Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов



Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов
Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов
Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов
Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов

 


Владельцы патента RU 2612734:

Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" (RU)

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов, в частности, для обнаружения алмазов в породе - кимберлите. Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов выполнена в виде соединенных между собой линиями связи и питания двух модулей - модуля оператора, включающего в себя систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, и досмотрового модуля-контейнера, в котором размещены устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, система детекторов гамма-излучения и защита детекторов гамма-излучения, а также бункеры концентрата и пустой руды. Контейнер снабжен загрузочным бункером с дозатором, оборудование досмотрового модуля размещено на раме. Устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов выполнено в виде привода с лотком с возможностью высыпания его содержимого в зависимости от результата облучения. Спектроскопический канал детекторов гамма-излучения снабжен системой термокоррекции. Защита детекторов гамма-излучения выполнена из материалов с атомным номером Z больше 70. Технический результат – повышение вероятности обнаружения алмазов, находящихся в кусках кимберлитовой руды. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов, в частности, для обнаружения алмазов в породе - кимберлите.

Известно принятое за прототип устройство для обнаружения алмазов в кимберлите - патент РФ №2521723, содержащее транспортер подачи кимберлита в область облучения его потоком быстрых нейтронов, под которым расположен ускоритель дейтронов в качестве источника быстрых нейтронов, детекторы гамма-излучения, расположенные над транспортером, систему питания, систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, в качестве источника быстрых нейтронов используется портативный нейтронный генератор, в котором протекает бинарная реакция d+t→α(3,5 МэВ)+n(14,1 МэВ), где d - дейтроны, t - тритоны, α - альфа-частицы, n - нейтроны, при энергии дейтронов, падающих на тритиевую мишень, - 100 кэВ, при этом значения энергий альфа-частицы и нейтрона составляют 3,5 МэВ и 14,1 МэВ соответственно, притом портативный нейтронный генератор снабжен встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, устройство снабжено системой детекторов гамма-излучения, расположенной над транспортером, альфа-детектор и система детекторов характеристического гамма-излучения соединены с электроникой приема и анализа данных, которая с помощью линий связи соединена с системой управления устройством; устройство снабжено защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от портативного нейтронного генератора.

В прототипе, как и в предлагаемом решении, используется способ обнаружения алмазов в кимберлитовой руде (кимберлиите), основанный на регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах исследуемого вещества. Исходя из анализа полученной информации производится сепарация кусков кимберлита с алмазами. Оба данных решения предназначены для решения следующих технических задач - обнаружения крупных алмазов (более 5 каратов) в кимберлите до стадии дробления кусков породы, что позволит предотвратить разрушение крупных алмазов и приведет к значительному повышению производительности добычи крупных алмазов.

Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие: установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов, содержащая устройство подачи кимберлита в область облучения его потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, расположенный под облучаемым кимберлитом на устройстве подачи, систему детекторов гамма-излучения, расположенную над облучаемым кимберлитом на устройстве подачи, защиту детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от портативного нейтронного генератора, расположенную под облучаемым кимберлитом на устройстве подачи, систему питания, систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством.

Известное устройство-прототип не обеспечивает высокую вероятность обнаружения алмазов. Это связано с особенностью конструкции устройства: устройству подачи в виде транспортера свойственны вибрации и, как следствие, возможное появление электромагнитных наводок, а также различное положение породы относительно облучателя и детекторов гамма-излучения; устройство не защищено как от производственной, так и внешней пыли, а также от влияния перепадов рабочих температур; защита из полиэтилена или из композиции полиэтилена и железа имеет недостаточный коэффициент подавления фоновой нейтронной загрузки гамма-детекторов.

Согласно изложенному, вероятность обнаружения алмазов в кусках кимберлитовой руды при фиксированном времени набора статистики не достигает требуемой по техническим условиям величины на уровне 95%, при этом вероятность "ложных" срабатываний системы обнаружения алмазов достигает 10-15%.

Предлагаемое изобретение предназначено для решения следующей технической задачи - повышения вероятности обнаружения алмазов, находящихся в кусках кимберлитовой руды.

