Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК G01N23/223 

Изобретение относится к флуоресцентному рентгенорадиометрическому анализу, применяемому для определения содержания элементов в средах сложного состава. Известен способ рентгенорадиометри ческого анализа, в котором исследуемое вещество облучают потоком J -кван тов, регистрируют интенсивности флуоресцентного рентгеновского излучения определяемого элемента и рассеянного излучения пропорциональным или сцинтилляционным счетчиком, и находят содержание определяемого элемента по соотноше.нию измеренных интенсивностей Си. При этом способе анализа существен но улучшить точность определения малых содержаний можно за счет снижения величины инструментальной погрешности. Эта погрешность в реальном рентгенорадиометрическом анализаторе связана в основном с нестабильностью коэффициента преобразования дифференциального дискриминатора. Наиболее близким к предлагаемому является способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением,регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым веществом первичного излучения и нахождении содержания определяемого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучения и рассеянного излучения С2.. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для рентгеноради метрического анализа вещества, содер жащее источник первичного излучения, расположенный в коллимационном канале вторичные мишени, прободержатель и сцинтилляционный чИли пропорциональный детектор в коллимационном кана,ле СЗЗ. Излучение вторичной мишени исполь зуют для стабилизации положения спек тра. Это значительно усложняет установку, снижает полезную импульсную загрузку спектрометра, но не устраня ет дрейф порогов дифференциального дискриминатора. Поэтому определение с достаточной точностью малых содерж ний элементов затруднительно. 1 0 Цель изобретения - повышение точности определения малых содержаний элементов путем уменьшения величины инструментальной составляющей погрешности. Поставленная цель достигается согласно способу флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающемуся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением, регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым веществом первичного излучения и нахождении содержания определяемого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучения и рассеянного излучения, при котором вторичную мишень изготавливают из двух или более элементов с атомным номером на 1-3 единицы меньше, чем атомный номер определяемого элемента, а интенсивности их характеристического излучения подбирают так, чтобы в области спектра вторичного излучения, где регистрируется аналитическая Линия определяемого элемента, образовалось плато. В устройстве для рентгенорадиометрического анализа состава вещества, содержащем источник первичного излучения, расположенный в коллимационном канале, вторичные мишени, прободержатель и сцинтилляционньй или пропорциональный детектор в коллимационном канале, вторичные мишени расположены в коллимационном канале детектора и выполнены с возможностью регули-. рования их площадей и расположения относительно оси коллимационного канала. На фиг. 1 изображены спектры вто-. ричного излучения без подсветки (кривая ,1) и с подсветкой (кривая 2); на фиг. 2 - устройство для реализации способа. Рассмотрим возможность такой формулировки спектра на примере определения W по К-серии с использованием сцинтилляционного спектрометра на основе Nal(T), ФЭУ-35 и дифференциального радиометра. Источником первичного излучения служит радионуклид селен-75 активностью 400 мКи. Энергетическое разрешение по линии с энергией 59,6 кэВ (излучение Ат-241) составляет 14% при сохранении линейности энергетической шкалы. 31 Сравнительно низкая разрешающая способность спектрометра приводит к наложению в приборном спектре пика вылета от неко1ерентного рассеянного излучения с энергией 124 кэВ, 138 кэ максимума обусловленного некогерентным рассеянием линии 96 кэВ (обозначим их суммарную интенсивность J и характеристическим излучением опре деляемого элемента . Приборный спектр становится сложным и при близ ких к пороговым концентрациям опреде ляемого элемента в пробе в рабочем канале спектрометра (при определении вольфрама, например, рабочий канал настроен на интервал энергий 55,461,9 кэВ) явно выраженного максимума счета (фиг. 1, кривая 1) не наблюдается, измерения проводятся на склоне пика 3 , Так при определении вольфрама изменение коэффициента усиления (или порога дискриминации U) на +2% приводит к флуктуациям скорости счета на . С другой стороны, при использоваНИИ анализатора импульсов с постоянной шириной дифференциального окна цена канала также будет зависеть от и и, хотя и менее заметно (в при веденном примере ошибка в измерений скорости счета вследствие изменения цены канала составит +27„} . Учитывая, что реальная статистическая погрешность измерений не превышает 0,1-0,2%, требуется стабилизация или настройка К и Ид с точностью не хуж 0,02-0,04%, что практически выполнимо лишь при использовании многоканальных систем с машинной обработкой приборных спектров. Прием формирования вторичного спектра для снижения Vj, заключается в искусственном .добавлении в него фотонов определенных энергий так,. чтобы рационально видоизменить форму спектра в рабочем кангше (область а-с( на фиг. 1). Спектральная добавка излучения должна обладать определенными свойствами, основными из которы являются: в области oi-oi спектра на эталоне с близким к Д содержанием определяемого элемента дополнительные линии создают плато; скорост счета на плато должна падать при уве личении UA так, чтобы Э.З/йK . ЭЗ/сМ1д компенсировалось изменением цены канала ЭЕ/зеУд в шкале сигналов детектора; вклад дополнительного из0 4 лучения в общую скорость счета в рабочем канале- должен быть минимальным. Перечисленным условиям отвечает характеристическое излучение двух и более мишet eй с ZiZ,, возбуждаемых рассеянным пробой первичным излучением, но не возбуждаемых аналитической линией, т.е. энергии К-скачков мишеней Е II удовлетворяют м Е . . Е . Е. , где E.J, Е д.; - энергии аналитической линии и первичного излучения соответственно. Толщина и площадь мишеней, располагаемых в коллиматоре вторичного излучения, подобраны так, что приборный спектр суммарного вторичного излучения пробы C,jy 0,010% и мишеней в области энергий а-см принял вид, показанный на фиг. 1, кривая 2. В этом случае изменение коэффициента усилия прибора или порога дискриминации анализатора на приводит к 0,02% погрешности измерения аналитической линии. При работе по способу спектральных отношений основная погрешность в определении аналитического параметра п -З- обусловлена неточностью определения некогерентного рассеянного пробой излучения Здц. Относительная чувствительность метода S составляет 220% и уменьшается незначительно (15%) по сравнению с традиционным вариантом измерений. Расчетное значение пороговой чувствительности РРМ определения вольфрама при V 0,3% составляет 0,006%W. Проведенная оценка подтверждена результатами испытаний методики анализа вольфрамовых руд. В классе содержаний 0,02-0,05% среднеквадратичная погрешность единичного определения (время анализа 5 мин) составляет по предлагаемой методике 17%, что соответствует пороговой концентрациИО,006%К. Устройство пpeдcтaвдяef собой свинцовый датчик 3, в котором размещен источник 4 первичного излучения и выполнены каналы-коллиматоры для формирования первичных 5 и вторичных 6 пучков излучений. В коллимационном канале 6 вторичного излучения расположены два микрометрических винта 7, к поверхности которых приклеены мишени 8. Вращая микрометрический винт 7, можно изменять положение мишеней 8 относительно

