Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества и устройство для его осуществления

 

1. Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским . или гамма-излучением, регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым ,не-, « СОЮЗЙМ 1J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (р Г 01 М 23/223 г

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ществом первичного излучения и нахождении содержания определяемого элемента по отношению интенсивностей

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3558720/ 18-25 (25) 3558004/18-25 (22) 28.02.83 (46) 30.03.84. Бюл. r 12 (72) M.Á.Ýíêåð, А.Н.Лезин, Г.E.Êîäåсов, С.Ю.Коломицин и Н.П. Пуха (71) Казахский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. С.N.Êèðoâà (53) 539. 1.06(088.8) (56) 1. Леман Е.П. Рентгенорадиометрический метод опробования месторожде- ний цветных и редких металлов. Л., "Недра", 1978, с. 22-24.

2. Авторское свидетельство СССР

Н- 41 8131, кл. 4 01 Т 1/20, 1972 (прототип).

3. Авторское свидетельство СССР

1."- 410298, кл. Ц 01 N 23/22, 1971 (прототип). (54) СПОСОБ ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО РЕНТГЕ=

НОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СОСТАВА

ВЕЩЕСТВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) 1. Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским, или гамма-излучением, регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым .ве- .

„„SU„„1083100 А его характеристического излучения и рассеянного излучения, о т л и ч а " ю шийся тем, что,. с целью повышения точности определения малых содержаний элементов путем снижения инструментальной составляющей погрешности, вторичную мишень изготавливают из двух или более элементов с атомным номером на 1-3 единицы меньше, чем атомный номер определяемого элемента, а интенсивности их характеристического излучения подбирают так, чтобы в области спектра вторичного излучения, Pg где регистрируется аналитическая линия определяемого элемента, образовалось плато.

2. Устройство для рентгенорадиометрического анализа состава вещества, содержащее источник первичного излучения, расположенный в коллимационном канале, вторичные мишени, прободержатель и сцинтилляционный Ю или пропорциональный детектор в колли- 00 мационном канале, о т л и ч а ю — СФР щ е е с я тем, что,.с целью снижения аппаратурной погрешности анализа, вторичные мишени расположены в коллимационном канале детектора и выполнены с возможностью регулирования их площадей и расположения относительно оси коллимационного канала.

1 1083

Изобретение относится к флуоресцентному рентгенорадиометрическому анализу, применяемому для определения содержания элементов в средах сложного состава.

Известен способ рентгенорадиометрического анализа, в котором исследуемое вещество облучают потоком -квантов, регистрируют интенсивности флуоресцентного рентгеновского излучения определяемого элемента и рассеянного излучения пропорциональным или сцинтилляционным счетчиком, и находят содержание определяемого элемента по соотношению измеренных интенсивнос15 тей (11.

При этом способе анализа существенно улучшить точность определения малых содержаний можно за счет снижения величины инструментальной погреш20 ности. Эта погрешность в реальном рентгенорадиометрическом анализаторе связана в основном с нестабильностью коэффициента преобразования дифференциального дискриминатора.

Наиболее близким к предлагаемому является способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийся в облучении

его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением, регистрации

30 сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым веществом 35 первичного излучения и нахождении содержания определяемого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучения и рассеянного излучения (23. 40

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рентгенорадиометрического анализа вещества, содержащее источник первичного излучения, расположенный в коллимационном канале 45 вторичные мишени, прободержатель и сцинтилляционный или пропорциональный детектор в коллимациорном кана.— ле 533.

Излучение вторичной мишени исполь-50 зуют для стабилизации положения спектра. Это значительно усложняет установку, снижает полезную импульсную загрузку спектрометра, но не устраняет дрейф порогов дифференциального 55 дискриминатора. Поэтому определение с достаточной точностью малых содержаний элементов затруднительно °

100 2

Цель изобретения — повышение точности определения малых содержаний элементов путем уменьшения величины инструментальной составляющей погрешности.

Поставленная цель достигается со-. гласно способу флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающемуся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением, регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым веществом первичного излучения и нахождении содержания определяемого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучения и рассеянного излучения, при котором вторичную мишень изготавливают из двух или более элементов с атомным номером на 1-3 единицы меньше, чем атомный номер определяемого элемента, а интенсивности их характеристического излучения подбирают так, чтобы в области спектра вторичного излучения, где регистрируется аналитическая линия определяемого элемента, образовалось плато.

В устройстве для рентгенорадиометрического анализа состава вещества, содержащем источник первичного излучения, расположенный в коллимационном канале, вторичные мишени, прободержатель и сцинтилляционный или пропорциональный детектор в коллимационном канале, вторичные мишени расположены в коллнмационном канале детектора и выполнены с возможностью регули-. рования их площадей и расположения относительно оси коллимационного канала.

На фиг. 1 изображены спектры вто-. ричного излучения без подсветки (кривая 1) и с подсветкой (кривая 2); на фиг. 2 — устройство для реализации способа.

Рассмотрим воэможность такой формулировки спектра на примере определения W по К-серии с использованием сцинтилляционного спектрометра на основе NaI(T), ФЭУ-35 и дифференциального радиометра. Источником первичного излучения служит радионуклид селен-75 активностью 400 мКи.

Энергетическое разрешение по линии с энергией 59,6 кэВ (излучение

An-241) составляет 14Х при сохранении линейности энергетической шкалы.

