Способ рентгенорадиометрического опробования руд

 

Изобретение относится к области ядерно-геофизического опробования руд и может быть использовано в геологии и горнодобывающей промышленности. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности опробования. Потоки первичного тормозного излучения от рентгеновской трубки создают поочередно путем подачи на ее анод двух значений напряжения , одно из которых выбирают так, чтобы оно соответствовало аналитической линии или скачку поглощения определяемого элемента, но не превышало бы его, а другое было бы больше первого в 1,3-1,7 раза. Ширину спектрального окна для регистрации вторичного излучения устанавливают такой, чтобы оно полностью включало амплитудное распределение аналитической линии определяемого элемента и обеспечивало подобие спектров тормозного рассеянного излучения при разных значениях анодного напряжения на трубке. Затем на модели, имитирующей вмещающую среду. не содержащую определяемого элемента, измеряют потоки вторичного излучения NI и N2 , вычисляют коэффициент подобия спектров К № /М1 и в дальнейшем, измеряя потоки вторичного излучения Ni и N2 от анализируемых сред, судят о содержании определяемого элемента по величине параметров 5 Na - KNi или j (N2 - KNi)/Ni.2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 и 23/223

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ И ЗС) БР ЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4729872/25 (22) 08.08.89 (46) 23.11.91. Бюл. М 43 (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт механической обработки полезных ископаемых "Механобр" (72) В.В.Новиков, Е.П.Леман и А.С.Пышкин (53) 539.1.03/.06(088.8) (56) Большаков А.Ю. Рентгенорадиометрический метод исследования горных пород,—

М.: Атомиздат, 1970, с. 77-81.

Патент Великобритании

N 2080516, кл. G 01 N 23/223, 1982. (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРОБОВАНИЯ РУД (57) Изобретение относится к области ядерно-геофизического опробования руд и может быть использовано в геологии и горнодобывающей промышленности. Цель изобретения — повышение точности и чувствительности опробования. Потоки первичного тормозного излучения от рентгеновской трубки создают поочередно путем подачи на ее анод двух значений наИзобретение относится к области ядерно-геофизического опробования руд и может быть использовано в геологии, горнодобывающей промышленности, при переработке вторичного сырья и в других отраслях народного хозяйства, где требуется предварительное знание концентрации руд, контроль или сортировка руд или продуктов их переработки.

Цель изобретения — повышение точности и чувствительности опробования.

„„. рЦ „„1693498 А1 пряжения, одно из которых выбирают так, чтобы оно соответствовало аналитической линии или скачку поглощения определяемого элемента, но не превышало бы его, а другое было бы больше первого в 1,3 — 1,7 раза. Ширину спектрального окна для регистрации вторичного излучения устанавливают такой, чтобы оно полностью включало амплитудное распределение аналитической линии определяемого элемента и обеспечивало подобие спектров тормозного рассеянного излучения при разных значениях ансдного напряжения на трубке„Затем на модели, имитирующей вмещающую среду, не содержащую определяемого элемента измеряют потоки вторичного излучения N l и >2, вычисляют коэффициент подобия спектров К = Nz /N1 и в дальнейшем, измеl l ряя потоки вторичного излучения Й1 и N2 от анализируемых сред, судят о содержании определяемого элемента по величине параметров д= Ng KN1или rp(йг- KN1)/N1.2 з.п, ф-лы, 2 ил., 1 табл.

На фиг.1 показаны спектры; на фиг.2— зависимость параметра д от содержания определяемого элемента.

Для осуществления способа потоки первичного тормозного излучения от рентгеновской трубки создают поочередно путем подачи на ее анод двух значений напряжения, одно из которых выбирают так, чтобы оно соответствовало аналитической линии или скачку поглощения определяемого элемента, но не превышало его, а другое было больше первого в 1,3-1,7 раза, ширину спек45

55 трального окна для регистрации вторичного излучения устанавливают так, чтобы оно пог!ностью включало амплитудное распределение аналитической линии определяемого элемента и обеспечивало подобие спектров тормозного рассеянного излучения при разных значениях анодного напряжения на трубке, затем на модели, имитирующей вмещающую среду, не содержащую определяемого элемента измеряют потоки вторичного излучения N1 и Nz, вычисляют коэффициент подобия спектров К =

=Nz /И1 и в дальнейшем, измеряя потоки

1 вторичного излучения 1М i и ¹ от анализируемых сред или объектов, судят О содержани!л определяемого элемента по величине параметров д= М; - KN1 !лли q = (N>

-KN1)/N1.

