Способ определения содержания углерода Советский патент 1983 года по МПК G01N23/221 

изобретение относится к способам активационного анализа и может быть использовано для контроля содержания углерода в черной и цветной металлургии, угольной и химической промышленности. Известен способ определения содержания углерода путем облучения исследуемых образцов быстрыми нейтронами с последующей регистрацией бета-излучения короткодвижущих радио нуклидов в бррсодержащкх и кислород содержащих образцах l . Недостатками известного способа являются высокое фоновое излучение от бора или кислорода, что приводит к значительным погрешностям анализа Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, заключающийся в облучении образца импульсами быстрых; нейтронов, регистрации в промежутках между импульсами наведенной активности от радионуклида 2и и фоновой активности от радионуклида , регистрации после пре кращения облучекчя активности радио нуклида и 2j . Недостатком такого способа является то, что при анализе материалов содержащих кислород особенно в количествах, равных или больших, чем содержание углерода), имеются значи тельные (около 5%) погрешности и уменьшить их путем увеличения времени анализа не удается. Это связано (с большим фоновым излучением NT , а также с методом учета вклада кислорода. Относительная статистическая погрешность 8 определения углерода в таком способе определяется формуло 1-1 IN CN.f где N - суммарная активность от радионуклида В, зарегистрированная в промежутках между нейтронными импульсами;N,N°- фоновые суммарные активности от радионуклида N , зарегистрированные в промежут ках между импульсами нейтро нов и после выключения генератора нейтронов;. фоновые суммарные активноети от всех остальных радионуклидов, зарегистри)ованны в тех же условиях; % N,/N2 - отношение суммарных активностей от стандартного кислородсодержащего образца зарегистрированных в тех же условиях. Выражение (1) получено в предложении точного мониторирования нейтронного потока и значения величин Jg, и Nj путем многократных измерений могут быть точно определены, поэтому их дисперсиями можно пренебречь. При времени облучения, равном примерно 5 периодам полураспада М , активность N приходит в насыщение и N° , зарегистрированная от радионуклида Н после выключения нейтронного генератора, не зависит от общего времени анализа, а отношение 9C растет с увеличением общего времени анализа, что приводит к увеличению погрешности способа-прототипа. Цельюизобретения является устранение вышеуказанного недостатка, т.е. уменьшение погрешности 8 определения содержания углерода при заданном времени анализа. Цель достигается тем, что в способе определения содержания углерода, заключающемся в облучении образца импульсами быстрых нейтронов регистрации в промежутках между импульсами наведенной активности от радионуклида В и фоновой активности от радионуклида , регистрации после прекращения облучения активности радионуклида , импульсы нейтронов посылают пакетами, длительностью с j, ,. с интервалом между пакетами tj , причём длительность цикла tj, +Е выбирают равной периоду полураспада W , а отношение Cj Д - равным корнк квадратному из отношения активностей от радионуклидов Ыи , зарегистрированных в промежутках между импульсами пакетов при tj , На фиг. 1 приведена временная диаграмма предлагаемого способа, где t, - длительность импульсов нейтронов, tvv длительность задержки после окончания импульса нейтронов, to длительность регистрации наведенной активности радионуклидов между импульсами нейтронов, t - период следования импульсов нейтронного генератора, причек Ь ; t +-1 41 t длитеЛьность пакета импульсов нейтронов, vv длительность задержки после окончания пакета импульсов нейтронов, - длительность регист-л рации наведенной активности радионуклидов между Пакетами, С - длительность цикла, причем С GI, общее время.анализа, И - число импульсов нейтронов в пакете, - число иклов. На фиг. 2 приведены графики относительных погрешностей о опредеения углерода по предлагаемому способу в единицах погрешностей способа-прототипа в зависимости от лительности цикла о t +1 при азличных общих временах анализа Т , ри этом время регистрации излучения bN после выключения нейтронного гё нератора Tg 30 с, время облучения Т-30 с, частота нейтронного генератора 10 Гц, t{, - 6 MKCjtw - 10 мс, V40 мс, tc -fj и N К 0. На фиг, 3 показана saBHCHNrocTb значений о от отношения /tt для различных отношений V° /К , Т 60 с, часпри 0 тоте нейтронного генератора 10 Гц и Nf Nf 0.. На фиг. 4 приведены зависимости относительных статистических погреш ностей 8 определения углерода от общего времени анализа Т для способ прототипа при времени облучения Т 30 с и врег-ени регистрации излучения N fc. 30 с - кривая 1 и предла гаемого способа при t( 3с, ,4 6 МКС, Iw 10 мс, ig 40 мс, частоте нейтронного генератора 10 Гц и Nf Nf О - кривая 2, отнормированные на значение 6 при f 60с. Тс 30 с и(№, /мГ)-г.