Для решения данной технической задачи в установке для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов, содержащей устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, расположенный под облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, систему детекторов гамма-излучения, расположенную над облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, защиту детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от портативного нейтронного генератора, расположенную под облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, систему питания, систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, согласно изобретению установка выполнена в виде соединенных между собой линиями связи и питания двух модулей - модуля оператора, включающего в себя систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, и досмотрового модуля, в котором размещены устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, система детекторов гамма-излучения и защита детекторов гамма-излучения, а также бункеры концентрата и пустой руды; при этом досмотровый модуль выполнен в виде контейнера, в верхней части которого расположен загрузочный бункер; внутри контейнера расположена рамная конструкция, на которой закреплены заключенный в пылезащитный кожух блок нейтронного генератора, включающий портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, систему детекторов гамма-излучения и защиту детекторов гамма-излучения, размещенный под загрузочным бункером дозатор кимберлитовой руды для заполнения лотка определенным фиксированным ее количеством, устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, выполненное в виде привода с лотком с возможностью как высыпания его содержимого, в зависимости от результатов облучения, в бункеры концентрата или пустой руды, так и совершения возвратно-поступательного движения, фиксированными положениями которого являются область под дозатором, область облучения содержимого лотка потоком меченых нейтронов, расположенная над нейтронным генератором, и область расположения бункеров для отсортированной кимберлитовой руды; спектроскопический канал детекторов гамма-излучения снабжен системой термокоррекции, состоящей из термодатчика, закрепленного на кристалле детектора, в тепловом контакте с ним, амплитудно-цифрового преобразователя и одноплатного миникомпьютера, при этом термодатчик соединен линией связи и линией питания с амплитудно-цифровым преобразователем, который соединен системной шиной с одноплатным миникомпьютером, подключенным к системе питания и к системе приема и анализа сигналов модуля оператора; защита детекторов гамма-излучения выполнена из материалов с атомным номером Z больше 70 (вольфрам, тантал), толщина которой в направлении прямого попадания нейтронного потока, испущенного нейтронным генератором, в детекторы гамма-квантов характеризуется коэффициентом его подавления, на уровне не менее 35 (для вольфрама и тантала толщина защиты составляет ~15 см).

Дополнительно, внутри контейнера размещена видеокамера с выводом видеосигнала в модуль оператора; также применен портативный нейтронный генератор с повышенной зоной досмотра и повышенной гранулярностью - не менее 192 пучков меченых нейтронов.

Отличительными признаками предлагаемого технического решения от известного, принятого за прототип, являются следующие: установка выполнена в виде соединенных между собой линиями связи и питания двух модулей - модуля оператора, включающего в себя систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, и досмотрового модуля, в котором размещены устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, система детекторов гамма-излучения и защита детекторов гамма-излучения, а также бункеры концентрата и пустой руды; при этом досмотровый модуль выполнен в виде контейнера, в верхней части которого расположен загрузочный бункер; внутри контейнера расположена рамная конструкция, на которой закреплены заключенный в пылезащитный кожух блок нейтронного генератора, включающий портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, систему детекторов гамма-излучения и защиту детекторов гамма-излучения, размещенный под загрузочным бункером дозатор кимберлитовой руды для заполнения лотка определенным фиксированным ее количеством, устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, выполненное в виде привода с лотком с возможностью как высыпания его содержимого, в зависимости от результатов облучения, в бункеры концентрата или пустой руды, так и совершения возвратно-поступательного движения, фиксированными положениями которого являются область под дозатором, область облучения содержимого лотка потоком меченых нейтронов, расположенная над нейтронным генератором, и область расположения бункеров для отсортированной кимберлитовой руды; спектроскопический канал детекторов гамма-излучения снабжен системой термокоррекции, состоящей из термодатчика, закрепленного на кристалле детектора, в тепловом контакте с ним, амплитудно-цифрового преобразователя и одноплатного миникомпьютера, при этом термодатчик соединен линией связи и линией питания с амплитудно-цифровым преобразователем, который соединен системной шиной с одноплатным миникомпьютером, подключенным к системе питания и к системе приема и анализа сигналов модуля оператора; защита детекторов гамма-излучения выполнена из материалов с атомным номером Z больше 70, толщина которой в направлении прямого попадания нейтронного потока, испущенного нейтронным генератором, в детекторы гамма-квантов характеризуется коэффициентом его подавления, на уровне не менее 35. Дополнительно, внутри контейнера размещена видеокамера с выводом видеосигнала в модуль оператора; также применен портативный нейтронный генератор с повышенной зоной досмотра и повышенной гранулярностью - не менее 192 пучков меченых нейтронов.

