Анализатор тяжелых элементов



Анализатор тяжелых элементов
Анализатор тяжелых элементов
Анализатор тяжелых элементов
Анализатор тяжелых элементов

 

G01N23/00 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2612051:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Сибирского отделения Российской академии наук (ГИН СО РАН) (RU)
Жалсараев Батоболот Жалсараевич (RU)

Использование: для рентгеноспектрального анализа тяжелых элементов. Сущность изобретения заключается в том, что анализатор тяжелых элементов содержит рентгеновскую трубку или источник гамма-излучения, коллиматор первичного пучка, держатель образца, два аналитических канала с коллиматорами и фильтрами вторичного излучения, устройство детектирования с рядами детекторов и регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов, при этом держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по сфере рабочей поверхностью на сфере, источник или фокус рентгеновской трубки расположен на упомянутой сфере, в обоих каналах коллиматоры выполнены с входной и выходной щелями, при этом в первом аналитическом канале выходная щель проходит через диаметрально противоположную источнику точку сферы перпендикулярно плоскости осей пучков, а входная щель расположена в плоскости осей пучков между держателем образца и выходной щелью, второй канал предназначен для анализа тория-урана с повышенной чувствительностью, при этом входная щель расположена в плоскости осей пучков, а выходная щель расположена на упомянутой сфере перпендикулярно входной щели под углом рассеяния выше 140°, кроме того, предусмотрена возможность либо перемещения и установки устройства детектирования под пучки на выходе обоих каналов, либо использования в канале тория-урана второго устройства детектирования. Технический результат: обеспечение возможности анализа тория и урана с повышенной чувствительностью наряду с элементами легче висмута, увеличена производительность анализов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к анализаторам и спектрометрам для рентгенофлуоресцентного анализа состава веществ.

Известны рентгеновские спектрометры, содержащие источник излучения, держатель образца и полупроводниковый детектор (Бахтиаров А.В. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ в геологии и геохимии. - Л.: Недра, 1985).

Недостаток этих спектрометров заключается в том, что рассеянное от пробы излучение снижает контрастность сигнала или перегружает детектор.

При низких энергиях велики наложения и матричные эффекты.

За прототип принят анализатор тяжелых элементов, содержащий источник рентгеновского или гамма-излучения, коллиматор и фильтр первичного пучка, держатель образца, два аналитических канала с коллиматорами и фильтрами вторичного излучения, устройства детектирования с рядами детекторов и регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов (М.Е.А. Robertson. British patent №2196113, 1988; US patent №5020084, 1991).

Два канала с 12 детекторами из особо чистого германия расположены под углом около 90° к первичному пучку вдоль оси контейнера с образцом длиной 30 см. Длина ряда детекторов и анализируемой зоны 6-7 см. По излучению К-серии одновременно с золотом определяют торий и уран.

Недостатком прототипа является то, что для определения элементов легче висмута, в том числе золота и платины, оптимален угол 90°, но пик рассеянного на 90° тормозного излучения совпадает с Kα-линиями тория и урана (табл. 1), из-за чего снижается чувствительность анализа тория и урана.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности анализа с повышенной чувствительностью тория и урана наряду с элементами легче висмута.

Для достижения указанного технического результата в анализаторе тяжелых элементов, содержащем рентгеновскую трубку или источник гамма-излучения, коллиматор первичного пучка, держатель образца, два аналитических канала с коллиматорами и фильтрами вторичного излучения, устройство детектирования с рядами детекторов и регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов, согласно изобретению, держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по сфере рабочей поверхностью на сфере, источник или фокус рентгеновской трубки расположен на упомянутой сфере, в обоих каналах коллиматоры выполнены с входной и выходной щелями, при этом в первом аналитическом канале выходная щель проходит через диаметрально противоположную источнику точку сферы перпендикулярно плоскости осей пучков, а входная щель расположена в плоскости осей пучков между держателем образца и выходной щелью, второй канал предназначен для анализа тория-урана, при этом входная щель расположена в плоскости осей пучков, а выходная щель расположена на упомянутой сфере перпендикулярно входной щели под углом рассеяния выше 140°, кроме того, предусмотрена возможность либо перемещения и установки устройства детектирования под пучки на выходе обоих каналов, либо использования в канале тория-урана второго устройства детектирования.

Предпочтительно использовать рентгеновскую трубку с выходом излучения с ее торца и совместить ось пучка электронов с входной щелью первого канала.

Предлагаемый анализатор представлен схематически:

на фиг. 1 - схема анализатора в плоскости осей пучков и входных щелей;

на фиг. 2 - поперечные разрезы по оси коллиматоров вторичных пучков.

Анализатор содержит в качестве источника 1 рентгеновскую трубку или источник гамма-излучения, например, изотоп Со57.