бо 1 Пред пагаемкй способ определения содержания углерода осуществляют . следующим образом. Выбирают длительность цикла 1 t + j примерно равной периоду полураспада радионуклида N, целое число периодов k, равное отношению общего времени анализа Т к t , а дл тельность пакета импульсов нейтронов С{, равной длительности промежут ка мёжку пакетами j . Облучают исследуё лшй образец импульсным потоком быстрых нейтронов при выбранном уровне дискриминаций гистрируют излучение радионуклидов промежутках между импульсами нейтроно в пакетах и с задержкой в несколько периодов полураспада В в промежутках между пакетами импульсов нейтронов, номируют полученные отсчеты на показания монитора нейтрон ного потока. Вычитают фоновые суммарные актив ности и получают два результата: перззый от радионуклидов В и М, зарегистрированный в промежутках между импульсами нейтронов в пакете второй от радионуклида зарегис рированный в промежутках между пакетами импульсов нейтронов. Вычитают из первого результата число, равное произведению суммарной активности от N , зарегистрированной от исследуемого образца в проме жутках между пакетами импульсов нейтронов , на отношение суммарных активностей, зарегистрированных от кислородсодержащего стандартного об разца в промежутках между импульсами нейтронов в пакетах и промежутках между пакетами импульсов нейтронов, и получают суммарную активность от радионуклида В исследуемого образ ца. Определяют оптимальное отношение длительности промежутка между пакетами импульсов нейтронов к длительности пакета импульсов нейтронов tj, , равное корню квс1дратному из отношения суммарных активностей от радионуклидов N и В, зарегистрированных в промежутках между импульсами нейтронов в пакетах при равных значениях t и j, Проводят описанные выше операции для исследуемого .и стандартных образцов. Определяют содержание углерода, сравнивая суммарную активность от В, зарегистрированную от исследуемого образца в промежутках между импульсами нейтронов в пакетах, с суммарной активностью от углеродсодержащего стандартного образца, облученного и измеренного в том же режиме. Сущность изобретения состоит в . том, что значение 5 {см. формулу l) может быть уменьшено не только увеличением числа отсчетов N (за счет увеличения потока нейтронов или времени анализа, но и уменьшением значений величин, стоящих в числителе. Для этого необходимо создать условия, при которых значительно уменьшится число радиоактивных ядер Н , распадающихся в промежутках между импульсами нейтронов, и возрастет чис-. ло радиоактивных ядер N , распадающихся после выключения генератора нейтронов, т.е. уменьшится значение величины- б. По предлагаемому способу выведены формулы: для суммарной активное- . ти NJ , зарегистрированной в промежутках между импульсами нейтронов в пакетах, за общее время анализа Т (и для суммарной активности На зарегистрированной между пакетами импульсов нейтронов H.ElM( -е- - А-е где - плотность потока нейтронов, 1/см«-С/, . О - сечение активации, NA - число атомов С - абсолютная эффективность регистрации излучения ради нуклида} - постоянная распада образующегося радионуклида; время распада между импульс ми нейтронов. С} tj-L-t - время распада между пакетам импульсов нейтронов, с. При k 1 получим формулы для способа-прототипа. Результаты расчетов, проведенны по формулам (1) - (3) приведены на фиг. 2-4. Из хода кривых на фкг. 2 видно, что оптимальная длительность цикла J практически не зависит от общего времени анализа Т , но при N°/ она меньше длительности периода полураспада , а при 1 она больше длительности п риода полураспада W , причем значения 8 незначительно отличаются п величине от значений 8 при f , рав периоду полураспада N . Как видно из хода кривых на фиг для достижения минимальной погрешности анализа с хорошей точностью выполнимо условие iti iiviu у v jujrjnc ( ( .t:v . т.е. чем больше содержание кислоро да/ тем больше необходимо время дл распада радионуклида N в промежутках между пакетами импульсов нейтронов tj и меньше время t . При выборе отношения €j дует учитывать значения N и N , ляквдиеся характеристиками конкретной экспериментальной установки. При введении задержки t , равной 10-20 мс после каждого нейтронного импульса, фоновое излучение в осно ном обусловлено излучением радиону от элементов конструкции установки, В этом случае формулу ( можно записать 1 (U eUN°iN) т.е. К a-Jj N будет проявляться в качестве постоянной j.o6fBKM кислорода к составу исследуемого образца. Наилучший результат ( наименьшая погрешность) получается, если длительность периода выбирают из условия:если tj /t 1, то С i%,. , если -С /-С},-;, то ,. Эффёктивность предлагаемого способа возрастает с ростом общего времени анализа Т , как видно из фиг.4. Расчеты, проведенные для больших частот нейтронных импульсов генератора показывают, что предлагаемый способ справедлив до частот 5, Гц. Технико-экономические преимущества предлагаемого способа складываются из нескольких факторов. Такой способ позволяет увеличить число анализов, выполняемых с одной нейтронной трубкой или мишенью нейтронного тенератора при меньшей погрешности анализа. Это дает возможность расширить область применения способа и делает его более конкурентоспособным с традиционными физико-химическими методами определения содержания углерода: гравиметрическим, газометрическим, кулонометрическим, спектральным и т.д. Предлагаемый способ позволяет сократить общее время анализа, т.е. увеличить экспрессность, а значит и себестоимость анализа, при заданной погрешности, что имеет важное значение при массовом контроле. Способ согласно изобретению позволяет определять содержание углерода в образцах, содержащих бор при выборе длительности цикла, равной периоду полураспада образующегося радионуклида Li - продукта реакции в{ид).

i:

Л

н

аГ

СПОСОБ ОПРЕдаЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА, заключаювдийся в облучении образца импульсами быстрых нейтронов, регистрации в промежутках между импульсс ви наведенной активности от радионуклида Ь н фоновой активности от радионуклида N, регистрации после прекращения облучения активности радионуклида N, о тл и ч а ющи и ся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, импульсы нейтронов посылёдат пакетами, длительностью og , с интервалом между пакетам : t , причем длительность цикла tj, +tjj вьЛиргиот равной периоду полураспада N, а отношение tj /€ь - равным корню : квадратному из отношения активностей от радионуклидов и 2в, зарегистрированных в промежутках между импульсами пакетов .

ГЩ

Фиг.2