Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в трехкомпонентных комплексных рудах

 

iii868502

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (6I ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22)Заявлено 30.11.79 (21) 2846261/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30,09.81. Бюллетень J5 36

Дата опубликования описания 30. 09. 81 (5))М. Кл.

G 01 Й 23/22

G 01 V 5/00

Рвударсжкный кем«тет

СССР ао делен «зебретеннй

«еткрытий (53) >ДК 539,1.06(088.8) Е.П. Леман, В,A. Золотницкий, В.Г. Негиевич —-и Н.А. Мац .1

Ф

Научно-производственное объед ение-"- Геофизика" (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54)СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СОДЕРЖАНИЯ ЭЛЕМЕНТА В ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ

КОМПЛЕКСНЫХ РУДАХ

Изобретение относится к рентгенорадиометрическому анализу элементов в комплексных рудах, в частности к анализу элементов с близкими (соседними) атомными номерами, когда их аналитические линии, возникая одновременно, разделяются неполностью во вторичных гамма-спектрах из-за конечного энергетического разрешения детекторов. Изобретение может быть использовано нри рентгенорадиометричес1О ком опробовании обнажений, горных выработок и каротаже скважин.

Известны способы рентгенорадиометрического анализа многокомпонентных сред по изменению потоков кван1$ тов характеристического рентгеновского излучения элементов с применением полупроводниковых детекторов, обладающих высоким энергетическим разрешением (1 I

Однако энергетическое разрешение таких детекторов не всегда достаточно для полного разделения аналитичес ких линий элементов с близкими (соседними) атомными номерами, что затрудняет реализацию способа. Кроме того, их аппаратурно-техническое оформление громоздко, затрудняет применение в полевых и шахтно-рудничных условиях.

Известен также способ рентгено-. радиометрического анализа с помощью дифференциальных фильтров, позволякицих выделить аналитическую линию определяемого элемента на фоне мешающих излучений, в том числе на фоне рассеянного излучения источника и характеристического рентгеновского излучения других элементов (2).

Недостаток этого способа состоит в том, что по мере увеличения концентрации определяемого элемента в исследуемой среде происходит так называемое вырождение чувствительности, которое проявляется в нелинейности аналитического графика. Кроме того, в способе дифференциальных

3 868502 фильтров для выделения аналитичес- т кой линии определяемого элемента тре- ч буется два измерения, проводимых по— в очередно с пропускающим и поглощаю- г щим фильтрами, что существенно or т раничивает область его применения и м увеличивает время измерения. г

Наиболее близким к предлагаемому т является способ рентгенорадиометри- л ческого анализа, заключающийся в

10 облучении среды потоком рентгеновско- г го излучения и измерении характеристического рентгеновского излучения r определяемого элемента по результатам измерений потоков излучения в двух

15 энергетических интервалах спектра вторичного излучения, соответствующих т аналитической линии определяемого элемента и области стандарта-фона. С помощью этого способа удается выделить аналитическую линию определяемо20

ro элемента на фоне однократно рассеянного излучения источника или характеристического излучения мешающего элемента, если максимумы их амплитуд25 .ных распределений во вторичном гаммаспектре четко разделены между собой или с областью, выбираемой в качестве внутреннего стандарта- фона 3

Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность определений в тех случаях, когда в исследуемой среде одновременно присутствуют элементы с соседними атомными номерами, различающимися на единицу (например железо, медь, цинк 35 железо, медь и никель и т.д.), а также когда Пик однократного рассеяния сливается с аналитической линией

45 определяемого элемента.

Цель изобретения — повышение достоверности измерения за счет однозначного выделения аналитической линии определяемого элемента, не полностью разрешенной с аналитическими линиями мешающих элементов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе рентгенорадиометрического определения содержания элемента, заключающемся в облучении среды пото/ ком рентгеновского излучения и измерении потока характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента по результатам измерений потоков излучения в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, выбирают первый энергетический интервал спектра вторичного излучения так, чтобы он полнос4 ью захватывал спектры характеристиеского рентгеновского излучения сех трех элементов, верхнюю и нижнюю раницы второго энергетического инервала выбирают в области максимуов спектров характеристического. рентеновского излучения мешающих элеменов так, чтобы в отсутствии опредеяемого и одного из мешающих элеентов скорость счета во втором энеретическом интервале была вдвое меньше скорости счета в первом энеретическом интервале, а о содержании определяемого элемента в исследуемой среде судят по значению разности 6 =- 2N1, - N 1, если его аналиическая линия расположена между линиями других элементов, или по начению разности g = и 1 -2N 1, для всех других случаев, где N1, N11 скорости счета излучения соответственно в первом и втором энергетическом интервале.

