Датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (i1) 1000869 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 01.04.81 (21) 3268069/18-25 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 28. 02. 83 ° Бюллетень № 8 (51)М. Кл.

G 01 М 23/223

Гвеудврстееллый камитет

СССР

h0 делам нзабретелкй и еткрытий (53) УДК 543.53 (088.8) Дата опубликования описания 28.02 .83 (72) Авторы изобретения

Г.А.Иванюкович и А,P.Íàç

I с

7 /

A": К64 но го

Нданов

Ленинградский ордена Ленина и о

Знамени государственный универс (7I ) Заявитель (54) ДАТЧИК РЯДИОИЗОТОПНОГО РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО

АНАЛИЗАТОРА

Изобретени е от носи т ся к флуоресцентному рентгенорадиометрическому анализу и может использоваться для анализа руд в естественном залегании, для анализа в потоке и т.д.

Известны датчики радиоизотопного 5 рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащие неколлимированные точечные источник и детектор, закрепленные в корпу се- держат еле (1 3.

Известные датчики обеспечивают ре- о гистрацию флуоресцентного излучения с бол ьшой площади, Однако при анализе руд в естественном залегании на потоке и в других случаях, когда имеет место неравномер15 ное распределение анализируемого элемента по поверхности, точность анализа невысока, Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус со сходящимися е единое сечение уэкими цилиндрическими коллимационными каналами, в одном из которых установлен источник излучения, а в другом— дете ктор и злу чени я Г? 3.

В известном датчике поток флуоресцентного излучения, регистрируемый детектором, идет с небольшого участка поверхности анализируемого материала, что, с одной стороны, обеспечивает возможность устранения в значит ел ьной мере влияния нера вномерного распределения анализируемого элемента по поверхности на точность анализа, но с другой стороны, приводит к резкому уменьшению абсолютной величины детектируемого п<>тока излучения. Последнее приводит, в свою очередь, к снижению точности при задаК ном времени анализа (например при анализе в потоке задаваемого скорость движения анализируемого материала) или к необходимости увеличивать время анализа для получения достоверной статистики измерений, Кроме того, 69 лении детектор - источник, фиг, в направлении оси У„ перпендикулярной оси Х. "íà÷åíèÿ координат Х и

У нормированы на величину Н, Датчик радиоизоуопного рентгенофлуоресцентного анализатора содержит точечный изотопный источник 1 излучения, расположенный в коллимационном канале 2, точечный детектор 3 излучения, расположенный во втором коллимационном канале 4, корпус 5

5 и 5" Коллимационные каналы 2 и

4 выполнены в форме конусов, оси которых направлены в сторону исследуемого объекта.6 так, что сечение датчика плоскостью, перпендикулярной поверхности исследуемого объекта 6 и проходящей через источник 1, детектор 3 и оси коллимационных каналов

2 и 4 имеют форму параллелограмма .с основанием и высотой Н без треугольника, образованного сечением части корпуса 5".

В вершинах параллелограмма расположены источник 1 и детектор 3, а боковые стороны и верхние половины диагонали ограничивают продольное сечение в указанной плоскости коллимационных каналов 2 и 4, причем проекция источника 1 на поверхность исследуемого объекта 6 находится на расстоянии В с внешней стороны от ближайшей вершины параллелограмма, отношения

L Í:B=6:2:1.

Сечения коллимационных каналов 2 и 4 поверхностью исследуемого объекта 6 совмещены и имеют форму; эллипса.

Датчик работает следующим образом.

Источник 1 испускает излучение, которое, пройдя через коллимационный канал 2,облучает поверхность исследуемого объекта 6, рассеиваясь в нем и возбуждая рентгеновскую флуоресценцию определяемых элементов, содержащихся в материале исследуемого объекта 6. Это вторичное излучение через коллимационный канал 4 попадает в детектор 3 и регистрируется им, Защит- ный экран 5 поглощает первичное излучение, направленное в сторону от исследуемого объекта 6 или непосредственно в детектор 3, а также вторичное излучение, не попадающее в детектор 3.

Величина потока рентгеновского излу-. чения, приходящего в детектор 3 от произвольной элементарной площадки

3 10008 площадь анализируемого с помощью та-. кого датчика материала мала.

Цель изобретения - оптимизация результатов анализа по точности и эффективности регистрации.