Выбор такой пассивной защиты гамма-детекторов из вольфрама (тантала) продиктован наиболее оптимальным соотношением между эффективностью регистрации характеристического излучения углерода с энергией 4.44 МэВ и фоновой загрузкой гамма-детекторов, обусловленной прямым попаданием нейтронов, испущенных нейтронным генератором, после прохождения защиты выбранной толщины (эффективность регистрации гамма-квантов определяется как произведение геометрической эффективности на собственную эффективность детектора); при увеличении толщины защиты геометрическая эффективность системы гамма-детекторов уменьшается, т.к. увеличивается расстояние от гамма-детекторов, которые должны находиться вне зоны меченого пучка нейтронов, до облучаемой кимберлитовой породы.

Кроме этого при увеличении толщины защиты уменьшается величина потока нейтронов с энергией 14.1 МэВ, падающих на исследуемое количество кимберлитовой руды, и, как следствие, уменьшается выход характеристического излучения с энергией 4.44 МэВ за одно и то же время измерения. А это, в свою очередь, приводит к существенному уменьшению статистики зарегистрированных событий, требуемой для достоверного обнаружения алмазов в кимберлитовой породе. Следует отметить, что выбор защиты из вольфрама (тантала) позволит, по сравнению с прототипом, где защита детекторов выполнена из железа, либо из слоев железа и полиэтилена одинаковой толщины, подавить нейтронную фоновую загрузку детекторов более чем в 2 раза.

Благодаря наличию данных отличительных признаков повышается вероятность обнаружения алмазов, находящихся в кусках кимберлитовой руды, за счет:

- использования вместо громоздкого транспортера достаточно простого механизма подачи лотка в область облучения его потоком меченых нейтронов, заполненного кимберлитовой рудой, что повышает точность последовательной установки лотка в одном и том же положении в области облучения его потоком меченых нейтронов, что гарантирует практически отсутствие систематических ошибок при наборе статистики событий, зарегистрированных гамма-детекторами, что, в свою очередь, повышает достоверность процедуры обнаружения алмазов в кусках кимберлитовой руды; при этом снижается уровень всевозможных вибраций фермы, на которой расположены гамма-детекторы и нейтронный генератор, а это, в свою очередь, исключает появление возможных электромагнитных наводок в системе регистрации альфа и гамма-излучения, что также позволит повысить уровень достоверности процесса обнаружения алмазов, а также понизит уровень запыленности всего оборудования;

- наличия контейнера, в котором расположен нейтронный модуль, что позволяет производить работы по обнаружению алмазов независимо от климатических условий, что, с одной стороны, существенно расширяет возможность использования предлагаемого устройства, в том числе климатических, а с другой - позволит поддерживать температуру внутри контейнера на более постоянном уровне, что приведет к уменьшению величины поправок, определяемых системой термокоррекции и вводимых для корректного анализа амплитудных спектров событий, зарегистрированных гамма-детекторами, а это, как следствие, приведет к повышению достоверности обнаружения алмазов в кусках кимберлитовой руды;

- использования системы термокоррекции откликов гамма-детекторов при вариации температуры окружающей среды в пределах от -30°C до +50°C, что позволяет корректно ввести поправки на измеренные амплитудные и временные распределения событий, зарегистрированных альфа- и гамма-детекторами, что, в свою очередь, способствует повышению достоверности процедуры обнаружения алмазов в облучаемых кусках кимберлита и уменьшению вероятности «ложных срабатываний»;

- использования пассивной защиты гамма-детекторов из материалов с атомным номером Z больше 70 (вольфрам, тантал) от прямого попадания в них нейтронов с энергией 14.1 МэВ, испущенных нейтронным генератором в телесный угол 4 π; из элементов, либо их композиций, характеризующихся коэффициентом k подавления нейтронной загрузки гамма-детекторов на уровне более 35, что позволяет существенно уменьшить загрузку гамма-детекторов фоновым нейтронным излучением, что, в свою очередь, приведет к сохранению основных параметров системы регистрации характеристического излучения углерода (алмаза) в совпадениях с соответствующим сигналом с альфа-детектора (энергетического и временного разрешений), постоянство значений которых позволяет на уровне высокой достоверности (~95-98%) и низкой вероятности «ложных» срабатываний обнаруживать наличие алмазов в кусках кимберлита, облучаемых потоками меченых нейтронов;