Спектры 1 и 2 (пунктирные линии) тормозного излучения трубки получены при двух анодных напряжениях U1=-. 18,5 кВ и Uz= 28,5 кВ, Соотношение между «х значениями равно 1,55, причем Н1 близко к значениям энергии К-линии (16,5 — 18,6 кэВ) и потенциала ионизации К-оболочки ниобия, но не превышает его (К-край ниобия соответствует 18,97 кэВ), Спектрь! тормозного излучения трубки, исгн>льзовавшегося для возбуждения К-ли-Iÿè характеристического излучения ниоби I, простираются по энергетической шкале дп максимальных значений U1 и Uz. Следоватег!ьно, тормозное излучение трубки при 01 не возбуждает Клинию ниобия (16,5 кэВ). Она возбуждается лишь тормозным излучением при Uz. Спектры тормозного излучения в своем распределении по шкале интенсивности имеют широкие максимумы, центры KoToph!x на энергетической шкале соответствуют величине, равной 2/3 от поданного на трубку анодного напряжения; максимум спектра 1 соответствует энергии 12,5 кэВ, максимум сг!ектра 2 — энергии 19 кэВ, Таким образом, спектры первичного тормозного излучения при двух различных значениях анодного напряжения трубки подобны, но не идентичны. Поэтому и соответствующие им спектры 3 и 4 рассеянного на вмещающей среде излучения не Одинаковы как по интенсивности, так и по положению максимума ее распределения на энергетической шкале. Это обстоятельство не позволяет воспользоваться для вычисления характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента (в данном случае ниобия) простой разностью двух замеров интенсивности вторичного спектра при различных значениях U1 и Uz, Необходимы дополнительные операции по учету изменения фона. pe31tJI ьтат которых должен

30 быть отражен в конечном алгоритме способа, Причем измерения необходимо вести в широком спектральном окне Л 13 (в данном случае в окне от 11 до 24 кэВ) с тем, чтобы комптоновские сдвиги максимума рассеянного излучения во вторичных спектрах не нарушали их подобия и сохранялось постоянное соотношение К между интенсивностями вторичных излучений в спектральном окне при изменении анодного напряжения на трубке, В данном случае К =- Nz /N1 = 5, где N1

1 1 — интенсивность вторичного спектра (скорость счета) на модели пустой породы при Ui

Nz — то же, при Uz. Заметим, что N1 и №

1 определяются не амплитудой, а площадью спектральных распределений вторичного излучения в спектральном окне 10 — 24 кэБ, Как видно из фиг.1, это соотношение К сохраняется для фонового значения интенсивности и при наличии в исследуемом объекте определяемого элемента (спектры 5 и 6 при содержании ниобия 0,5 и 1% соответственно, в которых четко проявлена К-серия ниобия, соответствующая 16,5 кэВ). Это обстоятельство позволяет учесть изменения фона при дальнейших измерениях по результатам предварительных замеров на моделях пустой породы и вычисления по ним коэффициента К, если использовать алгоритмы д = Nz - КЫ1, q = (Nz - КИ1)/Х1, (1) где !ч1 и Nz — интенсивности (скорости счета) на анализируемых пробах при U1 и Uz соответственно;

К вЂ” коэффициент. вычисленный по предварительным измерениям на безрудных моделях, как описано выше.

Таким образом, физический смысл коэффициента K состои в уравнивании скоростей счета, соответствующих фоновому вторичному излучению в спектральном окне, при последовательной подаче на трубку анодных напряжений U1и Uz. Коэффициент

К используется в алгоритмах (1), когда время экспозиции измерений при 01 и Uz одинаково. Однако операция уравнивания счета первого и второго замеров может быть выполнена путем вариации временем измереНИЯ, Т, G. ЭКСПОЗИЦИЯМИ tl И 12 соответственно, Так как всегда Й1<№, то 1 1 для соблюдения равенства N1 t1 = Nz tz не3 обходимо, чтобы t1>tz. Значения ti u tz определяются по предварительным измерениям на модели пустой породы так же, как и коэффициент К. В этом случае алгоритмы (1) принимают вид: д= Nztz - М1; q — - {Nztz - М1)/N 1t1. (2) 1()!4 Ч98

15

20 з 0

Кроме того, между значекиями анадных напряжений 0< и Uz, подаваемых на трубку должно быть определенное соотношение, которое в зависимости от энергетического разрешения детектора находится в пределах 1,3-1,7, для сцинтилляционных и пропорциональных детекторов с обычным энергетическим разрешением по линии 22,3 кэВ (изотоп кадмий-109) около 10-307(.

