Датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора Советский патент 1983 года по МПК G01N23/223 

(5) ДАТЧИК РАДИОИЗОТОПНОГО РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗАТОРА

Изобретение относится к флуоресцент ному рентгенорадиометрическому анализу и может использоваться для анализа руд в естественном залегании, для анализа в потоке и т,д. Известны датчики радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащие неколлимированные точечные источник и детектор, закрепленные в корпусе-держат еле tl. Известные датчики обеспечивают регистрацию флуоресцентного излучения с большой площади. Однако при анализе руд в естествен ном залегании на потоке и в других случаях, когда имеет место неравномер ное распределение анализируемого элемента по поверхности, точность анализа невысока. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус со сходящимися в единое .сечение узкими цилиндрическими коллимационными каналами, в одном из которых установлен источник излучения, а в другом детектор излучения Г . J. В известном датчике поток флуоресцентного излучения, регистрируемый детектором, идет с небольшого участка поверхности анализируемого материала, что, с одной стороны, обеспечивает возможность устранения в значитальной мере влияния неравномерного распределения анализируемого элемента по поверхности на точность анализа, но с другой стороныуприводит к резкому уменьшению абсолютной величины детектируемого ntJTOKa излучения. Последнее приводит, в свою очередь, к снижению точности при зaдaVГ . ном времени анализа (например при анализе в потоке задаваемого скорость движения анализируемого материала) или к необходимости увеличивать время анализа для получения достоверной статистики измерений. Кроме того. 3 площадь анализируемого с помощью та кого датчика материала мала. Цель изобретения - оптимизация результатов анализа по точности и э фективности регистрации, Поставленная цель достигается те что в датчике радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, со держащем корпус со сходящимися в ед ное сечение коллимационными каналами, в одном из которых установлен источник излучения, а в другом - де тектор излучения, коллимационные ка налы выполнены в виде расходящихся от источника и детектора конусов, п чем сечение -ко/ лимационных каналов корпуса датчика в плоскости, проход щей через источник, детектор и оси конусов, имеет форму параллелограмма, одна сторона которого проходит через источник и детектор, без тре угольника, образованного указанной стороной параллелограмма и .прилегающими к этой стороне полуди-агоналями параллелограмма, причем источНИК установлен в той вершине параллелограмма, проекция которой на его сторону, противоположную стороне, образованной линией источник - дете тор, лежит снаружи от идущей от ист ника боковой стороны параллелограмма. При этом, отношения длины соединяющей источник и детектор стороны раллелограмма (L) , высоты параллело грамма (Н) и величины расстояния от проекции источника до ближайшей вер шины параллелограмма (В) выбраны из условия L:H:U 6:2:1. На фиг. 1 схематически представл датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, разрез, на фиг. 2 и 3 - графики изменения величины регистрируемого детектором потока рентгеновского излучения dN от элементарной площадки на поверхности исследуемого объекта dS с координатами (Х, у) в зависимости от положения этой площадки относительно детектора. Изменения показаны для датчиков с различным соотношением L/H. Все результаты нормированы на величину потока dNj), приходящего в детектор с площадки с координатами (0,0) соответствущей проекции детектора на поверхность исследуемого объекта Фиг, 2 йллюстрирует изменение qp dN/dNo вдоль оси X,. . в направ69пении детектор - источник, фиг, j в направлении оси У, перпендикулярной оси X. Значения координат X и У нормированы на величину Н. Датчик paдиoизoJ6пнoгo рентгенофлуоресцентного анализатора содержит точечный изотопный источник 1 излучения, расположенный в коллимационном канале 2, точечный детектор 3 излучения, расположенный во втором коллимационном канале , корпус 5, Б и 5. Коллимационные каналы 2 и j выполнены в форме конусов, оси которых направлены в сторону исследуемого объекта. 