Способ определения концентрации элементов

 

Использование: для определения концентрации элементов в условиях переменного нейтронного фона, источником которого является анализируемая среда. Сущность изобретения: для определения концентрации элемента по градуировочной зависимости в условиях переменного нейтронного фона из анализируемой среды регистрируют число импульсов первого и второго детекторов, расположенных на разном расстоянии от источника нейтронов, сравнивают числа зарегистрированных счетчиками импульсов, выполняют последовательное вычитание переменной величины из числа зарегистрированных первым счетчиком импульсов и сравнение соответствующих им значений числа импульсов, полученных на второй градуировочной зависимости, до полного вычитания фоновой составляющей, разность сравниваемых предыдущего и последующего значений должна быть меньше утроенного корня квадратного из числа импульсов, найденного по второй градуировочной зависимости при последнем шаге вычитания. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области ядерной физики, а именно к способам определения концентрации элементов в условиях переменного нейтронного фона, источником которого является анализируемая среда, например теплоноситель ядерного реактора, и может быть использовано в нейтронно-абсорбционных анализаторах, применяемых в атомной энергетике. Известен способ построения всеволнового счетчика нейтронов, состоящий в том, что боковую поверхность счетчика покрывают слоем кадмия, поверх которого располагают слой парафина для защиты счетчика от фонового излучения. Однако данный способ обеспечивает защиту только от внешнего фонового излучения, присутствие же фоновой составляющей в анализируемой среде может привести к появлению дополнительной погрешности измерений. Известен способ учета постоянного фона, состоящий в том, что предварительно измеряют фоновую составляющую, а затем в процессе анализа производят вычитание ее из суммарного числа накопленных импульсов. Недостаток данного способа состоит в невозможности использования его в условиях переменного фона вследствие значительного увеличения погрешности измерений. Наиболее близким к изобретению по технической сути является способ вычитания переменного фона с использованием фонового датчика, состоящий в том, что измерительный и фоновый датчики устанавливают друг за другом на технологической линии, по которой подается анализируемое вещество. Причем фоновый датчик, не содержащий источника нейтронов, располагают за пределами воздействия нейтронного поля, создаваемого изотопным источником измерительного датчика. Измерительным датчиком регистрируют полезный сигнал n_с и фоновую составляющую n_ф, а фоновым только фоновую составляющую n_ф. Затем по разности (n_с + n_ф) n_ф с использованием калибровочной зависимости числа импульсов от концентрации элемента C n_с f(c) определяют содержание анализируемого элемента. Недостатком данного способа является невысокая точность и достоверность измерений, обусловленные тем, что число попадающих из анализируемого вещества в датчики запаздывающих нейтронов или нейтронов активации, определяющих фоновую компоненту, различно вследствие временного процесса распада, так как одна и та же порция анализируемого вещества достигает датчиков в разное время. Это является источником дополнительной погрешности, величина которой обратно пропорциональна расходу анализируемого вещества. Целью изобретения является повышение точности и достоверности определения концентрации элементов в условиях переменного нейтронного фона. Указанная цель достигается тем, что определяют градуировочную зависимость n₂ f₂(c) для второго детектора, размещаемого на отличном, чем первый, расстоянии от источника нейтронов, регистрируют импульсы (n₂ + n_ф) одновременно с регистрацией импульсов (n₁ + n_ф), определяют число импульсов на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению n₁ + n_ф на первой градуировочной зависимости, сравнивают и, если их разность превышает , то уменьшают n₁ + n_ф на , определяют число импульсов n⁽₂²⁾ на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению n₁+n_ф-Δn₁ и сравнивают его с и, если , то уменьшают n₁ + n_ф на Δn₂=n₂+n_ф-n⁽₂²⁾, эти операции производят до к-го шага, пока не будет выполняться условие , при этом число импульсов n₁+n_ф-(n₂+n_ф-n⁽₂^k)) будет соответствовать концентрации элемента C на первой градуировочной зависимости. При выполнении вычислений фоновой составляющей числа импульсов уменьшение значения n₁ + n_ф может производиться на величину Δn₁= iΔn, где 1≅i≅K,Δn константа, причем , где n_{2c макс}-число импульсов, соответствующее максимальной концентрации по градуировочной зависимости n₂ f₂(c). Концентрацию элементов C можно определять по числу импульсов n₁+n_ф+n₂+n_ф-2(n₂+n_ф-n⁽₂^k)) и суммарной градуировочной зависимости n₁ + n₂ f₁(c) + f₂(c). Сущность способа определения концентрации элементов состоит в следующем. Формируют градуировочные n₁ и n₂ от концентрации C элемента n₁ f₁(c) для первого и n₂ f₂(c) для второго детекторов, причем второй детектор размещают на большем, чем первый, расстоянии от источника нейтронов. Одновременно регистрируют импульсы (n₁ + n_ф) и (n₂ + n_ф) и определяют число импульсов на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению (n₁ + n_ф) на первой градуировочной зависимости. Сравнивают (n₂ + n_ф) с и, если их разность превышает , то уменьшают (n₁ + n_ф на . Определяют число импульсов n⁽₂²⁾ на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению n₁+n_ф-Δn₁, и сравнивают его с n₂ и, если , то уменьшают n₁ + n_ф на . Эти операции сравнения производят до К-го шага, пока не будет выполняться условие . При этом Δn_k=n₂+n_ф-n⁽₂^k) будет соответствовать фоновой составляющей, и, следовательно, величина n₁+n_ф-Δn_к будет соответствовать концентрации элемента C на первой градуировочной зависимости, а величина n₁+n_ф+n₂+n_ф-2Δn_к- концентрации C на суммарной градуировочной зависимости n₁ + n₂ f₁(c) + f₂(c). При определении фоновой составляющей числа импульсов значение n₁ + n_ф можно уменьшать на величину Δn_i= iΔn, где 1≅i≅K, Δn константа, причем , где n_{2c макс}- число импульсов, соответствующее максимальной концентрации по градуировочной зависимости n₂ f₂(c). Критерий , где i 1, 2, K, выбирается из условия, что утроенная средняя квадратическая погрешность соответствует доверительной вероятности 0,997. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего данный способ; на фиг. 2 приведены градуировочные зависимости чисел импульсов от концентрации элемента и показан ряд шагов по вычислению числа импульсов, соответствующего концентрации C; на фиг. 3 показана зависимость плотности потока рассеянных нейтронов от расстояния до источника нейтронов и положение детекторов относительно источника нейтронов. Устройство для определения концентрации элементов содержит два детектора 1 и 2 нейтронов, расположенные на разном расстоянии от изотопного источника нейтронов 3, два счетчика импульсов 4 и 5, таймер 6 и микроЭВМ 7. Детекторы 1 и 2 и источник нейтронов 3 размещены на технологическом трубопроводе 8, по которому протекает анализируемый раствор 9. Поскольку детектор 2 размещен на большем расстоянии от источника нейтронов 3, чем детектор 1, то градуировочная зависимость 10 числа импульсов, регистрируемых детектором 2, от концентрации анализируемого элемента n₂=f₂(c) располагается на графике (фиг.2) ниже, чем градуировочная зависимость 11 детектора n₁=f₁(1), и крутизна ее значительно меньше. Эти градуировочные зависимости вводят в память микроЭВМ 7 на этапе настройки прибора при указанном на фиг. 3 размещении детекторов 1 и 2 и источника нейтронов 3. В процессе измерения информация с детекторов 1 и 2, накопленная в счетчиках импульсов 4 и 5, соответственно за задаваемые таймером 6 интервалы времени считывается в микроЭВМ 7, и по градуировочным зависимостям 10 и 11 определяется величина , соответствующая значению n₁ + n_ф. Производится сравнение полученных результатов и, если , то значит фоновое излучение отсутствует, а числа импульсов n₁ и n₂ соответствуют концентрации элемента C. В случае появления фонового излучения из анализируемого вещества каждым детектором будет дополнительно зарегистрировано одинаковое количество импульсов n_ф, поскольку эффективность регистрации нейтронов детекторами 1 и 2 устанавливается одинаковой в процессе их настройки. При этом числу импульсов n₁ + n_ф на градуировочной зависимости 11 n₁ f₁(c) будет соответствовать число импульсов по градуировочной зависимости 10 n₂ f₂(c), причем . Таким образом, если в результате измерения и сравнения получается, что
,
это означает, что в анализируемом веществе присутствует фоновое излучение. В этом случае уменьшают число импульсов n₁ + n_ф на , затем определяют число импульсов n⁽₂²⁾ по градуировочной зависимости 11, соответствующее n₁+n_ф-Δn₁ и сравнивают его с и, если
,
то уменьшают n₁ + n_ф на Δn₂=n₂+n_ф-n⁽₂²⁾. Эти операции выполняют до К-го шага, пока не будет выполняться условие
,
т. е. до полного вычитания фоновой составляющей, после чего находят концентрацию элемента по градуировочной зависимости 11 или по суммарной градуировочной зависимости 12 (фиг. 2). Использование данного способа определения концентрации элементов при создании концентратомера бора для контроля теплоносителя первого контура ядерного энергетического реактора позволит существенно уменьшить погрешность измерения концентрации бора в условиях переменного нейтронного фона и, следовательно, повысить ядерную безопасность энергоблока и увеличить выработку электроэнергии.