Рассмотрим зависимость параметра ц ат содержания ниобия при различных сооТношениях анодного напряжения, подаваемого на трубку (фиг.2). Во всех случаях 01 =

=18 кэВ, значение 0г для графика 7 равно

28,5 кВ, для графика 8 22,0 кВ, для графика

9 32,5 кВ. Таким образом, соотношения

U2/01 соответственно равны 1,55; 1,22;

1,81. Остальные условия измерений такие же, что и на фиг,1. График 7 соответствует предлагаемому способу. Из графиков видно, что чувствительность их к содержаниям ниобия при увеличении соотношения Uz/01 сначала возрастае, а потом понижается, причем наименьшая чувствительность у известного способа (график 8), когда значения

01 и Uz близки между собой, а их соотношение ненамного превышает единицу, Наибольшая чувствительность у графика 7, когда 02/U> = 1,55, а затем ока понижается (график 9, при Uz/Ui = 1,81). Таким образам, область наибольшей чувствительности находится в диапазоне изменения U /U 1,3—

,7 в зависимости. от энергетического разрешения и эффективности детектора.

Пример. В таблице представлены результаты практического использования предлагаемого способа в сравнении с известным. Исследованию подвергали грубадроблекые {крупностью менее 10 мм) технологические пробы руды одного из редкометалльных (ниобиевых) месторождений. Mасса проб 3-5 кг. Измерения проводили ка ус ановке, состоящей иэ дифферек wan ь ного гамма-спектромет ра .АИ вЂ” 1024, датчика с пропорциональным ксеноновым счетчиком СИ вЂ” 11 — Р, имеющим энергетическое разрешение по линии 22,3 кэВ окала 16;4, рентгеновский трубки БС вЂ”" (РЕИС вЂ” И) с медным анодом и ЗВМ Д-3 — 28, которая управляла работой установки. Каждую пробу измеряли дважды: предлагаемым и известным способом. При реализации предлагаемого способа на анод трубки последовательно подавали напряжение 01 = 18кВ и Uz = 28,5 кВ и измеряли соответствующие скорости счета N> и и за экспозицию 10 с в интервале вторичного спектра 10 — 24 кзВ, включающем амплитудное распределение аналитической К-линии ниобия. Измерения известным способом проводили тзк же, но значение 0р = 2, i3, Па измеренным значениям вь.числяли параметр ц, значение которого для предгагаемого способа разно 5, а для известного 2.

Перевод значений r для каждой паобы в содержание ниобия осуществляли по градуировочному графику, который был получен таким же образом на моделях, имитирующих руду с разным содержанием ниобия

{фиг,2).

По результатам сопоставлений вычисляли среднеквадратичное относительное случайное отклонение, которое в таблице указано для обоих способов. Систематическая ошибка определений в обоих случаях отсутствовала, однако относительная погрешность анализа, как это следует из таблицы, у предлагаемого способа существенно ниже, чем у прототипа, что свидетельствует а более высокой чувствительности и точности количественных определений. Возможность проведения измерений в широком спектральном окне также относится к числу преимуществ предложенного способа. Использование способа обеспечивает высокую статистическую точность измерений, что дает воэможность использовать его при динамических процессах, таких как сег:арация, апрабавание руд в транспортных емкостях и тргкспортерных лентах, т,е. там, где нужна высекая производительность при сохранении чувствительности. точности и надежности количественных оценок.

Формула изобретения

1. Способ рентгенорадиоматрического опробования руд, включающий последовательное облучение исследуемой среды двумя потоками тормозного излучения рентгеновской трубки раэ ых энергий, соответствующих значекиям потенциала анода трубки, одно из которых 0> меньше, а другое

0 > больше потенциала возбуждения аналитической серии характеристического рентге".овского излучения определяемого элемента. последовательную регистрацию

ННТрНсМВНосТеА К, и Мг вторичного излучения в -нергетическом интервале спектра, содержащем аналитическую линию определяемого элемента, при котором вычисляют аналитический параметр д, и установлекие содержания определяемого элемента, по предварительно построенной градуировочной зависимаст . аналитического параметра от содержания определяемого элемента, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью павышения точности и чувствительности опробования, соотношение Uz:0< выбира ат равным

1,3 — 1,7, предварительно проводят иэмере1693498

Среднее жение н классе, ОЛ

0,3

07 ния укаэанных интенсивностей на модели вмещающей . породы и по их результатам определяют коэффициент подобия спектров, величину которого используют при определении аналитического параметра. 5

2. Способ по п.1, о т л и 4 а ю шийся тем, что коэффициент подобия спектров определяют по отношению интенсивностей, измеренных при одном значении времени экспозиции.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициент подобия спектров определяют по отношению времен экспозиции, эа которые регистрируют одинаковое количество импульсов при разном напряжении на трубке.

1693498

Составитель В.Простакова

Техред M.Ìoðråíòàë Корректор М.Кучерявая

Редактор В.Петраш

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

Заказ 4073 Тираж Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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