6 так, что сечение датчика плоскостью, перпендикулярной поверхности исследуемого объекта 6 и проходящей через источник 1, детектор 3 и оси коллимационных каналов 2 и имеют форму параллелограмма с основанием 1. и высотой Н без треугольника, образованного сечением части корпуса 5 вершинах параллелограмма расположены источник 1 и детектор 3, а боковые стороны и верхние половины диагонали ограничивают продольное сечение в указанной плоскости коллимационных каналов 2 и , причем проекция источника 1 на поверхность исследуемого объекта 6 находится на расстоянии В с внешней стороны от ближайшей вершины параллелограмма, отношения L:H:B 6:2:K в Сечения коллимационных каналов 2 и 4 поверхностью исследуемого объекта 6 совмещены и имеют форму . эллипса. Датчик работает следующим образом. Источник 1 испускает излучение, которое, пройдя через коллимационный канал 2,облучает поверхность исследуемого объекта 6, рассеиваясь в нем и возбуждая рентгеновскую флуоресценцию определяемых элементов, содержащихся в материале исследуемого объекта 6с Это вторичное излучение через коллимационный канал k попадает в детектор 3 и регистрируется им. Защитный экран 5 поглощает первичное излучение, направленное в сторону от исследуемого объекта 6 или непосредственно в детектор 3, а также вторичное излучение, не попадающее в детектор 3. Величина потока рентгеновского излу чения, приходящего в детектор 3 от .произвольной элементарной площадй:и 51 на поверхности исследуемого объекта 6, определяется соотношением ly R R 1 2 1/Sln6L+/Aj/ij l/sinp где К - коэффициент, зависящий от мощ ности источника, свойств детектора и некоторых атомных констант, но не за ВИСЯ1ДИЙ от свойств среды; линейный коэффициент ослабления в среде первичного и вторичного излучения-; ct и fb - углы падения первичного и вы хода вторичного излучения; с - содержание в среде определя емого элемента; f - массовый коэффициент фотопоглощения первичного излучения атомами определяемого элемента} р - плотность среды; R,- расстояния от источника 1 и «1 и R детектора 3, до элементарной площадки ЫЛ ПППРПУНПГТИ 1/1 г ГПР л VP М( ГП nC -hfU- на поверхности исследуемого ооъекта 6. Исходя из геометрических условий измерений, можно выразить значения. R, R2. sinot и 51пр,через геометрические параметры датчика L и Н и коор динаты (Х, у) элементарной площадки (ц-х;Чу2 н2, 69 Rj H 5ino6-H/R, 5in|b H/R2 Как видно, изменение f определяется соотношением геометрических параметров датчика L и И и соотношением yu--//л.; .-На фиг. 2 и 3 представлены кривыеr f(x) (y), рассчиСтанные для случая/л,-//Aj 1, типично-: го для анализа руд в условиях естественного залегания. Кривые 7-12 (фиг, 2) соответствуют значениям L/H 0,1; 1,0; 2,0-, 3; 0,5; 0; 10,0. При малых L/H зависимости имеют максимум в области Х (0,1-0,6) Н, при больших L/H появляется второй максимум, расположенный в oблacт источника. Графикиj « f (У), показанные на фиг, 3, симметричны относительно начала координат. Кривые 13-16 соответствуют L/H 0,1-, 1,05; О и 10,0. Существенно, что зависимости (У) i-,ntJ n nnij. I /LI cr.. при различных L/H близки, Задаваясь максимально допустимыми изменениями , можно определить границы зоны, в оторойТ,0,5Ггпдх т.е. изменения не превышают ±25%. В дальнейшем эту зону будем называть зоной равномерной чувствительности. Значения координат Yog, а также ширины зонылХ ИДУ сведены в таблицу. ет в детектор 3 только с участка поверхности исследуемого объекта 6, совпадаедего с зоной равномерной чув ствительности, то величины потока слабо зависят от распределения ана.лизируемого элемента в пределах этого участка и определяют только его содержанием. Датчик, обеспечивающий та условир измерений при максимальных размерах зоны равномерной чувствительности, позволяет получить наибольшую точность анализа. Из таблицы видно, что ширина зоны по оси X максимальна при соотношении Ь/НХ-З а указанные условия измерений достигаются, если корпус 5 , 5 и 5 с k выпол коллимаиионными каналами 2 и нен описанным образоМо Из таблицы следует, что при увели-20 чении L/H величина ЛX убывает, координаты точки Хр уменьшаются 5 а точки - X(j г увеличиваются о При этом сечение принимает вид трапеции с меньшим нижним основанием. При уменьшеНИИ L/H величина 4 X также уменьшается, а сечение преобразуется в трапецию с меньшим верхним основанием. Из таблицы следует также, что границы зоны равномерной чувствительности по оси У симметричны относительно проекции линии детектор - источник, а ширина зоны меняется незначительно и равна (1,1-1,7) Н, причем этот диапазон изменения ДУ-соответствует изменению L/H в 100 раз о Поэтому фор ма коллимационных каналов 2 и 3, огр ничивающая размеры просматриваемой детектором площади по оси У, менее с щественна. Однако целесообразно коллимационные каналы 2 и h выполнять в форме таких конусов, совмещенные сечения которых поверхностью исследуемого объекта 6 имеют форму эллипсов, малые полуоси которых равны расстоянию L, что обеспечивает максимальные раз меры зоны равномерной чувствительности по оси УJ. если выполнены условия рассмотренные выше. На фиг. 2 и 3 приведены кривые 8 и 1, которые относятся к датчику одной из известных конструкций, для которого L/H близко к 1, а коллимационные каналы направлены так, что вторичное излучение попадает в детек

