СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ НАЛИЧИЯ АЛМАЗА В ВЕЩЕСТВЕ Российский патент 2000 года по МПК G01V5/10 

Изобретение относится к обнаружению алмазов.

Изобретение имеет частное применение при обнаружении алмазов в первичных кимберлитовых частицах. На практике при операции извлечения алмаза желательно обнаружить первичные частицы кимберлита, которые имеют внутренние алмазные включения, чтобы затем было возможно забраковать те кимберлитовые частицы, которые являются пустыми, и продолжить обработку только тех частиц, о которых известно, что они содержат алмазы. Для пустопородных частиц, отбракованных на ранней стадии, загрузка и емкость, требуемые для оборудования переработки ниже по течению могут быть значительно уменьшены.

Описание патента ЮАР 94/10192 содержит способ изображения с помощью быстрых нейтронов для использования, помимо всего прочего, при определении присутствия алмазных включений в частицах кимберлита. В одном варианте воплощения способа отдельные кимберлитовые частицы облучаются потоком быстрых нейтронов (т.е. нейтронами, имеющими кинетическую энергию порядка миллиона электронвольт (МэВ)) с двумя различными энергетическими уровнями, один из которых является резонансным энергетическим уровнем для алмаза, а другой не является уровнем резонанса алмаза. Вышеупомянутый патент описывает использование уровней энергии потока, приблизительно равных 7.8 МэВ и 7 МэВ соответственно.

Облучение с высоким уровнем энергии дает большой контраст между алмазом и первичной горной породой при наблюдении изображения поглощения, так как горная порода является намного более прозрачной для падающего излучения, чем алмаз на своем энергетическом уровне. Однако в изображении поглощения, которое получается на более низком уровне энергии, существует малый контраст или он не существует вообще между алмазом и первичной горной породой, так как на этом энергетическом уровне и алмаз и горная порода имеют аналогичную прозрачность для падающего излучения. Изображения поглощения, полученные на двух энергетических уровнях, вычитаются один из другого для получения третьего изображения, из которого изображение, относящееся к горной породе, является в существенной мере устраненным, и третье изображение анализируется на присутствие алмаза.

Анализ выполняется компьютером, который в соответствии с обнаружением алмаза в отдельной частице, переключает работу системы разделения частиц, которая отделяет частицы, содержащие алмазы, от других - пустопородных - частиц.

Поток быстрых нейтронов обычно генерируется при ядерной реакции между дейтронным потоком и мишенью дейтериевого газа. Энергия нейтрона в получаемом потоке линейно зависит от кинетической энергии падающего дейтронного потока.

Согласно изобретению предлагается способ обнаружения наличия алмаза в веществе, способ содержит этапы облучения вещества потоком быстрых нейтронов, модулированным между первым и вторым различными уровнями энергии, которые являются соответственно резонансным и нерезонансным энергетическими уровнями алмаза, получение соответствующих первого и второго изображений поглощения для вещества, получение из первого и второго изображений поглощения третьего изображения поглощения, в котором эффекты поглощения, относящиеся к наличию неалмазного вещества в породе, устраняются или по меньшей мере уменьшаются, и анализ третьего изображения поглощения на наличие алмаза в веществе, в котором энергия модулированного потока быстрых нейтронов получается посредством ядерной реакции между потоком частиц, модулированным энергией, и мишенью, причем поток частиц, модулированный энергией, получают посредством следующих этапов:
- осуществляют прохождение потока частиц через первый ускоритель частиц, который ускоряет поток частиц, и второй ускоритель частиц, на который посылается поток частиц первым ускорителем частиц,
- осуществляют работу второго ускорителя частиц попеременно в первом и втором режимах для получения из потока частиц, посланных первым ускорителем потока частиц, потока частиц, который является модулированным между относительно высоким и относительно низким энергетическими уровнями.

В предпочтительном варианте воплощения второй ускоритель частиц работает в своем первом режиме для увеличения энергии частиц, направленных к нему первым ускорителем частиц, а во втором своем режиме - для применения энергии частиц, направленных к нему первым ускорителем частиц, без увеличения энергии.

Обычно первый и второй ускорители частиц являются ускорителями RFQ (радиочастотными квадрупольными), а второй ускоритель частиц переключается из первого режима в свой второй режим с помощью расстройки его так, чтобы его радиочастотное и ускоряющее поля находились не в фазе.