оси коллимационного канала 6, а тем самым и площадь мишени 8, облучаемую вторичным излучением. Микрометрические винты 7 выполнены из материала с большим Z для защиты детектора 9 от прямого излучения источника 4. .

Устройство работает следующим образом.

Гамма или рентгеновские кванты, испускаемые источником 4, проходя через коллиматор 5, облучают пробу 10. Поток излучения от пробы через коллиматор 6 попадает в детектор 9. Часть этого потока попадает на мишен 8, вызывая их вторичное излучение, которое также регистрируется детекTof)OM 9 и трансформирует приборный спектр.

Вращая микрометрический винт 7 ,,изменяем интенсивность излучения от мишени 8. Используя в качестве мишеней 8 элементы, энергии К-краев поглощения которых меньше энергии рассеянного пробой излучения, можно осу ществить добавку фотонов определенных энергий так, чтобы рационально

видоизменить форму приборного спектра в интересующей нас области энергий.

Так при определении вольфрама по К-серии с использованием сцинтилляционного спектрометра и источника первичного излучения селен-75 характеристическое излучение вольфрама накладывается на склон рассеянного пробой излучения. Взяв в качестве мишеней соединения иттербия и тантала, можно сформировать плато в области характеристического излучения вольфрама во вторичном спектре пробы, не содержащей вольфрама.

Взяв в качестве мишени хороший рассеиватель, можно видоизменить спектр в области энергий рассеянного от пробы излучения.

По сравнению с прототипом предлагаемые способ и устройство для ег реализации при гораздо более просто технической реализации позволяют получить большую точность определения мальлх -содержаний элементов. Предлагаемый способ внедрен,для определения содержаний олова и вольфрама.

1. Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийся в облучении его и вторичной мишени рентгеновским . или гамма-излучением, регистрации сцинтилляционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента и элементов вторичной мишени и рассеянного исследуемым ,не-, « СОЮЗЙМ 1J

Мотн. вд.

, КМл51.9

го 5ЧМ f3./

ше(кэ8

90

s

..2