Рентгенофлуоресцентный датчик

 

ОП ИСАКИИ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Рес уб

<и>(823993 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (53)M. Кл. (22) Заявлено 02. 07. 79 (21) 2794185/18-25

Q 0l К 23/223 с присоединением заявки М (Ьаударатаанаый каиитат

СССР

io далаи азааратений и аткрыткЯ (23) Приоритет (53) Ь ДК5З9.1. .. 06 (088. 8) Опубликовано 23.04.81- Бюллетень,Ре 15

Дата опубликования описания 25 .04 . 81

И. В. Петрянов, В. К. Христианов, Б. Н. Ко

Б. И. Огородников и В. И. Скитович (72) Авторы изобретения с

I (71) Заявитель (54) РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к рентгено:флуоресцентному анализу элементов и мОжет быть использовано для определения элементного состава аэрозолей, собранных на фильтре в атмосфере Земли и других планет солнечной системы.

Его применение особейно эффективно при проведении автоматического анализа с борта межпланетных станций, ког -: да время нахождения аппарата в исследуемой среде ограничено.

Известны датчики для рентгенофлуоресцентного анализа атмосферных аэ.розолей, кдторые состоят. из герметичной измерительной камеры, заполненной газом или вакуумированной, аэрозольного фильтра детектора и.источника гамма-излучения. Газопротяжное (фильтрующее) устройство не входит в состав таких датчиков и сбор аэрозолей на фильтр осуществляется до проведения анализа вещества (1) .

Однако для проведения измерений необходимо транспортировать пробу из (2 фильтрующего устройства в аналитический объем. Это увеличивает время выполнения анализа и усложняет осуществление автоматических измерений.

В известных устройствах рентгеиофлуоресцентиого анализа невозможно одновременное определение аэрозольной и газовой фаз исследуемой атмосферы,и отсутствует контроль технического состояния устройства по регистрируемому спектру.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является рекигенофпуоресцентный датчик для анализа элементного состава вещества, содержащий. герметичную измерительную камеру с каналом для ввода .анализируемого вещества, воздуходувку и размещенные внутри камеры аэроздпьный фильтр, расположенный над фильтром источник Hsлучения, коллимированный на фильтр и детектор излучения f2) .

Однако по результатам измерений, выполненных подобным датчиком, невоз"

823993 ф

20 можно установить в какой фазе находится анализируемое вещество, т.е. сосредоточено ли оно на фильтре или расположено в объеме камеры в виде газа.

Цепь изобретения — осуществление одновременного анапиза аэрозольной и газовой фаз.

Указанная цель достигается тем, что известный рентгенофлуоресцентный датчик, содержащий герметичную изме- 10 рительную камеру с каналом для ввода анализируемого вещества, воздуходувку и размещенные внутри камеры аэразольный фильтр, расположенный над ильтром источник излучения, колли- )5 рованный на фильтр, и детектор, снабжен вторым детектором и, по край- ней мере, еще одным источником излучения, коллимированным так, что его излучение не попадает на Фильтр, аэрозольный фильтр расположен под углом 30-40 к направлению оси канала для ввода анализируемого вещества, при этом ось расположения детекторов отстоит от оси канала на расстоянии, бопьием .суммы радиусов канала и детектора, а источники расположены вне потока анализируемого вещества.

На фиг. ) показано предлагаемое устройство, общий вид,в разрезе; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 -. спектры, зарегистрированные детекторами.

Рентгенофлуоресцентный датчик имеет измерительную камеРу 1, совмещен- 35 ную с газопротяжным устройством, которое состоит из прямоточного входного канала 2 н воздуходувки. В камере под углом 30-40 к потоку газа разО мещен аэрозольный фильтр 3.

При расположении фильтра перпендикулярно потоку может происходить осаждеиие аэрозолей на конструктивных элементах прибора — источниках излучения, детекторах, деталях фильтродержателя. 4

При параллельном расположении фильтра по отношению к потоку газа наблюдается неизокинетичность осаждения аэрозолей по площади фильтра, поскольку крупные частицы за счет инерционного движения проходят в отдаленные участки прибора, а мелкие оседают ближе к входному отверстию.

Исходя из 90-градусной геометрии измерений в системе источник-пробадетектор, при которой наблюдается наивыгоднейшее соотношение между сигна:лом и рассеянным фоном, а также из требований нзокинетичности аэрозольного потока, исключения потерь вещества и удобства конструктивного размещения узлов датчика, экспериментально был найден оптимальный угол наклона фильтра к потоку газа, составивший 30-40

Перед Фильтром со стороны входного канала вне газового потока установлены детекторы 4 и 5. Причем де- . тектор 4 расположен на расстоянии

3-5 мм от фильтра, а детектор 5 на расстоянии в 5-10 раз большем. Источники 6(Fe-55) и 7(Сд-109) рентгеновской флуоресценции ориентированы на фильтр. Использование двух типов источников позволяет проводить одновременный анализ многих. элементов.

Источник 8 (Fe-55) преимущественно облучает пространство между фильтом 3 и детектором 4. Излучение ис- . очников коллимировано в угле об . За. фильтром 3 перед стенкой 9 камеры 1 установлена селективная рентгеновская решетка 10.