- наличия видеокамеры, что также повышает вероятность обнаружения алмазов, обеспечивая постоянный контроль за процессом работы устройства;

- выполнения нейтронного генератора с гранулярностью не менее 192, что обеспечивает уменьшения линейных размеров вокселя (элемента поверхности облучаемого куска кимберлитовой породы, определяемого размерами соответствующего ему пикселя альфа-детектора), что, в свою очередь, приводит к уменьшению минимально обнаруживаемой массы алмаза, к увеличению отношения эффект/фон, а следовательно, и к увеличению вероятности обнаружения алмаза в куске кимберлитовой руды и к уменьшению вероятности ложных срабатываний.

Данное устройство может быть использовано как при промышленной переработке кимберлитовой руды для добычи алмазов, так и для выявления алмазов в пробах при геологоразведке.

Предлагаемое техническое решение поясняется фиг. 1-6.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для сухого обогащения кимберлитовой руды.

На фиг. 2 изображен блок нейтронного генератора.

На фиг. 3 изображена внутренняя часть модуля досмотра - рамная конструкция с оборудованием.

На фиг. 4 приведена схема работы устройства для обогащения руды.

На фиг. 5 изображена функциональная схема системы термокоррекции спектров характеристического гамма-излучения, регистрируемого детектором гамма-излучения.

На фиг. 6 изображены два реальных экспериментальных спектра гамма-квантов характеристического излучения углерода (алмаза), зарегистрированного гамма-детекторами в совпадениях с сигналами с альфа-детектора.

На фиг. 1-4 изображена схема устройства для сухого обогащения кимберлитовой руды 30, которое состоит из двух модулей - модуля оператора 19 и модуля досмотра 20, соединенных между собой линиями связи и питания 24. Модуль оператора 19 включает в себя рабочее место оператора 21, систему 22 (персональный компьютер) приема и анализа сигналов, поступающих с альфа- и гамма-детекторов 2, а также систему управления установкой в целом. Модуль досмотра 20 включает в себя контейнер 23, внутри которого размещены: камера видеонаблюдения 5, система 33 гамма-детекторов 2, расположенных над устройством подачи 16 лотка 3 с кимберлитовой рудой 30 в область облучения ее потоком меченых нейтронов 13, загрузочный бункер 1, дозатор породы 12, узел 34, включающий нейтронный генератор 10 с блоком его управления 9, бункер для концентрата 8, бункер 7 для пустой породы, шкаф управления 6 системой подачи 16 лотка 3 в область облучения его потоком меченых нейтронов 13, шкаф 4, в котором размещена электроника приема и предварительного анализа сигналов, поступающих с альфа и гамма-детекторов 2 по линиям связи 25. Над входной дверью 28 в модуль досмотра 20 установлен световой индикатор 29, включенное состояние которого свидетельствует о наличии нейтронного излучения, создаваемого генератором 10. Предусмотрена блокировка, гарантирующая отключение нейтронного генератора 10 при попытке открытия входной двери 28 в модуль досмотра 20.

На фиг. 2 более подробно изображена система гамма-детекторов 2 с пассивной защитой 14 от прямого попадания в них нейтронного излучения, а также узел, состоящий из нейтронного генератора 10 и блока его управления 9. На этом же рисунке изображено положение лотка 3 с кимберлитовой породой рудой 30 относительно расположения гамма-детекторов 1 и защиты 14 при облучении его потоком меченых нейтронов. Портативный нейтронный генератор 10 с блоком его управления 9, а также с пассивной защитой 14 укреплены на раме 17 блока нейтронного генератора.

