固定式塑料晶體測(cè)鉀儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鉀元素測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，涉及一種固定式塑料晶體測(cè)鉀儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在鹽湖開(kāi)發(fā)、鉀礦勘探和鉀肥生產(chǎn)過(guò)程中，如何快速測(cè)定鉀礦、鹵水、油田水或鉀肥中鉀離子的含量，至今國(guó)內(nèi)外仍無(wú)有效的測(cè)量方法。常規(guī)測(cè)量鉀含量的方法主要依靠人工現(xiàn)場(chǎng)取樣，以重量法、容量法或用離子選擇電極、原子吸收等儀器進(jìn)行分析，這些方法操作復(fù)雜繁瑣，有些測(cè)量只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，攜帶不變，而且分析、測(cè)試所需時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足鉀鹽的加工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需求。
[0003]采用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法時(shí)間較長(zhǎng)，用儀器分析在野外又難以做到，離子選擇電極等儀器又必須用化學(xué)方法前期處理所測(cè)樣品。國(guó)外公司生產(chǎn)出的放射性儀器只能用在特定的場(chǎng)合且測(cè)量精度難以達(dá)到要求。
[0004]對(duì)于鹽湖鹵水的實(shí)際情況，現(xiàn)在一般采用放射性測(cè)鉀方法，放射性測(cè)量鉀含量是基于測(cè)定鉀的三種天然同位素39K、4()K和41K中的4()K含量，因?yàn)閮H4()K具有放射性，它的半衰期為1.25 X 109年，豐度為0.012%。由于4()Κ的半衰期很長(zhǎng)，故可認(rèn)為4()Κ在鉀元素中的含量是固定的，所以可以通過(guò)對(duì)其放射性的測(cè)定，進(jìn)而推算出總的鉀含量或者其它鉀同位素的含量。
[0005]在4()Κ的衰變過(guò)程中有兩個(gè)分支，β衰變分支比為89.25%,伴隨著其β衰變，發(fā)射最大能量為1.33MeV的β射線，鑒于β衰變的特點(diǎn)，β能譜連續(xù)，在其最大能量以下均有分布。4()Κ的另一衰變分支-軌道電子俘獲，其中衰變到子核1.46MeV激發(fā)態(tài)的分支比為10.55%，該激發(fā)態(tài)退激發(fā)時(shí)發(fā)射能量為1.46MeV的γ射線，沒(méi)有內(nèi)轉(zhuǎn)換電子發(fā)射。如圖1所示，從4()K的衰變綱圖可以看出，4()Κ發(fā)射β射線的總量約為發(fā)射γ射線總量的8.46倍，因此可以測(cè)量伴隨4()Κ衰變發(fā)射的β射線來(lái)測(cè)定待測(cè)樣品中鉀的含量。
[0006]基于上述測(cè)試原理，可采用氣體探測(cè)器(G-Μ管)測(cè)量β射線，選用對(duì)γ射線靈敏度較低，而對(duì)射線靈敏度較高的G-Μ管，選擇特性曲線一致的7只G-Μ管組裝成一組探測(cè)器，對(duì)每只G-Μ管的電極采取嚴(yán)格的密封措施，一臺(tái)儀器中配有兩組這樣的探測(cè)器。一組探測(cè)器測(cè)量樣品，另一組探測(cè)器測(cè)量環(huán)境中的本底輻射，并通過(guò)對(duì)比，可以消除環(huán)境本底輻射的干擾。探測(cè)器測(cè)得的信號(hào)需通過(guò)電子電路進(jìn)行處理，采用兩個(gè)單道脈沖幅度分析器，它們是完全相同且又相互獨(dú)立的，用于兩組探測(cè)器同時(shí)計(jì)數(shù)，采用80C31單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及顯示計(jì)數(shù)結(jié)果。
[0007]由于探測(cè)器采用專用的G-Μ管，其探測(cè)效率相對(duì)于閃爍探測(cè)器等核探測(cè)器而言，探測(cè)效率要低很多，而且G-Μ管主要由玻璃等類似材料組成，所以很容易破碎，而且采用多個(gè)G-Μ管的組合，這樣對(duì)探測(cè)器組合的工藝技術(shù)要求較高，成本也大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種固定式塑料晶體測(cè)鉀儀，所述固定式塑料晶體測(cè)鉀儀其中的閃爍體的尺寸較大，使得測(cè)試的相對(duì)誤差更小，不超過(guò)1%，精度更為準(zhǔn)確。
[0009]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:
