Импульсный нейтронный способ определения влажности материалов

 

ЯМГ1УЛЬСНЫЙ НЕЙТРОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов, отличающийс я тем, что, с целью сшшеиия погрешности измерения и расширения области применения способа, определяют время начала нейтронного импульса до наступления максимума псэтока тепловых нейтронов, регистрируют временное распределение потока надтепловьгх нейтронов и определяют среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области j а влажность материала находят из выражения С, d,)b,l tM ( d,)b,. - (t влажность материала5%, где V7 время от начала нейтронно мго импульса до наступления максимума потока тепдовых нейтронов, t ц - среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области, i определяемое по формуле (Л 00(У t., t(p(E t)dt/ )()dt, t s - длительность импульса быстрых нейтронов, .b,, bjfC C(,C2jd4,d2 постоянные коэффициенты для данного материала , причем отношение длительности импульса быстрых нейтронов ко времени от начала импульса быстрых нейтронов до наступления максиму1-1а потока тепловых нейтронов в сухом мате . риале выбирают не превышакнцим 0,2, О1 а период следования импульсов бысто рых нейтронов не меньшим времени жизни тепловых нейтронов в сухом материале.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУбЛИН

- 01 И 23/02 тГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОбРН НИЯМ И ОЩРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 3500050/25 (22) 15. 10. 82 (46) 23. 04. 91. Бюл. Р 15 (7 1) Особое проектно-конструкторско бюро научно-производственного объединения Черметавтоматика" (72) В.П.Домбровский, Н.И.Зайцев, В,A.Ïðîêÿêèí и A.Ê.Ñòpîéêoâñêèé (53) 551.508.7(088.8) (56) Волаг Банг и др. О применении импульсного источника нейтронов для определения содержания водорода в ограчнченных средах. Препринт

ОИЯИ У 18-122235, Дубна, 1979.

Крылов P.À., Старчик Л.П. Применение импульсного нейтронного генератора при измерении влажности боль ших масс минерального сырья. Заводская лаборатория, т. 4В, Ф 1, 1982, с.26-28. (S4) (57) ИМПУЛЬСНЫИ НЕЙТРОННЬИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения погрешности измерения и расширения области применения способа, определяют время начала нейтронного импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов, регистрируют временное

Изобретение относится к исследованию химических и физических свойств веществ, в частности к способам оп2 распределение потока надтепловых нейтронов и определяют среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области, а вхажнос..ть материала находят иэ выражения

WC1 (Й„- д )b 3. — („— 1,)Ь i

WC, где . — влажность материала,Ж; — время от начала нейтронноМ го импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов, — среднее время пребывания ней

4 рока в надтепловой обпасти, определяемое по формуле

ОО ъ с„= f йф(е )йс/J ф (е r)at, Ц 4g йр — длительность импульса быст-рых нейтронов, ° b<э bye c p c() cg9 d„) dg -постоянные козффициенты для данного материала, причем отношение длительности импульса быстрых нейтронов ко времени от начала импульса быстрых нейтронов до наступления максимума потока тепловых нейтронов в сухом материале выбирают не превышающим 0,2, а период следования импульсов быстрых нейтронов не меньшим времени жизни тепловых нейтронов в сухом материале. ределения влажности с помощЬю потока быстрых нейтронов, и может быть использовано, например в черной металлургии для определения влажности кокса, агломерационной шихты и т.д.

Известен способ определения влажности материалов, заключающийся в том, что материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов от нейтронного генератора, затем временным анализатором импульсов регистрируют ноток тепловых нейтронов в канале шириной Д с задержкой t+ относительно момента начала нейтронного импульса. По числу зарегистрированных импульсов находят декремент затухания плотности тепловых нейтронов, по величине которых опч ределяют влажность материала.

