專利名稱：雙中子源煤質(zhì)在線分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以D-T及D-D中子發(fā)生器為中子源，對煤質(zhì)進(jìn)行在線快速分析的儀器，屬于核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
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(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。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(yīng)(主要包括C、0兩種元素)以及輻射俘獲反應(yīng)(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(jì)數(shù)計(jì)算元素含量，再利用元素含量計(jì)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0 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(jìn)行快速分析有以下兩個明顯的缺點(diǎn)1.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，僅為周期的沈.7%，浪費(fèi)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(zhuǎn)換3X IO6次，雖然每次轉(zhuǎn)換所引起的誤差很小，但是累計(jì)的誤差還是較大的。煤炭中C、0兩種元素的熱中子俘獲截面非常小，需要用非彈性散射反應(yīng)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^5、51^1、狗、01、1%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?zé)嶂凶釉从捎诰哂胁豢申P(guān)斷，難防護(hù)等缺點(diǎn)，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(yuǎn)遠(yuǎn)低于C、0兩種元素非彈反應(yīng)的閾值，與煤炭中其它元素發(fā)生非彈反應(yīng)的截面也很小。當(dāng)2. 5MeV中子進(jìn)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、狗、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(jìn)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，本實(shí)用新型提供一種“雙中子源煤質(zhì)在線分析儀”，所要解決的技術(shù)問題是縮短檢測時間，降低系統(tǒng)誤差。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是1. 一種雙中子源煤質(zhì)在線分析儀，BGO探測器a放置在BGO定位器a內(nèi)，與直流D-D中子發(fā)生器的軸線重合，BGO探測器b放置在BGO定位器b內(nèi)，與直流D-T中子發(fā)生器的軸線重合，其特征是直流D-D中子發(fā)生器和BGO探測器a用于測量俘獲譜，直流D-T中子發(fā)生器和BGO探測器b用于測量全譜。2.以直流D-D中子發(fā)生器為中子源測量俘獲譜，BGO探測器a與直流D-D中子發(fā)生器之間的煤層厚度為10cm。3.以直流D-T中子發(fā)生器為中子源測量全譜，BGO探測器b與直流D-T中子發(fā)生器之間有6cm的煤層和8cm厚的鉛。上述技術(shù)方案的具體設(shè)計(jì)和作用如下(1)檢測時間的縮短為了縮短檢測時間，分別建立了俘獲譜檢測系統(tǒng)和全譜檢測系統(tǒng)。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a，BGO定位器a，多道卡a，主放大器a。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b，BGO定位器b，多道卡b，主放大器b。全譜和俘獲譜同時進(jìn)入一臺計(jì)算機(jī)內(nèi)，通過處理后輸出煤質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)。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(jìn)入煤和BGO探測器b內(nèi)，D-T中子發(fā)生器和煤炭傳輸帶之間有8cm厚的鉛，如果鉛太厚，屏蔽伽馬射線的效果雖然好，但進(jìn)入煤內(nèi)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(dá)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(yàn)，煤層的厚度選擇為6. Ocm0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、1. 5cm、10. 4cm、11. 6cm、9. 8cm時達(dá)到最大值。因此，當(dāng)煤層厚度為IOcm左右時，Si、Fe、Ca、Mg的伽馬計(jì)數(shù)達(dá)到最佳值；當(dāng)煤層厚度為1. 5cm時，鋁的伽馬計(jì)數(shù)達(dá)到最佳值。由于鋁的熱中子俘獲截面比較大032mb)，伽馬計(jì)數(shù)多(是其它元素特征伽馬計(jì)數(shù)的2. 2 105. 0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，本實(shí)用新型利用了兩個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。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)一步對本實(shí)用新型進(jìn)行說明。附

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)方框圖。圖1中，1.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a，6. BGO探測器b，7. BGO定位器a，8. BGO定位器b，9.主放大器a，10.多道卡a,11.主放大器b，12.多道卡b，13.計(jì)算機(jī)，14.煤炭。附圖2是BGO定位器的立體透視圖。
具體實(shí)施方式
圖1中，煤炭傳輸帶(2)和煤炭(14)自左向右勻速運(yùn)動，BGO定位器a(7)使BGO探測器a 與直流D-D中子發(fā)生器(1)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(1)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a (5)探測，經(jīng)電纜傳輸?shù)街鞣糯笃鱝 (9)，放大后經(jīng)電纜傳輸?shù)蕉嗟揽╝ (10)，多道卡a (10)按射線能量對其進(jìn)行接受，并存儲在計(jì)算機(jī)(13)內(nèi)。直流D-T中子發(fā)生器⑷與煤炭傳輸帶⑵之間有8cm厚的鉛(3)，BGO定位器b(8)使BGO探測器b(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b (6)探測，經(jīng)電纜傳輸?shù)街鞣糯笃鱞 (11)，放大后經(jīng)電纜傳輸?shù)蕉嗟揽╞ (12)，多道卡b (12)按射線能量對其進(jìn)行接受，并存儲在計(jì)算機(jī)(13)內(nèi)。檢測結(jié)束后，計(jì)算機(jī)(1 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(xiàng)指標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種雙中子源煤質(zhì)在線分析儀，BGO探測器( 放置在BGO定位器(7)內(nèi)，與直流D-D中子發(fā)生器(1)的軸線重合，BGO探測器(6)放置在BGO定位器(8)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(1)和BGO探測器( 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(quán)利要求1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(1)之間的煤層厚度為 IOcm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1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)。
專利摘要一種能夠在線、快速、準(zhǔn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jìn)入BGO探測器，使測量精度有較大的提高。
文檔編號G01N23/02GK202305438SQ20112033201
公開日2012年7月4日 申請日期2011年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月6日
發(fā)明者蘭民, 向鵬, 孫正昊, 李鑫, 王璐, 程道文, 董小剛, 韋韌, 韓冬 申請人:長春工業(yè)大學(xué)