專利名稱：雙中子源煤質(zhì)在線分析儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以D-T及D-D中子發(fā)生器為中子源，對煤質(zhì)進行在線快速分析的儀器，屬于核技術應用領域。
背景技術：
用脈沖D-T中子發(fā)生器為中子源，在線快速分析煤質(zhì)(主要包括元素含量以及低位熱值、全水分、灰分、揮發(fā)份)是核技 術應用領域的一大研究熱點。它的原理是用脈沖D-T中子發(fā)生器發(fā)射的中子輻照煤炭樣品，與煤炭中的原子核發(fā)生非彈性散射反應(主要包括C、O兩種元素)以及輻射俘獲反應(其它元素)，并釋放出瞬發(fā)特征伽馬射線。利用特征伽馬射線的能量確定元素種類，利用特征伽馬射線的總計數(shù)計算元素含量，再利用元素含量計算煤炭的低位熱值、全水分、灰分以及揮發(fā)份。以脈沖周期為300 μ s為例，脈沖D-T中子發(fā)生器電源的工作模式一般為電源在O 10 μ S內(nèi)把220V的電壓升高到高壓(100KV左右)，D-T中子發(fā)生器幾乎不釋放中子；在10 90 μ s之間保持高壓不變，D-T中子發(fā)生器釋放14MeV快中子；在90 100 μ s內(nèi)把高壓降低到220V，D-T中子發(fā)生器幾乎不釋放中子，但是煤炭樣品中還存在快、熱中子；在100 300 μ s之間保持低電壓(220V左右)，D-T中子發(fā)生器不釋放中子，煤炭樣品在100 220 μ S之間還存在快、熱中子，220 300 μ s之間幾乎只存在熱中子。在10 90 μ s時，D_T中子發(fā)生器釋放出14MeV快中子，并與煤炭中的原子核發(fā)生非彈性散射，慢化后的熱中子與煤炭中的原子核發(fā)生輻射俘獲，這兩種伽馬射線的疊加譜簡稱為全譜。所以，全譜的檢測時間只有80μ S，俘獲譜(輻射俘獲所釋放的伽馬射線譜)的檢測時間也只有80 μ s (220 300 μ s)。從上述分析可以看出，以脈沖D-T中子發(fā)生器為中子源對煤質(zhì)進行快速分析有以下兩個明顯的缺點I.測量時間長在每個檢測周期中，全譜和俘獲譜的檢測時間都只有80μ S，僅為周期的26. 7%，浪費了大量的時間，增加了測量時間。2.系統(tǒng)誤差大以檢測時間15分鐘為例，電源需要在高壓和低壓之間轉換3X IO6次，雖然每次轉換所引起的誤差很小，但是累計的誤差還是較大的。煤炭中C、O兩種元素的熱中子俘獲截面非常小，需要用非彈性散射反應釋放出來的伽馬射線(非彈譜)來分析其含量。它們的閾值分別為4. SMeV和6. 4MeV，所以通常選擇D-T中子發(fā)生器(釋放的中子能量為14MeV)為中子源。煤炭H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素的熱中子俘獲截面比較大，一般用俘獲譜來分析它們的含量，需要熱中子。在煤質(zhì)分析中，熱中子可以來自于快中子的慢化，也可以來自于熱中子源。同位素熱中子源由于具有不可關斷，難防護等缺點，不適合用于煤質(zhì)的在線分析。D-D中子發(fā)射器所釋放的中子平均能量為2. 5MeV，遠遠低于C、O兩種元素非彈反應的閾值，與煤炭中其它元素發(fā)生非彈反應的截面也很小。當2. 5MeV中子進入煤炭中，經(jīng)過多次彈性散射，能量降低為熱中子，被H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素俘獲，并釋放出瞬發(fā)伽馬射線(俘獲譜)。所以，D-D中子發(fā)射器可以作為煤質(zhì)分析的熱中子源。以直流D-T中子發(fā)生器為中子源獲得的伽馬能譜，和脈沖D-T中子發(fā)生器在10 90μ s產(chǎn)生的全譜一樣；以直流D-D中子發(fā)生器為中子源獲得的伽馬能譜，和脈沖D-T中子發(fā)生器在220 300 μ s產(chǎn)生的俘獲譜類似。所以，在煤質(zhì)的在線分析中，可以用直流D-T發(fā)生器和直流D-D中子發(fā)生器的組合代替脈沖D-T中子發(fā)生器。但是，到目前為止還沒有單位對它們進行過具體研究。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的“脈沖中子煤質(zhì)在線分析儀”的不足，本發(fā)明提供一種“雙中子源煤質(zhì)在線分析儀”，所要解決的技術問題是縮短檢測時間，降低系統(tǒng)誤差。
為了實現(xiàn)上述目標，本發(fā)明所采用的技術方案是(I)檢測時間的縮短為了縮短檢測時間，分別建立了全譜檢測系統(tǒng)和俘獲譜檢測系統(tǒng)。全譜檢測系統(tǒng)主要包括直流D-T中子發(fā)生器，BGO探測器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。俘獲譜檢測系統(tǒng)主要包括直流D-D中子發(fā)生器，BGO探測器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。全譜和俘獲譜同時進入一臺計算機內(nèi)，通過處理后輸出煤質(zhì)的各項指標。和“脈沖中子煤質(zhì)在線分析儀”相比，檢測時間縮短了 73. 3%。(2)系統(tǒng)誤差的降低為了屏蔽D-T中子發(fā)生器內(nèi)部物質(zhì)與中子作用產(chǎn)生的非彈伽馬射線進入煤箱和BGO探測器，D-T中子發(fā)生器和煤箱之間有8cm厚的鉛，如果鉛太厚，屏蔽伽馬射線的效果雖然好，但進入煤箱的快中子少，不利于檢測碳、氧兩種元素；如果鉛太薄，起不到屏蔽伽馬射線的作用。在全譜的檢測中，碳、氧兩種元素的特征伽馬射線數(shù)在煤層厚度為6. 2cm, 5. 3cm時分別達到最大值。因此，煤層的厚度在5. 3cm到6. 2cm之間比較適宜。經(jīng)過多次試驗，煤層的厚度選擇為6. 0cm。在俘獲譜的測量中，Si、Al、Fe、Ca、Mg的特征伽馬射線數(shù)在煤層厚度分別為