На фиг. 1 показаны аппаратурные спектры, полученные на моделях железной (1), цинковой (2), медной ",3) руды и пустой породы 4) и выбор интервалов 1 и 11 во вторичном спектре при определении меди; на фиг. 2 то же, при определении цинка; на фиг. 3 — пример выделения медного прожилка мощностью 1 см при рентгенорадиометрическом профилировании на рудной модели, состоящей из прослоев стекла, цинка и железа в различных сочетаниях, имитирующих комплексную трехкомпонентную руду.

Ф

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью двухканального дифференциального гамма-спектрометра, в котором предусмотрены измерение спектральной разности и плавная регулировка положения уровней дискриминации и ширины окон, регистрируют спектры вторичного излучения от трех моделей, каждая из которых содержит только один элемент и не содержит двух других. Если мешающим является цик однократного рассеяния, то вместо рудной модели с мешающим элементом, имеющим наибольшую энергию характеристического излучения, берут модель, имитирующую пустую породу, т./е. не содержащую определяемого и мешающего элементов.

По спектрам моделей выделяют 1 и

ill энергетические интервалы.

5 8685

Границы выбранных интервалов и их ширину устанавливают соответственно в первом и втором измерительных каналах двухканального гамма-спектрометра, выходы которых подключены к

5 схеме измерения разности.

Затем измеряют потоки квантов в интервалах 1 и 11 (каналах) и судят о наличии и концентрации определяемого элемента в исследуемой среде по значению спектральной разности кол торая при отсутствии определяемого элемента равна нулю.

Например осуществляют анализ трехкомпонентной комплексной руды, содержащей медь, цинк и железо, аналитические К-линии которых одновременно, возбуждаются радиоизотопным источником Зп и полностью не

+ 9 разделяются между собой в спектре вторичного излучения с помощью ксенонового пропорционального счетчика типа СИ-11Р, энергетическое разрешение которого в этой области спектра составляет 177.

Рассмотрим случай, когда линия определяемого элемента (меди) находися между линиями мешающих излучений (железо и цинк).

Интервал 1 полностью захватывает спектры амплитудного распределения всех трех линий, а границы интервала 11 расположены в области максимумов амплитудного распределения К-линий железа и цинка и делят площадь каждого из них пополам. В соответст- 35 вии с этим количество импульсов, зарегистрированное в интервале 1 за время экспозиции t, равно где и Н и И вЂ” количество им- 40

Со Еи ге со пульсов, обусловленное характеристическим регтгеновским излучением же- 45 леза, меди и цинка соответственно за то а слелаллтельна, Д -.Я g — N (K)

2К-4

l 2 Cu откуда видно, что и в этом случае. спектральная разность определяется лишь потоком квантов характеристического

К-излучения меди, однако чувствительность метода в два раза ниже.

Рассмотрим случай, когда линия определяемого элемента (цинка) находится по одну сторону (справа) от линии мешающих излучений (меди и железа) (фиг. 2).

Интервал 1 выбирается также, как и в первом варианте, границы интерва-. ла 11 располагаются в области максимумов амплитудного распределения К-линий железа и меди и делят площадь каждого из них пополам. Количество импульсов, зарегистрированное в интервале l за время экспозиции t,îïðåделяется в этом случае также формулой (1), а в количество импупьсов за то же время экспозиции в интервале 11 равно

2 е 2 со 1 1 и

Если время экспозиции в интервале

ll увеличить вдвое, то

N -2N =N . (1-2k) (7) а если оставить тем же, что и в интервале 1> но уменьшить в интервале

1 частоту следования импульсов в два раза, то

211те 2 Ncu г11уи же время экспозиции 50

Количество импульсов, зарегистрированное за тот же промежуток времени в интервале ll, равно я г Få < 1 1с„+ (2) 55 где коэффициент К учйтывает ту часть площади амплитудного распределения

К-серии меди, которая попадает в интервал ll и тем самым создает в нем

02 6 скорость счета, обусловленную характеристическим рентгеновским излучением этого элемента.