Формула изобретения

1. Способ определения концентрации элементов по градуировочной зависимости сосчитанного за установленный интервал времени числа импульсов n₁, зарегистрированных первым детектором рассеянных анализируемой средой нейтронов источника, от концентрации элемента C n₁ f₁ (c) с учетом зарегистрированного вторым детектором фонового излучения n_ф, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения концентрации элементов в условиях переменного нейтронного фона, определяют градуировочную зависимость n₂ f₂(c) для второго детектора, размещаемого на отличном от первого расстоянии от источника нейтронов, регистрируют импульсы (n₁ + n_ф) и (n₂ + n_ф) с выходов первого и второго детекторов и определяют число импульсов на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению (n₁ + n_ф) на первой градуировочной зависимости, сравнивают (n₂ + n_ф) с и, если то уменьшают (n₁ + n_ф) на определяют число импульсов n⁽₂²⁾ на второй градуировочной зависимости, соответствующее значению и сравнивают его с и, если то уменьшают n₁ + n_ф на Δn₂=n₂+n_ф-n⁽₂²⁾, эти операции выполняют до к-го шага, пока не будет выполняться условие при этом число импульсов n₁+n_ф-(n₂+n_ф-n⁽₂^k)) соответствует концентрации C на первой градуировочной зависимости. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что Δn₁= iΔn, где 1 ≅ i ≅ K, Δn константа, причем где n_{2c макс} число импульсов, соответствующее максимальной концентрации по градуировочной зависимости n₂ f₂(c). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что число импульсов n₁+n_ф+n₂-2(n₂+n_ф-n⁽₂^k)) соответствует концентрации C на суммарной градуировочной зависимости n₁ + n₂ f₁ (c) + f₂(c).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 28.02.1997

Номер и год публикации бюллетеня: 8-2001

Извещение опубликовано: 20.03.2001        

---