Устройство 2 детектирования содержит расположенные в ряд детекторы 3 и регистрирующую аппаратуру 4, подключенную к выходам детекторов.

В держателе 5 образца установлена кювета 6 с образцом 7.

Держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по сфере рабочей поверхностью на сфере.

Источник 1 или фокус рентгеновской трубки расположен в точке F1 сферы.

Анализатор содержит коллиматор 8 и фильтр 9 первичного пучка.

Первый (основной) аналитический канал содержит коллиматор 10 и фильтр 11. Коллиматор 10 выполнен с входной 12 и выходной 13 щелями.

В первом аналитическом канале выходная щель 13 коллиматора 10 проходит через диаметрально противоположную источнику точку F2 сферы перпендикулярно плоскости осей пучков.

Входная щель 12 расположена в плоскости осей пучков (в плоскости фиг. 1) между держателем 5 образца и выходной щелью 13.

Второй канал предназначен для анализа тория-урана с повышенной чувствительностью и содержит коллиматор 14 и фильтр 15. Коллиматор 14 выполнен с входной 16 и выходной 17 щелями.

При этом входная щель 16 коллиматора 14 расположена в плоскости осей пучков. Выходная щель 17 расположена на упомянутой сфере под углом рассеяния θs выше 140° перпендикулярно входной щели 16 (и проходит через точку F4 сферы под углом θs).

Кроме того, предусмотрена возможность либо перемещения и установки устройства 2 детектирования под пучки на выходе обоих каналов, либо использования и размещения в канале тория-урана второго устройства 18 детектирования с детекторами 19.

Во втором случае можно использовать регистрирующую аппаратуру 20, подключенную к детекторам 19.

В качестве источника 1 предпочтительно использовать рентгеновскую трубку с выходом излучения с ее торца. При этом ось F1F пучка электронов в рентгеновской трубке совмещена с входной щелью 12 первого канала.

На схемах не показаны узлы смены проб, фильтров и другие детали.

Выходные щели 13 и 17 коллиматоров 10 и 14 можно сместить внутрь сферы и разместить детекторы на линиях, проходящих через точки F2 и F4.

В поперечных сечениях вторичные пучки сужаются во входных щелях 12 и 16 коллиматоров 10 и 14 и далее расширяются (фиг. 2).

Устройство 2 детектирования можно выполнить с возможностью поворота вокруг оси, проходящей через точку F5 окружности, равноудаленной от детекторов и осей каналов.

В первом канале использован фильтр 11 из элементов с K-краем поглощения выше энергии линии, контрастность которой необходимо увеличить. В канале тория-урана фильтр 15 выполнен из слоев свинца и ниже.

Выбор угла θs в канале тория-урана зависит от габаритов узлов и толщины защиты между ними. Угол θs возрастает при удалении точки F1 от F3.

Толщина защиты из тяжелых элементов должна быть выше 1-2 см для поглощения излучения с большой проникающей способностью.

Анализатор тяжелых элементов работает следующим образом.

Образцы облучают и по спектру судят о содержании элементов. Анализ ведут в автоматическом режиме. Расчет концентраций производят известными методами.

Существенно, что образцы осесимметричны и позволяют усреднить возможные неоднородности путем вращения образца.

При выполнении анализатора радиус сферы можно выбрать 4-10 см. Можно использовать рентгеновскую трубку на 150 кВ мощностью 2-3 кВт.

В разные каналы можно установить одинаковые или разные детекторы. Например, в первом канале можно установить 4-12 детекторов из германия толщиной до 5 мм, а в канале тория-урана - столько же детекторов из теллурида кадмия толщиной 1,8-2,5 мм.

В компактном варианте можно использовать изотопный источник, например, Со57 активностью 100-500 мкюри (ТУИ-107-69).

Излучение изотопного источника не поляризовано, но схема обеспечивает регистрацию излучения в минимуме сечения под 90°.

В случае монохроматического источника фильтр 9 можно исключить.

В первом канале контрастность линий элементов легче висмута повышена с учетом поляризации и за счет регистрации излучения в минимуме сечения рассеяния под 90°.

Под большими углами рассеяния роль поляризации в снижении фона мала. Существенно то, что во втором канале пик (максимум) рассеянного на большие углы излучения отодвигается от Kα-линии тория и урана. Излучение меньшей энергии легче подавить фильтром-поглотителем 15.

При потенциале 125 -135 кВ фильтр 9 из олова толщиной 4-5 мм пропускает излучение с максимальной интенсивностью в районе 115-120 кэВ.

В первом канале пик рассеянного на 90° излучения расположен в районе 93-100 кэВ и совпадает с Kα-линиями тория и урана с энергиями 93,34 и 98,44 кэВ (табл. 1). Торий и уран можно определять и в первом канале по слабым Kβ-линиям, но это требует в 4-5 раз больше времени.