Для обеспечения наибольшей чувствительности к аэрозолям первый датчик должен располагаться на минимальном расстоянии от фильтра, поскольку ха- . рактеристическое излучение ослабляется в толще газовой среды. Однако очень близкое расположение детектора приводит к "затенению" фильтра, т.е. отсутствию осаждения аэрозолей в поле зрения датчика. Экспериментально при продувке аэрозолей через макет прибора было получено, что затенение

Фильтра не происходит, если детектор удален от поверхности фильтра не менее, чем на 3-5 мм.

Возможность идентификации фазового состояния анализируемого вещества в процессе одного,измерения достигнуто введением второго детектора, расположенного на большом расстоянии от фильтра, и дополнительного источника Ре-55, облучающего преимущественно пространство между фильтром и вторым детектором. Экспериментально установлено, что второй детектор должен быть удален от фильтра на рассто; яние не менее, чем в 5 раз превышающее зазор между фильтром и первым детектором.При этом обеспечивается достаточная контрастность линий анализиру-! емых элементов в диапазоне ожидаемых концентраций. аэрозольной и газовой

Фаз. В то же время, исходя из коэффициентов поглощения анализируемых эле823993 ментов, увеличение расстояния между вторым детектором и фильтром более чем в 10 раз, приводит к существенным погрешностям измерений, связанным с ослаблением характеристического излучения анализируемых элементов, находящихся на фильтре.

Датчик функционирует следующим образом.

После открытия входного и выходно- го клапанов включается возцуходувка и исследуемая газовая смесь нрокачивается через Фильтр 3. При этом, бла годаря прямоточности потока газа, исключаются потери и фракционирование аэрозоля и обеспечивается равномерность осаждения его на фильтр. Одновременно с накоплением аэрозоля на фильтре 3 идет регистрация детекторами 4 и 5 флуоресцентного рентгеновского излучения, возбуждаемого источни-. ками 6-8. Фоновое излучение, возникающее при взаимодействии первичного излучения со стенкой 9, эффективно гасится рентгеновской решеткой 10.

Ближайший к фильтру 3 детектор 4 регистрирует излучение легких элемен;" тов, возбуждаемых преимущественно на фильтре источником 6, а детектор 5, расположенный на большем расстоянии от фильтра, регистрирует излучение легких и тяжелых элементов, возбужда. емых на фильтре 3 источником 7, и излучение элементов, находящихся в газовой фазе, возбуждаемых источником 8.

На фиг. 3 приведены спектры, заре гистрированные обоими детекторами при нахождении на фильтре аэрозоля, содер.жащего серу, н заполнении камеры воздухом, содержащем 1Х..аргона. Благодаря различному расстоянию детекторов от фильтра ближайший детектор 4 более эффективно регистрирует аэрозольную компоненту, находящуюся на фильтре, а удаленный детектор 5 более эффективно регистрирует газовую фазу, распределенную межцу фильтром 3 н детектором 5. Поэтому отношение интенсивностей, регистрируемых этими детекторами от аэрозольной и газовой фаз, резко различно и может служить критерием при идентификации аэрозолей и газовой фазы анализируемой атмосферы. Для аэрозольной фазы это отношение всегда больше единицы, для газовой — меньше единицы. В рассматриваемом примере (фиг. 3) отношение интен-сивности ближнего детектора к интенсивности дальнего, нормированных к величине ренерного пика марганца, составляет для аэрозольной фазы 7, 6, для газовой фазы 0,6.

Рентгенофлуоресцентный датчик был использован при анализе элементного состава облачного слоя планеты Венера и определении концентрации аргона в ее атмосфере на автоматической межпланетной станции "Венера-12". В ре»зультате выполнения эксперимента бы-:. ло определено содержание хлора в облаках Венеры, содержание аргона в ее атмосфере и оценены верхние пределы.концентрации серы и ртути.

Формула изобретения

Рентгенофлуоресцентный датчик для анализа элементного состава вещества, 2й содержащий герметичную измерительную камеру с каналом для ввода анализируемого вещества, воздуходувку и размещенные внутри камеры аэрозольный фильтр, расположенный над фильтром

30 источник излучения, коллимированный на фильтр, и детектор излучения, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью осуществления одновременного анализа аэрозольной и .газовой фаз, он

3$ снабжен вторым детектором и, по край" ней мере, еще одним источником излу4ения, коллимированным так, что его излучение не попадает на фильтр, аэрозольный фильтр расположен под углом 30-40 к направлению оси канала для

40. ввода анализируемого вещества, при этом ось расположения детекторов отстоит от оси канала на расстоянии, большем суммы радиусов канала и детектора, а источники расположены вне потока анализируемого вещества.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .

1. Birks L.5. Pinpointing airborn

pollutants. Environment Research Technology Y. 12, 1978, B 2, р. 150-153.

2. Gilfrich T.Y., Burkhalter P G.

Birks L.S. Х-гау spectrometry for

Particulateair Pollution. "Anal. Chem",.

Y 45, 1973, У 12, р,2003 (прототип).. 823993 УР ер. х 0

1б

ВО, Ю Zy щ 66 80

Ф ЯВИ6Я7 пиОии.тартара

У

Составитель М. Викторов

Редактор А. Шишкина Тех ед,Ж.Кастелевич Ко екто . Шекма

Заказ 2096/61 Тираж 907 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва 3-35 Раувская наб. д. 4/5

Филиал III1II "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4