Поставленная цель достигается тем, что в датчике радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащем корпус со сходящимися в единое сечение коллимационными каналами, в одном из которых установлен источник излучения, а в другом — детектор излучения, коллимационные каналы выполнены в виде расходящихся от источника и детектора конусов, при-,5 чем сечение коллимационных каналов корпуса датчика в плоскости, проходящей через источник, детектор и оси конусов, имеет форму параллелограмма, одна сторона которого проходит через источник и детектор, без треугольника, образованного указанной стороной параллелограмма и .прилегающими к этой стороне полудиагоналями параллелограмма, причем источ25 ник установлен в той вершине параллелограмма, проекция которой на его сторону, противоположную стороне, образованной линией источник — детектор, лежит снаружи от идущей от источника боковой стороны параллелограмма.

При этом, отношения длины соединяющей источник и детектор стороны параллелограмма (L), высоты параллело грамма (Н) и величины расстояния от 35 проекции источника до ближайшей вершины параллелограмма (В) выбраны из условия 1:Н:В=6:2:1.

На фиг. 1 схематически представлен датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, разрез, на фиг. ? и 3 - графики изменения величины регистрируемого детектором потока рентгеновского излучения а 1 от элементарной площадки на поверхности исследуемого объекта dS с координатами (Х, У) в зависимости от положения этой площадки относительно детектора.

Изменения показаны для датчиков 50 с различным соотношением LjH. Bce результаты нормированы на величину потока dNO, приходящего в детектор с площадки с координатами (0,0) соответствующей проекции детектора 55 на поверхность исследуемого объекта. фиг. 2 иллюстрирует изменение у =

=dN/dNg вдоль оси Х,, т.е. в направ869

3/Н

1, 12 0,84

1,82

1,68

10,0

0,70

1,62

0,64 1,22 О, 81

1,86

7,0

1,58

0,60

1,92

1,32 0,79

5,0

1 54

3,06

0,50 2,56 О, 77

040 198 О 72

0,36 1,48 0,68

0,34 1, 12 0,64

3,0

1,44

2 32

2,0

1,36

1,84

1,5

1,28

1,46

1,0

1,24

038 086 060

1,20

О 5

1,14

041 О 70 057

0,2

1,08

0,66 0,56

0,42

0,1

1,12

S 1000 на поверхности исследуемого объекта

6, определя ет ся соотноше ни ем дЙ=К

1 2 2

1/мп L+p; р 1/sing где К - коэффициент, зависящий от мощности источника, свойств детектора и щ некоторых атомных констант, но не зависящий от свойств среды, ы. и с - линейный коэффициент ослаб1 ления в среде первичного и вторичного излучения $S

d u p - углы падения первичного и выхода вторичного излучения;

Ч, - содержание в среде определяемого элемента;

Ф

Т - массовый коэффициент фотопоглощения первичного излучения атомами определя емо го зле мен т а; р - плотность среды; и R расстояния от источника 1 и детектора 3 до элементарной площадки g3 на поверхности исследуемого объекта 6.

Исходя из геометрических условий измерений, можно выразить значения

R< К2, Sin k и з1п рчерез геометри-30 ческие параметры датчика L и Н и координаты (Х, У) элементарной площадки

Как видно, изменение 3 определяет-, ся соотношением геометрических параметров датчика L и Н и соотношением,и;/ р. . На фи г. 2 и 3 представлены кривые у«Г(Х) и у«f(У), рассчитанные для случая и.;/+>9 1, типично-,. го для анализа руд в условиях естегтвенного залегания. Кривые 7-12 (фиг, 2) соответствуют значениям L/H

О1; 10; 20; 3; 05; О; 100.

При малых L/Í зависимости имеют максимум в области X=(0,4-0,6) Н, при больших L/Í появляется второй максимум, расположенный в областй источника. Графики «т (У), показанные на фиг. 3, симметричны относительно начала координат, Кривые 13-16 соответствуют L/Н 0,1; 1,05; О и 10,0.

Существенно, что зависимости у=5(У) при различных L/Í близки.

Задаваясь максимально допустимымиизменениями, можно определить границы зоны, в которой )")0,5упц х, т.е. изменения уне превышают +253.

В дальнейшем эту зону будем называть зоной равномерной чувствительности.