На фиг. 3 изображена схема, отражающая композицию расположения блока нейтронного генератора, который с состоит из нейтронного генератора 10, блока его управления 9, системы гамма-детекторов 2, пассивной защиты 14 гамма-детекторов 2 от прямого попадания в них нейтронов, испускаемых нейтронным генератором 10, изготовленной из вольфрама (тантала), закрепленного на рамах 17 и 26, которые, в свою очередь, крепятся к раме 18, а также системы перемещения (привода) 16 лотка 3 между дозатором 12 и бункерами 7 и 8, закрепленными на раме 18. Лоток 3 с помощью системы перемещения 16 совершает возвратно-поступательные движения между двумя крайними (фиксированными) положениями - между дозатором 12 и точкой высыпания содержимого лотка 3 в бункер концентрата 8, либо в бункер пустой породы 7 в зависимости от результата измерения. В модуле досмотра 20 предусмотрен поддон 11 для сбора просыпи - мелкой фракции кимберлитовой руды, появившейся в результате работы дозатора 12. Это гарантирует существенное уменьшение запыленности всех составных элементов модуля досмотра 20. Рама 17 блока нейтронного генератора крепится к раме 18 системы перемещения 16 лотка 3. Портативный нейтронный генератор 10 имеет встроенный в него многоэлементный кремниевый альфа-детектор (на фиг. 1-4 альфа-детектор не показан). Для защиты гамма-детекторов 2 (BGO, LaBr3) от прямой загрузки их нейтронным излучением, испущенных генератором нейтронов 10, предусмотрена пассивная защита 14, выполненная из тяжелых материалов с большим порядковым номером Z и располагающаяся между выходным окном нейтронного генератора 10 и механизмом 16 перемещения лотка 3 в область облучения кимберлитовой руды 30, находящейся в нем, потоком меченых нейтронов 13. Система гамма-детекторов 2 крепится к раме 26, которая, в свою очередь, крепится к общей раме 18, на которой установлена система подачи 16 лотка 3, система гамма-детекторов 2 и нейтронный генератор 10 с блоком его управления 9. Рама 18 крепится путем сварки к металлическому полу 27 контейнера 23. Для предотвращения попадания атмосферных осадков и пыли на установку входная дверь 28 контейнера 23 должна быть постоянно закрытой. Над входной дверью контейнера 23 имеется световой индикатор 29, включенное состояние которого свидетельствует о наличии нейтронного излучения при включенном нейтронном генераторе 10.

Работа установки по обнаружению алмазов в кусках кимберлитовой руды 30 схематически приведена на фиг. 4. Перед началом работы по обнаружению алмазов в кимберлите производится загрузка бункера 1 кусками кимберлитовой руды 30 через решетку 32, которая задает определенные линейные размеры руды 30, поступающей в дозатор 12 (размер кусков кимберлита определяется размером ячейки заранее установленной решетки 32, между дозатором 12 и лотком 3). После этого производится включение модуля оператора 22, альфа- и гамма-детекторов 2, регистрирующей электроники 4, пульта управления нейтронного генератора 10, нейтронного генератора 10 в режим подготовки его к работе, блока управления 6 системы подачи 16 лотка 3. Затем производится перемещение лотка 3 в область расположения дозатора 12, включается дозатор 12 и автоматически производится заполнение лотка 3 кимберлитовой рудой 30. После заполнения лотка 3 требуемым количеством кимберлитовой руды 30 дозатор 12 отключается и затем, с помощью блока управления 6 системы подачи 16 лотка 3, производится его автоматическое перемещение в область облучения потоком меченых нейтронов 13. С помощью пульта управления 22 установкой, находящегося внутри помещения модуля оператора 19, производится включение нейтронного генератора 10 в режим эмиссии нейтронного излучения. Начиная с этого момента, происходит облучение кимберлитовой руды 30, находящейся в лотке 3, потоком меченых нейтронов. Вся информация в режиме "on-line" с альфа и гамма-детекторов 2 поступает в блок регистрирующей электроники 4 по линиям связи 25, где производится предварительный анализ и отбор зарегистрированных событий. Отобранная информация с блока регистрирующей электроники 4 поступает с помощью "Ethernet"-кабеля 24 на компьютер с интерфейсом (он же пульт управления) 22, установленный в модуле оператора 19. В течение определенного времени, задаваемого программой идентификации алмазов, производится набор требуемой статистики зарегистрированных альфа(гамма)-совпадений для получения ответа на вопрос: наблюдается ли наличие алмазов 31 в облучаемой массе кимберлитовой руды 30, находящейся в лотке 3, или же нет. По окончании набора требуемой статистики нейтронный генератор 10 автоматически отключается и на дисплее интерфейса оператора 22 появляется однозначная информация о наличии либо отсутствии алмазов 31 в данном количестве руды 30, находящейся в лотке 3. После этого с помощью блока управления 6 и механизма подачи 16 лотка 3 он автоматически перемещается в область расположения селектора 15 кимберлитовой породы 30, с помощью которого, в зависимости от результата анализа содержимого лотка 3 на предмет наличия в нем алмазов 31, осуществляется высыпание содержимого лотка 3 в бункер 8 концентрата кимберлитовой руды 30 либо в бункер 7 пустой кимберлитовой руды 30. Затем процедура по указанному выше сценарию повторяется: лоток 3 вновь перемещается в область дозатора 12, производится заполнение лотка 3 кимберлитовой рудой 30 с последующим перемещением его в область облучения руды 30 потоком меченых нейтронов 13. Производится облучение руды 30, находящейся в лотке 3, потоком меченых нейтронов. После этого лоток 3 перемещается в область расположения селектора 15 и в зависимости от результата анализа содержимого лотка 3 на предмет наличия в нем алмазов 31 осуществляется высыпание содержимого лотка 3 в бункер 8 концентрата кимберлитовой руды 30 либо в бункер 7 пустой кимберлитовой руды 30.