[0010]—種固定式塑料晶體測(cè)鉀儀，所述固定式塑料晶體測(cè)鉀儀包括:主探測(cè)器、反符合探測(cè)器、測(cè)量控制單元以及監(jiān)控計(jì)算機(jī);所述主探測(cè)器用于即時(shí)取樣探測(cè)衰變時(shí)放射的1.32MeV的β射線，并生成脈沖信號(hào)；所述反符合探測(cè)器用于當(dāng)所述主探測(cè)器探測(cè)β射線時(shí)，降低宇宙射線中μ子以及環(huán)境輻射所產(chǎn)生的本底輻射;所述測(cè)量控制單元用于將所述脈沖信號(hào)進(jìn)行放大和甄別，測(cè)量并記錄所述本底輻射和脈沖計(jì)數(shù)率，并將所述脈沖數(shù)和所述本底輻射通過(guò)所述測(cè)量控制單元內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算以顯示鉀離子的含量;所述標(biāo)準(zhǔn)曲線是指所述脈沖計(jì)數(shù)率與鉀樣品中鉀離子的含量的關(guān)系曲線;所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)用于對(duì)所述測(cè)量控制單元進(jìn)行操作與監(jiān)控。
[0011]進(jìn)一步地，所述主探測(cè)器包括:閃爍體、反射器、光電倍增管以及前置放大器;所述閃爍體用于與射入其內(nèi)的β射線發(fā)生光電效應(yīng)后產(chǎn)生光子;所述反射器用于收集所述光子，并將所述光子匯集至所述光電倍增管的光陰極處;所述光電倍增管用于接收所述光子，并將所述光子轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào);所述前置放大器用于放大所述脈沖信號(hào)。
[0012]進(jìn)一步地，所述反射器具有通孔，所述通孔的內(nèi)壁表面設(shè)置有反射層，所述通孔具有相對(duì)設(shè)置的大開(kāi)口和小開(kāi)口；其中，所述光電倍增管的光陰極設(shè)置于所述小開(kāi)口處，所述閃爍體設(shè)置于所述大開(kāi)口處。
[0013]進(jìn)一步地，所述反射層的厚度為0.5mm，所述反射層的材料為Ti〇2。
[0014]進(jìn)一步地，所述閃爍體為厚度Φ 1.5mm、直徑Φ 100mm的塑料晶體。
[0015]進(jìn)一步地，所述固定式塑料晶體測(cè)鉀儀還包括:套設(shè)于所述主探測(cè)器和所述反符合探測(cè)器之外的屏蔽室。
[0016]進(jìn)一步地，所述屏蔽室包括:下屏蔽室，所述下屏蔽室包括側(cè)壁具有第一安裝孔的基座，以及插設(shè)于所述第一安裝孔處的屏蔽塊;其中，所述下屏蔽室用于容納所述反符合探測(cè)器;上屏蔽室，所述上屏蔽室設(shè)置于所述下屏蔽室的上方，所述上屏蔽室由若干屏蔽環(huán)依次疊層而成，所述上屏蔽室的頂端具有第二安裝孔;其中，所述上屏蔽室用于容納所述主探測(cè)器;樣品室，所述樣品室插設(shè)于所述下屏蔽室的鄰近于所述上屏蔽室的端部；屏蔽蓋，所述屏蔽蓋設(shè)置于所述上屏蔽室上方，用于蓋合所述第二安裝孔。
[0017]進(jìn)一步地，所述屏蔽室的厚度不小于2cm，所述屏蔽室的材料為鉛板。
[0018]進(jìn)一步地，所述測(cè)量控制單元包括信號(hào)處理單元和單片機(jī);所述信號(hào)處理單元用于將所述脈沖信號(hào)進(jìn)行放大和甄別，測(cè)量并記錄所述本底輻射和所述脈沖計(jì)數(shù)率;所述單片機(jī)用于將記錄的所述本底輻射和所述脈沖數(shù)通過(guò)所述信號(hào)處理單元內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算并顯示鉀離子的含量。
[0019]進(jìn)一步地，所述標(biāo)準(zhǔn)曲線根據(jù)測(cè)定若干已知鉀離子的含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品來(lái)確定;所述標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率的計(jì)算方法為:K = (Nt-Nb ) /C;其中，Ντ表示標(biāo)準(zhǔn)樣品中4\的脈沖計(jì)數(shù)率，Νβ表示所述本底福射的本底計(jì)數(shù)率，C表示標(biāo)準(zhǔn)樣品中鉀離子的含量。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:
[0021]該固定式塑料晶體測(cè)鉀儀采用測(cè)量4()Κ衰變產(chǎn)生的β射線來(lái)測(cè)定鉀的含量，即用主探測(cè)器來(lái)對(duì)β射線進(jìn)行測(cè)定，克服了 G-Μ管存在的效率低、易碎、探測(cè)面積小、穩(wěn)定性能差的問(wèn)題。與G-Μ管探測(cè)器相比，本發(fā)明的閃爍體以塑料晶體為材料，使探測(cè)下限更低，可以測(cè)定含鉀量很低的樣品(最小可測(cè)定質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.9533%的樣品，以KC1計(jì))；與此同時(shí)，大尺寸的閃爍體以及屏蔽室還可有效降低測(cè)試的相對(duì)誤差，使之降至不超過(guò)1%。