тор с площадки на поверхности исследуемого объекта, не совпадающей с зоной равномерной чувствительности.

соединяющей источник и детектор стороны параллелограмма (L), высота параллелограмма (Н) и величины расстоялагаемому датчику. Как видно, площадь зоны равномерной чувствительности для предлагаемого датчика примерно в k раза больше, чем для известного Во столько же раз больше оказывается и величина потока рентгеновского излучения, регистрируемого детектором, что повышает статистическую точность анализа вдвое. Кроме того, за счет выбора направлений и формы коллимационных каналов в предлагаемом датчике существенно увеличивается вклад в регистрируемое излучение от участков поверхности исследуемого объекта, дающих наибольший поток. Использование изобретения обеспечивает повышение точности анализа И эффективности регистрации в различных условиях работы. Формула изобретения 1о Датчик радиоизотопного рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус со сходящимися в единое сечение коллимационными каналами в одном из которых .установлен источник излучения, а в другом - детектор излучения, отли чающийс я тем, что, с целью оптимизации результатов анализа по точности и эффективности регистрации, коллимационные каналы выполнены в виде расходящихся от источника и детектора конусов, причем сечение коллимационных каналов корпуса датчика в плоскости, проходящей через источник, детектор и оси конусов, имеет форму параллелограмма, одна сторона которого проходит через источник и детектор, без треугольника, образованного указанной стороной параллелограмма и прилегающими к этой стороне полудиагоналями параллелограмма, причем источник установлен в той вершине параллелограмма, проекция которой на его сторону, противоположную стороне, образованной линией источник - детектор, лежит снаружи от идущей от источника боковой стороны параллелограмма. 2, Датчик по п. 1, отличаю щ и и с я тем, что отношения длины

9100086910

ния от проекции источника до ближай 1. Плотников Р.И, и Пшеничный Г.А.

шей вершины параллелограмма (В) вы-Флуоресцентный рентгенорадиометрибрамы из условия L:H:B 6:2:1.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

J

ческий анализ, М,, Атомиздат, 1973, с. 122, 52. Патент США № 39« 822,

кл. 250-272, опублик, 1976 (прототип).

0.8 J,6 г,Ч 3.2 t.O t,8 5,6 T(/H,om.fd

-0.8 Сриг.г -7 -г -го -Г.6 -i,2 -0.8 -ff, о v ав фигЗ f,2 1,6 г.о 2. г. в У/и отн. ed. /7/Т7// /