Недостатком способа является значительная погрешность измерения, связанная с регистрацией абсолютного значения потока тепловых нейтронов. Нестабильность выхода нейтронного генератора, а также нестабильность коэффициента передачи измерительного тракта влияют на число зарегистрированных импульсов в канале шириной 5t< по которому определяется декремент затухания, что приводит к значительным пргрешностям измерения.

При измерении влажности многотоннажных масс материалов в черной металлургии таких как кокс, аглошихта, железорудные концентраты, ограниченный объем исследуемого материала приводит к погрешности измерения за счет малой представитель ности пробы и сужает область применения способа.

Указанные недостатки частично устранены в способе измерения влажности материалов, который является наиболее близким к изобретению и заключается в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов, регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов и определяют общее время распределения

W т = 5t я„, „«1 К где Ь. — ширина канала временного анализатора

П1

- Нк - сумма временных каналов, занятая распределением.

По величине общего времени распределения т определяют влажность влажность материала, Ж, время от начала нейтронного импульса до наступления .максимума- потока тепловых нейтронов, среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области, определяемое по формуле где и с.

45

50 с

J еФ (к,t )dt

p(K t)dt

fP — длительность импульса быстрых нейтронов, где tg

14156

4 материалов, предварительно проградуировав шкалу общего времени распределения Т по влажности.

Недостатком этого способа является незначительная погрешность измерения влажности за счет погрешности

Al регистрации параметров > И„, точК=1 ное определение которого затруднено вследствие ассимптотического хода кривой временного распределения потока тепловых нейтронов.

Недостатком этого способа является также значительная погрешность измерения влажности от измерения содержания поглощающих элементов, например железа, марганца, хлора, / в исследуемом материале, а также заВисимость результатов измерения от плотности контролируемого материала.

Целью изобретения является снижение погрешности измерения и расширение области применения способа.

Поставленная цель достигается тем, что, в способе определения влажности материалов, заключающемся в том, что исследуемый материал облучают импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрируют временное распределение потока тепловых нейтронов, определяют время от начала нейтронного импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов, 35 регистрируют временное распределение потока надтепловых нейтронов и определяют среднее время пребывания нейтрона в надтепловой области, а влажность материала находят яз выражения (-а,)ь i""с - -(tÄ-а )ь,i" = e, i 114 15б 6

Для .определения влажности материалов по данному способу предварительно получают экспериментальные зависимости t ... = <.(1<0).:- на пробах

М материалов с известными значениями влажности (w) и GJIOTHocTHIP материа. ла, в требуемом диапазоне их измерения. По данным экспериментов ал10:проксимируют аналитические функции

--t(vq P ) I(w1P ), а влажность материала определяют из выражения вида:

Ь1, Ь, с, с, с, с1, <1 постоянные коэффициенты для данного материала, причем отношение длительности импуль са быстрых нейтронов ко времени от начала импульса быстрых нейтронов до наступления максимума потока тепловых нейтронов в сухом материале выбирают не превьппающим 0,2, а период следования импульсов быстрых нейтронов — не меньшим времени жизни тепловых нейтронов в сухом материале.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими зависимостями: фиг. 1 — график временного распределения потока тепловых нейтронов при различных значениях влажности и определение общего времени распределения Т по прототипу; фиг.2 график временных распределений импульсов быстрых нейтронов Ф, потока Ф« надтепловых нейтронов и потока Ф тепловых нейтронов.

Снижение погрешности измерения влажности в данном способе по сравнению с прототипом достигается тем, что в нем определение положения максимума потока тепловых нейтронов и среднего времени пребывания нейтронов в надтепловой области производится с большей точностью, чем общее время распределения нейтронов, вследствие того, что это время зависит от химического состава исследуемого материала (поглощающих элементов), имеет ассимпатический ход кривой, а также чувствительно к изменению выхода импульсного источника нейтронов.

F(tì t„)

Исключая из

vvP< (t -d b Zl.