Если например, время экспозиции интервала 11 увеличить вдвое, а в интервале l оставить прежним, то разница G между количеством импульсов, зарегистрированных в интервалах, определяется лишь потоком квантов характеристического рентгеновского излучения меди, т;е. я " = N (2k 1) у (3) где сомножитель 2К-1 характеризует чувствительность метода, так как отражает ту часть амплитудного распределения К-линии меди, которая остается при вычислении или регистрации спектральной разности G штриховкой, фиг. 1)

Если время экспозиции t оставить в обоих интервалах одинаковым, но частоту следования импульсов в интерг вале 1 уменьшить вдвое, то

1 А 1

2 "тл 2 "сл 2 "ти, 868502.

15

25

35

50

55 д 11 11 И

1 11 2; 11

Таким образом, в этом случае значение спектральной разности Q обусловлено характеристическим рентгеновским излучением определяемого элемента (цинка), заштрихованная часть которого (фиг. 2) характеризует чувствительность метода.

Если линия определяемого элемента железа находится левее обеих линий мешающих излучений (меди и цинка), то этот случай аналогичен второму варианту с тай лищь разницей, что схема расстановки границ интервалов является зеркальным отображением ее относительно оси ординат.

Как следует из формул (3), (S), (7) и (9), во всех случаях при отсутствии определяемого элемента независимо от состава исследуемой сре-. ды величина спектральной разности G равна нулю. Измерения (фиг. 3) проведены с аппаратурой PPK-103 и БВД-П.

Как видно из результатов измерений, медный прожилок, независимо от вмещающей среды, четко и однозначно выделяется аномалиями, которые по амплитуде и площади одинаковы с точнос тью до погрешности измерений. В то же время ложные аномалии над прожилками цинка или железа отсутствуют. Аналогичные результаты получаются и при выделении железного или цинкового прожилков. Как известно, по форме аномалий определяется положение и мощность рудного тела, а по их площади— среднее содержание определяемого элемента в рудном контуре.

Если при реализации предлагаемого способа в качестве одной из мешающих линий выступает пик однократного рассеяния источника, то учет его влияния на результаты измерений осу 1ествляется так же, как и,пинии мешающего элемента, однако количество элементов в комплексной среде в этом случае понижается до двух, из которых один является определяемым, а другой— мешающим.

Предлагаемый способ обеспечивает однозначное получение данных о мощности рудных тел и содержании в них определяемого элемента при опробовании обнажений, горных выработок и при каротаже скважин на месторождениях комплексных руд, содержащих три элемента с соседними атомными номерами, различающимися на единицу и более.

Формула изобретения

Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в трехкомпонентных комплексных рудах, заключающийся в облучении среды потоком рентгеновского излучения и измерении потока характеристического излучения определяемого элемента по результатам измерений потоков излучения в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности измерения за счет однозначного выделения аналитической линии определяемого элемента, не-полностью разрешенной с аналитическими линиями мешающих элементов, выбирают первый энергетический интервал спектра вторичного излучения так, чтобы он полностью захватывал спектры рентгеновского излучения всех трех элементов, нижнюю и верхнюю границы второго энергетического интервала выбирают в области максимумов спектров характеристического рентгеновского излучения мешающих элементов так, чтобы. в отсутствии определяемого и одного из мешающих элементов скорость счета во втором энергетическом интервале была вдвое меньше скорости счета в первом энергетическом интервале, а о содержании определяемого элемента в исследуемой среде судят по значе— нию разности . = 2й н -N>, если его аналитическая линия расположена между линиями других элементов, или по значению разности 6 = и 1 -2N „ для всех других случаев, где N

N 11 - скорости счета излучения соответственно в первом и втором энергетическом интервале.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Мамиконян С.В. Аппаратура и методы флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа. М., Атомиздат, 1976, с..19Я.

2. Якубович А.Л. Зайцев Е.И.

Пржиялговский С.М. Ядерно-физические методы анализа минерального сырья.

М., Атомиздат. 1973, с. 227.

3. Гамма-методы в рудной геологии. под ред. Очкура A.Ï ° Л., "11елра",)976, с. 159-160 (прототип) .

868502

1 urn

700

100 у )333 p 2п ЯД слГю

° Испачнцк о Деяеияор

Напра3дение 63аксиия зонба

Составитель M. Викторов

Редактор Т. Мермелштайн Техред А.Бабииец . Корректор М. Шароши

Заказ 8309 58 Ти аж 910 .Подписное

/ р

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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