3 10831

Сравнительно низкая разрешающая способность спектрометра приводит к на- ложению в приборном спектре пика вылета от некогерентного рассеянного излучения с энергией 124 кэВ, 138 кэВ,5 максимума обусловленного некогерентным рассеянием линии 96 кэВ (обозначим их суммарную интенсивность 3 ) и характеристическим излучением определяемого элемента 3„.. Приборный спектр становится сложным и при близких к пороговым концентрациям определяемого элемента в пробе в рабочем канале спектрометра (при определении вольфрама, например, рабочий канал настроен на интервал энергий 55,461,9 кэВ) явно выраженного максимума счета (фиг. 1, кривая 1) не наблюдается, измерения проводятся на склоне пика 3 . Так при определении вольф-

S рама изменение коэффициента усиления

К (или порога дискриминации U ) на +2X приводит к флуктуациям скорости счета на +9X.

С другой стороны, при использова-. 25 нии анализатора импульсов с постоянной шириной дифференциального окна цена канала также будет зависеть от

К и U+, хотя .и менее заметно (в приведенном примере ошибка в измерении ЗО скорости счета вследствие изменения цены канала составит +27). Учитывая, что реальная статистическая погрешность измерений не превышает

О, 1-0,27, требуется стабилизация или настройка К и П* с точностью не хуже

0,02-0,047, что практически выполнимо лишь при использовании многоканальных систем с машинной обработкой приборных спектров.

Прием формирования вторичного спектра для снижения V, заключается в искусственном. добавлении в него фотонов определенных энергий так, чтобы рационально видоизменить форму 45 спектра в рабочем канале (область м- Ы на фиг. 1). Спектральная добавка излучения должна обладать определенными свойствами, основными из которых являются: в области a- q спектра на 5О эталоне с близким к d Cд содержанием определяемого элемента дополнительные линии создают плато; скорость счета на плато должна падать при увеличении Uтак,,чтобы Э.3/ЙК = . 55

= Э3/д% компенсировалось изменением цены канала ЭЕ/еU в шкале сигналов детектора; вклад дополнительного изоо 4 лучения в общую скорость счета в рабочем канале должен быть минимальным.

Перечисленным условиям отвечает характеристическое излучение двух и более мише1ей с Z 4 Еа, возбу даемых рассеянным пробой первичным излучением, но не возбуждаемых аналитической линией, т.е. энергии К-скачков мишеней Е удовлетворяют к м

E.c E

oi линии и первичного излучения соответственно.

Толщина и площадь мишеней, располагаемых в коллиматоре вторичного излучения, подобраны так, что приборный спектр суммарного вторичного излучения пробы С, = 0,0107. и мишеней в области энергий d-olпринял вид, показанный на фиг. 1, кривая 2. В этом случае изменение коэффициента усилия прибора или порога дискриминации анализатора на +2X приводит к 0,027 погрешности измерения аналитической линии. При работе по способу спектральных отношений основная погрешность в определении аналитического параметра и = 3; /3 н обусловлена неточностью определейия некогерентного рассеянного пробой излучения

ÇS„. Относительная чувствительность метода S составляет 2207 и уменьшается незначительно (15X) по сравнению с традиционным вариантом измерений.

Расчетное значение пороговой чувствительности PPM определения вольфрама при V = 0,3Х 0,006ХМ.

Проведенная оценка подтверждена результатами испытаний методики анализа вольфрамовых руд. В классе содержаний 0,02-0,057 среднеквадратичная по.— грешность единичного определения (время анализа 5 мин) составляет по предлагаемой методике 177, что соответствует пороговой концентраций3,006ХИ.

Устройство представляеФ собой свинцовый датчик 3, в котором размещен источник 4 первичного излучения и выполнены каналы-коллиматоры для формирования первичных 5 и вторичных 6 пучков излучений. В коллимационном канале 6 вторичного излучения расположены два микрометрических винта 7, к поверхности которых приклеены мишени 8. Вращая микрометрический винт 7, можно изменять положение мишеней 8 относительно

108З оси коллимационного канале 6, а тем . самым и площадь мишени 8, облучаемую вторичным излучением. Иикрометрические винты 7 выполнены из материала с большим Е для защиты детектора 9 от прямого излучения источника 4.

Устройство работает следующим образом.

Гамма или рентгеновские кванты, !О испускаемые источником 4, проходя через коллиматор 5, облучают пробу

10. Поток излучения от пробы через коллиматор 6 попадает в детектор 9.

Часть этого потока попадает на мишень|

8, вызывая их вторичное излучение, которое также регистрируется детектоРом 9 и трансформирует приборный спектр.

Вращая микрометрический винт 7,,из- щ меняем интенсивность излучения от мишени 8. Используя в качестве мишеней 8 элементы, энергии К-краев поглощения которых меньше энергии рассеянного пробой излучения, можно осу- gg ществить добавку фотонов определенных энергий так, чтобы рационально

100 6 видоизменить форму приборного спектра в интересующей нас области энергий.

Так при определении вольфрама по

К-серии с использованием сцинтилляционного спектрометра и источника первичного излучения селен-75 характеристическое излучение вольфрама накладывается на склон рассеянного пробой излучения. Взяв в качестве мишеней соединения иттербия и тантала, можно сформировать плато в области характеристического излучения вольфрама во вторичном спектре пробы, не содержащей вольфрама.

Взяв в качестве мишени хороший рассеиватель, можно видоизменить спектр в области энергий рассеянного от пробы излучения.

По сравнению с прототипом предлагаемые способ и устройство для его реализации при гораздо более простой технической реализации. позволяют получить большую точность определения малых содержаний элементов. Предлагаемый способ внедрен,для определения содержаний олова и вольфрама.

Составитель N. Викторов

Редактор С. Юско Техред С.Мигунова Корректор М. Шароши

Заказ 1734/38 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, цл. Проектная, 4