10.1cm、I. 5cm、10. 4cm、11. 6cm、9. 8cm時達到最大值。因此，當煤層厚度為IOcm左右時,Si、Fe、Ca、Mg的伽馬計數(shù)達到最佳值；當煤層厚度為I. 5cm時，鋁的伽馬計數(shù)達到最佳值。由于鋁的熱中子俘獲截面比較大(232mb)，伽馬計數(shù)多(是其它元素特征伽馬計數(shù)的2. 2 105. O倍)，所以煤層厚度最終選擇為10cm。在煤炭的傳輸過程中，煤層厚度一般都超過10cm，為了滿足全譜和俘獲譜的檢測，本發(fā)明利用了兩個BGO定位器。為了消除全譜和俘獲譜之間的干擾，兩個BGO定位器間的距離超過3m。


下面結合附圖和實施例，進一步對本發(fā)明進行說明。附圖I是本發(fā)明的結構方框圖。圖I中，I.直流D-D中子發(fā)生器，2.煤炭傳輸帶，3.鉛，4.直流D-T中子發(fā)生器，5.BGO探測器，6. BGO探測器，7. BGO定位器，8. BGO定位器，9.主放大器，10.多道卡(MCA)，
11.主放大器，12. MCA，13.計算機，14.煤炭。附圖2是BGO定位器的立體透視圖。
具體實施例方式圖I中，煤炭傳輸帶(2)和煤炭(14)自左向右勻速運動，BGO定位器(7)使BGO探測器(5)與直流D-D中子發(fā)生器(I)的軸線重合，并使兩者之間的煤層厚度保持在IOcm不變。直流D-D中子發(fā)生器(I)產(chǎn)生的2.5MeV中子輻照在煤炭(14)內(nèi)，所產(chǎn)生的俘獲譜由BGO探測器(5)探測，經(jīng)電纜傳輸?shù)街鞣糯笃?9)，放大后經(jīng)電纜傳輸?shù)蕉嗟揽?10)，多道卡(10)按射線能量對其進行接受，并存儲在計算機(13)內(nèi)。直流D-T中子發(fā)生器(4)與煤炭傳輸帶⑵之間有8cm厚的鉛(3)，BGO定位器
(8)使BGO探測器(6)與直流D-T中子發(fā)生器(4)的軸線重合，并使兩者之間的距離保持在14cm不變。直流D-T中子發(fā)生器(4)產(chǎn)生的14MeV中子輻照在煤炭(14)內(nèi)，所產(chǎn)生的全譜由BGO探測器(6)探測，經(jīng)電纜傳輸?shù)街鞣糯笃?11)，放大后經(jīng)電纜傳輸?shù)蕉嗟揽?12)，多道卡(12)按射線能量對其進行接受，并存儲在計算機(13)內(nèi)。檢測結束后，計算機(13)同時處理全譜和俘獲譜的數(shù)據(jù)，然后輸出煤質(zhì)的各項指標。
權利要求
1.一種雙中子源煤質(zhì)在線分析儀，BGO探測器(5)放置在BGO定位器(7)內(nèi)，與直流D-D中子發(fā)生器⑴的軸線重合，BGO探測器(6)放置在BGO定位器⑶內(nèi)，與直流D-T中子發(fā)生器(4)的軸線重合，其特征是直流D-D中子發(fā)生器(I)和BGO探測器(5)用于測量俘獲譜，直流D-T中子發(fā)生器(4)和BGO探測器(6)用于測量全譜。
2.根據(jù)權利要求I所述的雙中子源煤質(zhì)在線分析儀，其特征是以直流D-D中子發(fā)生器⑴為中子源測量俘獲譜，BGO探測器(5)與直流D-D中子發(fā)生器(I)之間的煤層厚度為 IOcm0
3.根據(jù)權利要求I所述的雙中子源煤質(zhì)在線分析儀，其特征是以直流D-T中子發(fā)生器⑷為中子源測量全譜，BGO探測器(6)與直流D-T中子發(fā)生器⑷之間有6cm的煤層和8cm厚的鉛(3)。
全文摘要
一種能夠在線、快速、準確分析煤質(zhì)的雙中子源煤質(zhì)在線分析儀。用直流D-T中子發(fā)生器和直流D-D中子發(fā)生器代替脈沖D-T中子發(fā)生器，可以縮短73.3％的測量時間。BGO探測器放置在BGO定位器內(nèi)，與直流D-D中子發(fā)生器間有10cm厚的煤炭，此設計可以降低俘獲譜的測量誤差。另一個BGO探測器也放置在其定位器內(nèi)，與直流D-T中子發(fā)生器之間有6cm厚的煤炭和8cm厚的鉛，此設計可以降低全譜的測量誤差。8cm厚的鉛可以屏蔽中子發(fā)生器內(nèi)部物質(zhì)與中子作用產(chǎn)生的伽馬射線進入BGO探測器，使測量精度有較大的提高。
文檔編號G01N23/22GK102980904SQ201110261688
公開日2013年3月20日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權日2011年9月6日
發(fā)明者程道文, 李鑫, 韓冬, 王璐, 董小剛, 韋韌, 向鵬, 孫正昊, 蘭民 申請人:長春工業(yè)大學