На фиг. 5 изображена функциональная схема системы термокоррекции спектров характеристического гамма-излучения, регистрируемого детектором гамма-излучения 2. Система термокоррекции включает в себя термодатчик 38, амплитудно-цифровой преобразователь (АЦП) 39, одноплатный компьютер 40, подключенный к модулю управления с интерфейсом и блоком управления программ приема и обработки данных 22.

Термодатчик 38 установлен в корпусе детектора гамма-излучения 2, непосредственно на кристалле BGO (LaBr3) в тепловом контакте с ним (детектор гамма-излучения 2 включает в себя кристалл BGO (LaBr3), фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) 36 и высоковольтный делитель 37 к нему). Высоковольтное питание детектора гамма-излучения 2 осуществляется с помощью блока высоковольтного питания 35. На термодатчик 38 подается постоянное напряжение +5 В через плату АЦП 39. Сигнал с термодатчика 38, пропорциональный температуре кристалла BGO (LaBr3), преобразовывается в цифровой код. С помощью одноплатного компьютера 40, на котором установлена плата АЦП 39, обрабатывается цифровой сигнал с термодатчика 38 и определяется коэффициент температурной коррекции амплитуды сигнала, поступившего с детектора гамма-излучения 2 в данный момент на модуль управления с блоком программ приема и обработки данных 22. Сигнал с детектора гамма-излучения 2 поступает в компьютер блока электроники сбора данных блока управления 22 и преобразуется в цифровой код. Все компьютеры системы термокоррекции и блока электроники сбора данных объединены в общую компьютерную сеть с помощью Ethernet-разветвителя 41. Цифровая информация о коэффициентах термокоррекции и об амплитуде сигнала с детектора гамма-излучения 2 передается с помощью сетевого Ethernet-разветвителя 41 в модуль управления с интерфейсом и блоком программ приема и обработки данных 22, с помощью которых производится анализ и построение амплитудных спектров сигналов с детектора гамма-излучения 2, как с использованием найденных коэффициентов термокоррекции (корректированный спектр), соответствующих определенной температуре окружающей среды, так и без их учета (спектр без коррекции). Питание одноплатного компьютера 40 осуществляется от блока питания постоянного напряжения +5 В (собственного или общего для других элементов блока электроники 4).

На фиг. 6 изображены два реальных экспериментальных спектра гамма-квантов характеристического излучения углерода (алмаза), зарегистрированного гамма-детекторами 2 в совпадениях с сигналами с альфа-детектора: а) кусок кимберлитовой руды 30 без наличия алмаза в нем: b) кусок кимберлитовой руды 30 с алмазом массой 1,78 г в нем. Как видно фиг. 6, обнаружение углерода (алмазов) в кимберлитовой руде 30 возможно путем сравнения интенсивностей линии характеристического излучения углерода (алмаза) с энергией 4.44 МэВ, измеренных для каждого вокселя куска кимберлитовой руды 30, с интенсивностью данной линии, найденной путем усреднения интенсивности данной линии по всем вокселям (уровень фона), принадлежащим данному облучаемому куску кимберлитовой руды 30. Наличие превышения измеренной интенсивности линии 4.43 МэВ, хотя бы для одного вокселя, над уровнем фона.