-(t - 1)Ь Х

WCg

Д г а Ъ, = с (2) Расширением области применения способа по сравнению с прототипом является возможность измерения влажности в материалах с различным содержанием аномально поглощающих элементов, например железа, марган- . ца, хлора. Для ослабления зависимости измерения влажности от содержауния поглощающих элементов необходимо измерять параметры потоков нейтронов на малых временах замед ления. Такими параметрами являются время 1. 1от начала нейтронного импульса до наступления максимума потока тепловых нейтронов и среднее время t g пребывания нейтронов в над тепловой области. которое находят, решая систему уравнений:

"М = f(v

По результатам экспериментов зависимости йМи tg от влажности Ч..Н плотности Р кокса определены в виде

25 м (а, +b() )1 + d1 Д

t И = (a + b I) ) l + dä системы уравнений (1) Р

35.

Определив значения С М и <. для материала с произвольной влажностью и плотностью и подставив эти значения в формулу (2), можно определить влаж40 ность материала ч.

Процесс измерения и определения влажности по способу сводится к следующему: для проб материала с известными

45 значениями влажности и плотности по временному распределению плотности тепловых и надтепловых нейтронов определяют значения t и г. методом наименьших квадратов оп50 ределяют зависимости t „„ и t < -от влажности и плотности материала, т.е. определяют коэффициенты а <, b<., с, Й, а, Ь, с и с1g в системе 1.

Значения коэффициентов подставляют в формулу (2).

Производят измерения на исследуемом материале. По полученным значениям tì и tè определяют влажность материала по формуле (2).

1114156

Время t от начала нейтронного импульса до наступления максимума определяют по сглаженным спектрам тепловых нейтронов с точностью до

0,1 мкс. Сглаживание спектров производилось полиномом 2-й степени с помощью ЭВМ, например CM-1.

Среднее время t пребывания нейтронов в надтепловой области определяют по формуле

ОО Й . Р„; ; и Р ;

Способ может быть реализован, например, на выпускаемой промышленностью аппаратуре.

Источником излучения служит им5 пульсный генератор быстрых нейтронов

ИГН-4 с длительностью нейтронных импульсон 10 МКС и частотой 400 Гц. Средний выход нейтронов составлял 5 a

p 10 нейтр/с. Для регистрации потока надтепловых нейтронов применяют детектор на основе счетчика, медленных нейтронов СНМ18-.1, покрытый кадмиевым экраном. Регистрацию тепловых нейтронов определяют как разность показаний счетчика СНМ-18-1 без экрана и показаний такого же счетчика с экраном из кадмия. Исследуемый материал (мелкий кокс с различной влажностью) помещают в железный ящик с размерами 80Х804. х50 см, генератор нейтронов и де3 текторы размещают в цилиндрических каналах внутри материала. ,25 где P — значение потока надтеплон вых нейтронов в момент времени t;>, — длительность нейтронного

1 импульса, По результатам экспериментов методов наименьших квадрантов получены уравнения:

-О, ZOi (89,1 — 77,38)1 + 37,5

<4W — (27,6 — 238) 1 + 26

Из уравнения (2) определяют значения влажности для экспериментальных материалов с различной влажностью и плотностью.

Преимуществом способа является то, что измеряемое значение влажности не зависит от плотности измеряемого материала вследствие того, что измеряются два параметра потока замедленных нейтронов, один из которых используется для коррекции качения. влажности по плотности материала.

Это преимущество весьма эфФективно в промышленном производстве и позволяет определять влажность материала с различйым значением плотности.

Так, например; в доменном производстве способ может быть эффективно использован для измерения влажности кокса в бункерах, где насыпная плотность изменяется в диапазоне

0,4-0,6 г/см в зависимости от гран9 состава и влажности, что позволяет улучшить режим технологического процесса и качество выплавляемого чугуна.

Редактор С.Титова

Техред Л.Олийнык

Корректор С.Шекмар

Заказ 1898 Тираж 412 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101