【附圖說(shuō)明】
[0022]通過(guò)結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述，本發(fā)明的實(shí)施例的上述和其它方面、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚，附圖中:
[0023]圖1是4QK的衰變綱圖；
[0024]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固定式塑料晶體測(cè)鉀儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的主探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4是圖3中A區(qū)域的局部放大圖；
[0027]圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的屏蔽室的結(jié)構(gòu)爆炸圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下，將參照附圖來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施本發(fā)明，并且本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為限制于這里闡述的具體實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明的各種實(shí)施例和適合于特定預(yù)期應(yīng)用的各種修改。在附圖中，為了清楚起見(jiàn)，可以夸大元件的形狀和尺寸，并且相同的標(biāo)號(hào)將始終被用于表示相同或相似的元件。
[0029]將理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述各種元件，但是這些元件不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)分開(kāi)來(lái)。
[0030]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固定式塑料晶體測(cè)鉀儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]具體參照?qǐng)D2，根據(jù)本實(shí)施例的固定式塑料晶體測(cè)鉀儀包括主探測(cè)器1、反符合探測(cè)器2、測(cè)量控制單元3、監(jiān)控計(jì)算機(jī)4以及屏蔽室5;其中，主探測(cè)器1用于即時(shí)取樣探測(cè)衰變時(shí)放射的1.32MeV的β射線，并生成脈沖信號(hào);測(cè)量控制單元3用于將所述脈沖信號(hào)進(jìn)行放大和甄別，測(cè)量并記錄本底輻射和脈沖計(jì)數(shù)率，并將記錄的本底輻射和脈沖計(jì)數(shù)率通過(guò)測(cè)量控制單元3內(nèi)置的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算并顯示鉀含量數(shù)值，所述標(biāo)準(zhǔn)曲線為所述脈沖計(jì)數(shù)率與鉀樣品含量的關(guān)系曲線;監(jiān)控計(jì)算機(jī)4用于對(duì)測(cè)量控制單元3進(jìn)行操作與監(jiān)控;而反符合探測(cè)器2則用于當(dāng)所述主探測(cè)器1探測(cè)β射線時(shí)，降低宇宙射線中μ子以及環(huán)境輻射所產(chǎn)生的所述本底輻射。屏蔽室5套設(shè)于所述主探測(cè)器2以及反符合探測(cè)器2外部，以保證在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可在一定程度上屏蔽阻擋外界雜質(zhì)的影響。
[0032]具體地，參照?qǐng)D3所示，本實(shí)施例的主探測(cè)器1包括:閃爍體11、反射器12、光電倍增管13以及前置放大器14;其中，閃爍體11用于與射入其內(nèi)的β射線發(fā)生光電效應(yīng)后產(chǎn)生光子;反射器12用于收集所述光子，并將該光子匯集至光電倍增管13的光陰極131處;光電倍增管13用于接收所述光子，并將該光子轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)；而前置放大器14用于放大所述脈沖信號(hào)。所述主探測(cè)器1以閃爍體11及光電倍增管13作為主要探測(cè)元件，使該固定式塑料測(cè)鉀儀具有對(duì)β射線探測(cè)效率高、對(duì)Υ射線不靈敏的特