1. Установка для сухого обогащения кимберлитовой руды методом меченых нейтронов, содержащая устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, расположенный под облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, систему детекторов гамма-излучения, расположенную над облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, защиту детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от портативного нейтронного генератора, расположенную под облучаемой кимберлитовой рудой на устройстве подачи, систему питания, систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, отличающаяся тем, что установка выполнена в виде соединенных между собой линиями связи и питания двух модулей - модуля оператора, включающего в себя систему приема и анализа данных с детекторов излучения, систему управления устройством, и досмотрового модуля, в котором размещены устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, система детекторов гамма-излучения и защита детекторов гамма-излучения, а также бункеры концентрата и пустой руды; при этом досмотровый модуль выполнен в виде контейнера, в верхней части которого расположен загрузочный бункер; внутри контейнера расположена рамная конструкция, на которой закреплены заключенный в пылезащитный кожух блок нейтронного генератора, включающий портативный нейтронный генератор со встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, систему детекторов гамма-излучения и защиту детекторов гамма-излучения, размещенный под загрузочным бункером дозатор кимберлитовой руды для заполнения лотка определенным фиксированным ее количеством, устройство подачи кимберлитовой руды в область облучения ее потоком быстрых нейтронов, выполненное в виде привода с лотком с возможностью как высыпания его содержимого, в зависимости от результатов облучения, в бункеры концентрата или пустой руды, так и совершения возвратно-поступательного движения, фиксированными положениями которого являются область под дозатором, область облучения содержимого лотка потоком меченых нейтронов, расположенная над нейтронным генератором, и область расположения бункеров для отсортированной кимберлитовой руды; спектроскопический канал детекторов гамма-излучения снабжен системой термокоррекции, состоящей из термодатчика, закрепленного на кристалле детектора, в тепловом контакте с ним, амплитудно-цифрового преобразователя и одноплатного миникомпьютера, при этом термодатчик соединен линией связи и линией питания с амплитудно-цифровым преобразователем, который соединен системной шиной с одноплатным миникомпьютером, подключенным к системе питания и к системе приема и анализа сигналов модуля оператора; защита детекторов гамма-излучения выполнена из материалов с атомным номером Z больше 70, толщина которой в направлении прямого попадания нейтронного потока, испущенного нейтронным генератором, в детекторы гамма-квантов характеризуется коэффициентом его подавления, на уровне не менее 35.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что внутри контейнера размещена видеокамера с выводом видеосигнала в модуль оператора.

3. Установка по любому из пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что портативный нейтронный генератор имеет гранулярность не менее 192 пучков меченых нейтронов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала включает в себя этапы, на которых осуществляют облучение силикатных отложений нейтронами, регистрацию гамма-квантов, при этом облучение проводят быстрыми нейтронами, регистрацию гамма-квантов проводят после облучения, анализируют спектр гамма-квантов на наличие энергетического пика 1,78±0,18 МэВ от кремния, определяют массу силикатного отложения на единицу длины канала по количеству гамма-квантов указанной энергии в соответствии с градуировочной зависимостью.

Изобретение относится к области нейтронно-радиационного анализа материалов с использованием их облучения тепловыми нейтронами и преимущественно может быть использовано для обнаружения азотосодержащих взрывчатых веществ в контролируемых предметах без их вскрытия.

Изобретение относится к области определения состава скрытых опасных веществ, в том числе находящихся под водой. Устройство для обнаружения скрытых опасных веществ под водой содержит досмотровый модуль, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц, детектор α-частиц, заключенные в вакуумную камеру, детектор γ-излучения и регистрирующую электронику, при этом устройство выполнено в виде автономного модуля с нулевой плавучестью, с возможностью его перемещения оператором; содержит снабженный дугообразной ручкой торпедообразный блок, выполняющий функции герметичного контейнера для подводных работ, в котором размещены источник меченых монохроматических нейтронов, расположенный таким образом, что ось центрального меченого пучка нейтронов совпадает с продольной осью торпедообразного блока, источник питания, регистрирующая электроника; к торпедообразному блоку в передней его части прикреплены два γ-детектора, расположенные симметрично относительно центральной оси меченого пучка нейтронов и на расстоянии от корпуса торпедообразного блока, достаточном для обеспечения защиты слоем воды сцинтилляционных кристаллов γ-детекторов от прямого потока нейтронов, испущенных нейтронным генератором в телесный угол 4π; монитор интерфейса оператора и пульт управления расположены снаружи торпедообразного блока, как правило, на самой ручке; на торпедообразном блоке снаружи установлена световая индикация наличия-отсутствия нейтронного излучения, генерируемого нейтронным генератором.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов, а именно к определению коэффициента вертикальной диффузии выбросов промышленных предприятий в приземном слое атмосферы с помощью нейтронно-активационного анализа.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов с помощью нейтронно-активационного анализа мхов-биомониторов. Способ заключается в том, что в заданном направлении от промышленного предприятия на разных расстояниях от 1 до 5 км отбирают не менее 5 образцов эпифитного мха Pylaisia polyantha (Hedw.) B.S.G.

