線的能量Εx與元素的原子系數滿足一個簡單關系，對于Κα和L線系以及其它線系也有形式上完全相同的規律，糧油儀器中的植物X光機就是利用這個原理發明的。
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，有些也會受激而發出輻射。這兩種過程中發生躍遷的原子數都與輻射密度ρv成正比，與起始狀態的原子數成正比如果狀態2能量E2大于狀態1的能量E1，則按照(5)式，N1>N2，低能級的原子數多于高能級的原子數，所以一般在輻射作用下，原子由低能級向高能級躍遷的數目多于由高能級向低能級躍遷，也就是吸收大于受激輻射。現在要求在能級2和能級1之間，輻射量大于吸收量，要達到這個效果，由上面的討論可知，必須使N2和N1的大小反轉，即N2>N1。這相當于把能量貯存在原子體系中，然后以相當于所說二能級差的輻射觸發原子體系，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。總的效果是有強的輻射輸出。如果把一個原子體系的原子數在能級上分布反轉，而且它自己所發的輻射足夠強的話，就可以自己觸發受激發射，成為一個強的輻射源，這就是激光器。糧食儀器中的微電腦種子自動數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為基礎的分析方法，中子整體呈電中性的，在與原子核(即靶核)發生碰撞時，一般通過核力與原子核發生作用，核力是短程力，而且是一種強相互作用，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。中子與原子核發生核反應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，可以發生兩種情況，一是是被靶核吸收這將引起核反應；二被彈靶核彈出，即發生勢散射(或稱彈性散射)。第二階段——復合系統階段。中了被靶核吸收后，中子與靶核開成了一個復合體系，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合核。第三階段——復合系統分解。復合核通常處于激發態而且壽命很短(10-12~10-14s量級)，復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 語
通過以上的幾類糧油儀器的基本原理和應用領域的敘述，我們可以看到物理定律和規律雖然陳舊，但是只要它應用領域的不同就能制成各種功能不同的該類糧油儀器，這個過程就是創新；這樣就能更好地認識、利用和改造自然。
1 糧油儀器的物理學原理及其應用領域
1.1 X射線熒光光譜分析儀：特征X射線產生原理，一定能量光子和電子與靶物質原子發生光電效應或非彈性碰撞時，原子中內層電子被電離出來，于是在K、L等電子層上出現電子空位。由于這時原子處于激發狀態，其外層上電子能量較高就向內層電子空位充填，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，他發現Kα特征X射線的能量Εx與元素的原子系數滿足一個簡單關系，對于Κα和L線系以及其它線系也有形式上完全相同的規律，糧油儀器中的植物X光機就是利用這個原理發明的。
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，有些也會受激而發出輻射。這兩種過程中發生躍遷的原子數都與輻射密度ρv成正比，與起始狀態的原子數成正比如果狀態2能量E2大于狀態1的能量E1，則按照(5)式，N1>N2，低能級的原子數多于高能級的原子數，所以一般在輻射作用下，原子由低能級向高能級躍遷的數目多于由高能級向低能級躍遷，也就是吸收大于受激輻射。現在要求在能級2和能級1之間，輻射量大于吸收量，要達到這個效果，由上面的討論可知，必須使N2和N1的大小反轉，即N2>N1。這相當于把能量貯存在原子體系中，然后以相當于所說二能級差的輻射觸發原子體系，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。總的效果是有強的輻射輸出。如果把一個原子體系的原子數在能級上分布反轉，而且它自己所發的輻射足夠強的話，就可以自己觸發受激發射，成為一個強的輻射源，這就是激光器。糧食儀器中的微電腦種子自動數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為基礎的分析方法，中子整體呈電中性的，在與原子核(即靶核)發生碰撞時，一般通過核力與原子核發生作用，核力是短程力，而且是一種強相互作用，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。中子與原子核發生核反應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，可以發生兩種情況，一是是被靶核吸收這將引起核反應；二被彈靶核彈出，即發生勢散射(或稱彈性散射)。第二階段——復合系統階段。中了被靶核吸收后，中子與靶核開成了一個復合體系，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合核。第三階段——復合系統分解。復合核通常處于激發態而且壽命很短(10-12~10-14s量級)，復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 語
通過以上的幾類糧油儀器的基本原理和應用領域的敘述，我們可以看到物理定律和規律雖然陳舊，但是只要它應用領域的不同就能制成各種功能不同的該類糧油儀器，這個過程就是創新；這樣就能更好地認識、利用和改造自然。
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