В канале же тория-урана пик комптоновского рассеяния сдвигается в район 83 кэВ и контрастность всех линий K-серии тория-урана и чувствительность анализа повышается.

Таким образом, обеспечена возможность анализа с повышенной чувствительностью тория и урана наряду с элементами легче висмута, увеличена производительность анализов.

Заявляемый анализатор тяжелых элементов может быть востребован в геологии, экологии, горнорудной и других отраслях науки и производства.

1. Анализатор тяжелых элементов, содержащий рентгеновскую трубку или источник гамма-излучения, коллиматор первичного пучка, держатель образца, два аналитических канала с коллиматорами и фильтрами вторичного излучения, устройство детектирования с рядами детекторов и регистрирующую аппаратуру, подключенную к выходам детекторов, отличающийся тем, что держатель образца выполнен с возможностью установки образца с плоской или вогнутой по сфере рабочей поверхностью на сфере, источник или фокус рентгеновской трубки расположен на упомянутой сфере, в обоих каналах коллиматоры выполнены с входной и выходной щелями, при этом в первом аналитическом канале выходная щель проходит через диаметрально противоположную источнику точку сферы перпендикулярно плоскости осей пучков, а входная щель расположена в плоскости осей пучков между держателем образца и выходной щелью, второй канал предназначен для анализа тория-урана с повышенной чувствительностью, при этом входная щель расположена в плоскости осей пучков, а выходная щель расположена на упомянутой сфере перпендикулярно входной щели под углом рассеяния выше 140°, кроме того, предусмотрена возможность либо перемещения и установки устройства детектирования под пучки на выходе обоих каналов, либо использования в канале тория-урана второго устройства детектирования.

2. Анализатор по п. 1, отличающийся тем, что использована рентгеновская трубка с выходом излучения с ее торца, при этом ось пучка электронов в трубке совмещена с входной щелью первого канала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью прецизионной нейтронной спектрометрии, основанной на использовании метода спин-эхо малоуглового рассеяния.

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения границ раздела сред в сепараторах сырой нефти включает облучение сепаратора с отстоявшимся скважинным флюидом, регистрацию гамма-квантов и анализ полученных спектров гамма-квантов.

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения массы кислорода в кислородосодержащем потоке включает облучение кислородосодержащего потока и регистрацию гамма-квантов.

Изобретение относится к области исследований конденсированных сред нейтронами, в частности методики диагностики неоднородного состояния или низкочастотной динамики среды.

Изобретение относится к способу рентгенофазового определения криолитового отношения при электролитическом получении алюминия и может быть использовано при определении состава электролита.

Изобретение относится к рентгено-абсорбционным анализаторам содержания серы в нефти и нефтепродуктах и может быть использовано для измерения концентрации серы в технологических трубопроводах в потоке анализируемой среды.

Использование: для формирования изображения быстропротекающего процесса с помощью протонного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает ввод протонного пучка, по крайней мере, в один магнитооптический канал, изменение ширины протонного пучка на разные величины, которое осуществляют последовательно в одном и том же магнитооптическом канале, для этого либо после прохождения части протонных сгустков через рассеиватель его удаляют или изменяют толщину, а затем пропускают оставшуюся часть протонных сгустков, либо следующие друг за другом протонные сгустки смещают относительно друг друга с помощью магнитных линз и, используя разнотолщинный рассеиватель, смещенные протонные сгустки пропускают через области рассеивателя с разной толщиной, после прохождения рассеивателя с помощью системы согласующих магнитных линз формируют протонный пучок с параметрами, соответствующими параметрам области исследования и последующей магнитооптической системы формирования протонного изображения, и просвечивают область исследования, пропуская поочередно протонные сгустки различной ширины, при использовании нескольких магнитооптических каналов просвечивание области исследования осуществляют под разными углами, после чего прошедший протонный пучок направляют в магнитооптическую систему формирования протонного изображения, состоящую, по крайней мере, из двух различных по апертуре линзовых систем, апертура каждого набора соответствует протонному пучку определенной ширины, оба набора линз системы формирования теневого протонного изображения размещают последовательно в одном магнитооптическом канале.

Группа изобретений относится к области аналитических исследований и может быть использована в нефтехимической промышленности для качественного и количественного обнаружения полиароматических гетероциклических серосодержащих соединений в нефтепродуктах.
Изобретение относится к области радиационной дефектоскопии изделий, основанной на просвечивании изделий гамма-излучением и регистрации излучения, прошедшего через изделие.

Использование: для оценки фактического состояния и остаточного ресурса эксплуатации трубных изделий энергетического оборудования. Сущность заключается в том, что из трубы, проработавшей в энергетическом оборудовании, подготавливают один образец, а также два эталона из трубы, не бывшей в эксплуатации.
Наверх