В одном варианте применения изобретение используется для получения потока дейтронов, модулированного энергией. Поток дейтронов, модулированный энергией, используется для получения потока быстрых нейтронов, модулированного энергией. Это достигается с помощью направления модулированного энергетического дейтронного потока на мишень дейтериевого газа. Затем поток быстрых нейтронов используется для обнаружения алмазов и в способе сортировки, который описан выше.

Поток быстрых нейтронов получается в результате ядерной реакции между дейтронным потоком и мишенью дейтериевого газа. Как отмечено выше, энергетический уровень потока быстрых нейтронов линейно зависит от уровня кинетической энергии падающего потока дейтронов. Как также отмечено выше, способ обнаружения алмазов, в котором изобретение находит применение, требует потока быстрых нейтронов с энергетическим уровнем, модулированным между резонансным и нерезонансным значениями. В данном примере требуется получить поток быстрых нейтронов, модулированных между резонансным уровнем энергии 8 МэВ, соответствующим ранее отмеченному уровню в 7.8 МэВ, и нерезонансным уровнем энергии 7 МэВ.

Известно, что для получения потока быстрых нейтронов с энергетическим уровнем 8 МэВ в ядерной реакции, поток дейтронов должен быть ускорен до энергетического уровня в 5 МэВ из-за положительного Q-значения, равного 3 МэВ, в этой конкретной реакции. Для получения потока быстрых нейтронов с нерезонансным уровнем 7 МэВ, поток дейтронов должен быть ускорен до энергетического уровня в 4 МэВ опять же из-за положительного Q-значения, равного 3 МэВ. Необходимо соответственно модулировать дейтронный поток между уровнями энергии в 4 МэВ и 5 МэВ.

В данном варианте воплощения модулирование дейтронного по тока выполняется с помощью использования двух RFQ (радиочастотных квадрупольных) ускорителей частиц, соединенных последовательно и предпочтительно подсоединенных один к другому для образования единого устройства, причем первый RFQ ускоритель частиц сконструирован для подачи своего выходного потока прямо на второй RFQ ускоритель частиц.

В первом RFQ ускорителе частиц дейтронный поток, полученный с помощью подходящего источника, ускоряется до постоянного энергетического уровня 4 МэВ. Выходной поток с энергией 4 МэВ первого RFQ ускорителя частиц подается на второй RFQ ускоритель, который работает в режиме "Включен/Выключен". Во включенном режиме работы второй RFQ ускоритель частиц дополнительно ускоряет дейтроны так, чтобы поднять энергетический уровень потока поданных на него частиц на 1 МэВ для достижения необходимых 5 МэВ. Выходной поток с энергией 5 МэВ, полученный вторым RFQ ускорителем, затем фокусируется на дейтериевую газовую мишень с помощью соответствующих электромагнитов, что приводит к тому, что поток быстрых нейтронов достигает энергии 8 МэВ. Этот поток быстрых нейтронов направляется на частицу кимберлита, подвергающуюся анализу, получая при этом изображение поглощения для этой частицы.

В выключенном режиме работы второй RFQ ускоритель не придает никакой дополнительной энергии дейтронному потоку, поданному на него первым RFQ ускорителем, и пропускает поток дейтронов с энергетическим уровнем 4 МэВ. Ядерная реакция, которая имеет место при фокусировании такого дейтронного потока на дейтериевую газовую мишень, производит поток быстрых нейтронов с нерезонансным уровнем энергии 7 МэВ. Последний нейтронный поток затем используется для получения второго изображения поглощения для исследуемой кимберлитовой частицы.

Как объяснялось выше, изображения поглощения вычитаются одно из другого, а из анализа результирующего третьего изображения может быть сделано заключение, содержит ли кимберлитовая частица алмазное включение или нет. Если алмазное включение распознано, то кимберлитовая частица отделяется от других частиц, для которых такой же анализ обнаружил отсутствие алмазов. Это может быть достигнуто с использованием выбрасывателя газовой струей, переключаемого компьютером, который анализирует изображение.

Особенностью изобретения является способ, при котором второй RFQ ускоритель переключается между режимами работы "Включен" и "Выключен". Для переключения из режима "Включен" в режим "Выключен" радиочастотное (РЧ) поле возбуждения во втором RFQ ускорителе расстраивается так, чтобы быть не в фазе с ускоряющим полем ускорителя, что приводит к тому, что никакая дополнительная ускоряющая кинетическая энергия не привносится в поток дейтронов, поданного первым RFQ ускорителем.