Использование: для радиационных методов анализа материалов. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение исследуемого объекта потоком нейтронов, измерение энергетического спектра индуцированного гамма-излучения, одновременную регистрацию, как минимум, двух гамма-квантов одного ядерного каскада, используют, как минимум, два гамма-детектора, сигналы с которых снимаются при условии совпадения по времени, и осуществляют автоматизированный анализ полученного спектра с помощью ЭВМ, при этом сканируемый объект облучают направленным пучком нейтронов с энергией 14.1 МэВ, испускаемых генератором на основе T(d,n)4He реакции со встроенным детектором альфа-частиц, фиксируют момент времени и направление испускания нейтрона, регистрируют гамма-кванты от неупругих ядерных реакций в процессе прохождения быстрых нейтронов через исследуемый объект, анализируют пары гамма-квантов, совпадающие по времени с сигналом альфа-детектора с учетом времени пролета нейтрона, по измеренным энергиям пар гамма-квантов строят двумерный корреляционный спектр и на основе значений в области характеристических пиков интересующих химических элементов определяют их концентрацию в сканируемом объекте.

Использование: для обнаружения опасных скрытых веществ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для обнаружения опасных скрытых веществ выполнено в виде двух модулей - досмотрового и модуля управления, соединенных кабелями Ethernet-соединения и питания, при этом досмотровый модуль содержит несколько источников меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц с детекторами α-частиц и несколько детекторов γ-излучения, и выполнен в виде пункта для досмотра автомобилей, включающего площадку для размещения автомобиля и расположенную под ней досмотровую яму, где размещены источники меченых монохроматических нейтронов и сопутствующих им монохроматических α-частиц с детекторами α-частиц, заключенные в вакуумные камеры и выполненные с возможностью облучения определенной области автомобиля по всей его ширине за одно измерение, а также защита детекторов γ-излучения от потока монохроматических нейтронов; детекторы γ-излучения расположены с обеих сторон площадки с возможностью их перемещения как по вертикали относительно автомобиля, так и в горизонтальном направлении, приближая или удаляя их от автомобиля; досмотровый модуль снабжен устройством поддержания определенных диапазонов температур и влажности воздуха в досмотровой яме.

Использование: для обнаружения опасных скрытых веществ. Сущность изобретения заключается в том, что контейнер досмотрового модуля выполнен герметичным, снабжен устройством нагрева внутреннего объема, при этом канал передачи данных между досмотровым модулем и модулем управления обнаружителем опасных веществ выполнен беспроводным, модуль досмотра снабжен аккумулятором для питания нейтронного генератора, альфа и гамма-детекторов, регистрирующей электроники с использованием соответствующих блоков преобразования напряжения, регистрирующая электроника в корпусе досмотрового модуля снабжена защитой от прямого потока монохроматических нейтронов, испускаемых нейтронным генератором; досмотровый модуль снабжен световым индикатором, включенное состояние которого свидетельствует о наличии нейтронного излучения, создаваемого нейтронным генератором.

Изобретение относится к области исследования или анализа материалов радиационными методами с измерением вторичной эмиссии характерного ядерного гамма-излучения, возникающего под действием быстрых нейтронов, в частности, для обнаружения алмазов в породе - кимберлите.

Использование: для обнаружения присутствия химического элемента в объекте путем нейтронного облучения объекта. Сущность: заключается в том, что выполняют нейтронное облучение объекта, используя непрерывное испускание нейтронов из нейтронного генератора (G1) связанных частиц и испускание нейтронных импульсов, которые накладываются на указанное непрерывное испускание нейтронов, при этом нейтронные импульсы получают посредством импульсного генератора (G2) нейтронов, который генерирует нейтронные импульсы с длительностью импульса T2, при этом два последовательных нейтронных импульса разделены интервалом T4, при этом непрерывное и импульсное нейтронное облучение объекта вызывает захватное гамма-излучение и гамма-излучение неупругого взаимодействия.
Наверх