Значения координат XgjH Ypg, а также

1 ширины зоны д Х и 4У сведены в таблиЦЫ

7 1000869

Если вторичное излучение попадает в детектор 3 только с участка поверхности исследуемого объекта 6, совпадающего с зоной равномерной чувствительности, то величины потока слабо зависят от распределения анализируемого элемента в пределах этого участка и определяют только его содержанием. Датчик, обеспечивающий таwe условия измерений при максималь- 0 ных размерах зоны равномерной чувствительности, позволяет получить наибольшую точность анализа. Из таблицы видно, что ширина зоны по оси Х максимальна при соотношении L/Н Ф3, 15 а указанные условия измерений достигаются, если корпус 5, 5" и 5" с коллимационными каналами 2 и 4 выполнен описанным образом.

Из таблицы следует, что при увели- 2о чении L/Í величина аХ убывает, координаты точки Хо уменьшаются, а точ-! ки - Х увеличиваются. При этом сеI чение принимает вид трапеции с меньшим нижним основанием. При уменьше- 25 нии L/Í величина d X также уменьшается, а сечение преобразуется в трапецию с меньшим верхним основанием.

Из таблицы следует также, что границы зоны равномерной чувствительности по оси У симметричны относительно проекции линии детектор — источник, а ширина зоны меняется незначительно и равна (1,1-1,7) Н, причем этот диапазон изменения ЬУ.соответствует изменению L/Н в 100 раз. Поэтому форма коллимационных каналов 2 и 3, ограничивающая размеры "просматриваемойн детектором площади по оси У, менее существенна.

Однако целесообразно коллимационные каналы 2 и 4 выполнять в форме таких конусов, совмещенные сечения которых поверхностью исследуемого объекта 6 имеют форму эллипсов, малые полуоси которых равны расстоянию что обеспечивает максимальные размеры зоны равномерной чувствительности по оси У если выполнены условия,„ рассмотренные выше.

На фиг. 2 и 3 приведены кривые 8 и 14, которые относятся к датчику одной из известных конструкций > для кот оро го L/Í бли з ко к 1, а колли мационные каналы направлены так, что вторичное излучение попадает в детек- тор с площадки на поверхности исследуемого объекта, не совпадающей с зоной равномерной чувствительности, Кривая 10 (фиг. 2 ) относится к предлагаемому датчику. Как видно, площадь зоны равномерной чувствительности для предла гаемо го дат чи ка примерно в 4 раза больше, чем для известного. Во столько же раз больше оказывается и величина потока рент гено вс ко го излучения, ре ги стри руемого детектором, что повышает статистическую точность анализа вдвое.

Кроме того, за счет выбора направлений и формы коллимационных каналов в предлагаемом датчике существенно увеличивается вклад в регистрируемое излучение от участков поверхности исследуемого объекта, дающих наибольший поток.

Использование изобретения обеспечивает повышение точности анализа и эффективности регистрации в различных условиях работы, Формула изобретения

1, Дат чи к радиои зотопного рент генофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус со сходящимися в единое сечение коллимационными каналами в одном из которых, установлен источник излучения, а в другом — детектор излучения, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью оптимизации результатов анализа по точности и эффективности регистрации, коллимационные каналы выполнены в виде расходящихся от источника и детектора конусов, причем сечение коллимационных каналов корпуса датчика в плоскости, проходящей через источник, детектор и оси конусов, имеет форму параллелограмма, одна сторона которого проходит через источник и детектор, без треугольника, образованного указанной стороной параллелограмма и прилегающими к этой стороне полудиагоналями параллелограмма, причем источник у стано вле н в той верши не параллелограмма, проекция которой на его сторону, противоположную стороне, образованной линией источник - детектор, лежит снаружи от идущей от источника боковой стороны параллелограмма.

2. Датчик по и, 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что отношения длины соединяющей источник и детектор стороны параллелограмма (L), высота параллелограмма (Н) и величины расстояИсточни ки информации, принятые во внимание при экспертизе

Об

9 1000869 10 ния от проекции источника до ближай 1. Плотников P.È. и Пшеничный Г.A. шей вершины параллелограмма (В) вы- флуоресцентный рентгенорадиометрибраны из условия L:Í:8=6:2:1. ческий анализ. И., Атомиздат, 1973, с, 122.

2. Патент США Н 3944822, кл. 250-272, опублик. 1976 (прототип) .

1000 869

Составитель К., Кононов

Редактор А. Мотыль Техред Ж. Кастелевич Корректор Н. Коста

Заказ 1368/44 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб-., д 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,4