Важно, чтобы радиочастотное поле было сформировано так, чтобы вызвать соответствующий фокусирующий эффект, который позволяет потоку дейтронов проходить через второй RFQ ускоритель с хорошо определенной огибающей. Это применимо к обоим режимам работы второго RFQ ускорителя. В выключенном режиме работы, даже хотя радиочастотное поле второго RFQ ускорителя не усиливает энергию полученного потока дейтронов, является тем не менее сфокусированным соответствующим образом.

Модуляция второго RFQ ускорителя между его соответствующими режимами управляется компьютером, временные интервалы, в течение которых действует каждый режим, определяются временем, требуемым для генерирования необходимых радиографов, т.е. изображений поглощения.

Фокусирующая система, которая используется для фокусирования потока дейтронов, модулированного энергией, на дейтериевую газовую мишень, является предпочтительно ахроматической, т. е. является нечувствительной к уровню энергии потока, полученного вторым RFQ ускорителем, так что одна фокусирующая система может быть использована безотносительно к режиму работы ускорителя.

Основным преимуществом получившегося модулированного энергией потока быстрых нейтронов, используя два RFQ ускорителя для модулирования энергии возбуждающего дейтронного потока в способе, описанном выше, является то, что не существует движущихся частей.

Использование: для обнаружения присутствия алмаза в веществе. Сущность: вещество облучается потоком быстрых нейтронов, модулированным между первым и вторым различными энергетическими уровнями, которые являются соответственно резонансными и нерезонансными энергетическими уровнями для алмаза. Соответствующие первое и второе изображения поглощения получают для вещества и из этих изображений получают третье изображение поглощения, в котором эффекты поглощения, относящиеся к наличию неалмазного вещества в породе, устраняются или по меньшей мере уменьшаются. Полученное изображение затем анализируется на наличие алмаза в веществе. Поток быстрых нейтронов с модулированной энергией получают с помощью ядерной реакции между потоком быстрых нейтронов с модулированной энергией и мишенью. Поток быстрых нейтронов с модулированной энергией производят посредством способа, в котором поток частиц проходит последовательно через первый и второй ускорители частиц. Модуляция достигается работой второго ускорителя частиц попеременно в первом и втором режимах для получения из потока частиц, поданного первым ускорителем частиц, потока частиц, который является модулированным между относительно высоким и относительно низким энергетическими уровнями. Технический результат: уменьшение загрузки и емкости, требуемых для оборудования переработки. 7 з.п.ф-лы.

1. Способ обнаружения наличия алмаза в веществе, при котором облучают вещество потоком быстрых нейтронов, модулированным между первым и вторым различными энергетическими уровнями, которые являются соответственно резонансным и нерезонансным энергетическими уровнями для алмаза, получают соответствующие первое и второе изображения поглощения для вещества, получают из первого и второго изображений поглощения третье изображение с эффектами поглощения, относящимися к отсутствию алмазного вещества в породе, которые устраняют или, по меньшей мере, уменьшают, и осуществляют анализ третьего изображения поглощения на наличие алмаза в веществе, отличающийся тем, что поток быстрых нейтронов, модулированный энергией, получают с помощью ядерной реакции между потоком частиц, модулированным энергией, и мишенью, причем получение потока частиц, модулированного энергией, содержит следующие приемы: осуществляют прохождение потока частиц через первый ускоритель частиц, который ускоряет поток частиц, и второй ускоритель частиц, на который посылают поток частиц первым ускорителем частиц; осуществляют работу второго ускорителя частиц попеременно в первом и втором режимах для получения из потока частиц, посланного первым ускорителем частиц, потока частиц, который является модулированным между относительно высоким и относительно низким энергетическими уровнями. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют работу второго ускорителя частиц в первом режиме для подъема энергии потока частиц, поданного на него первым ускорителем частиц, и во втором режиме, в котором энергия потока частиц, поданного на него первым ускорителем частиц, остается без изменения. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что первый и второй ускорители частиц являются RFQ ускорителями. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что второй RFQ ускоритель переключают с первого режима во второй режим посредством расстраивания его так, чтобы его радиочастотные и ускоряющие поля имели разные фазы. 5. Способ по п.3 или 4, отличающийся тем, что поток частиц с модулированной энергией является фокусированным на мишень фокусирующей системой, которая является нечувствительной к уровню энергии потока. 6. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток частиц является дейтронным потоком, а мишенью является мишень дейтериевого газа. 7. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поток быстрых нейтронов является модулированным между энергетическими уровнями 8 и 7 МэВ соответственно. 8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что используют для обнаружения алмаза в веществе кимберлита.