Способ рентгенорадиометрического опробования руд Советский патент 1991 года по МПК G01N23/223 

Изобретеиие относится к области ядерно-геофизического опробования руд и может быть использовано в геологии, горнодобывающей промышленности, при переработке вторичного сырья и в других отраслях народного хозяйства, где требуется предварительное знание концентрации руд, контроль или сортировка руд или продуктов их переработки.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности опробования.

На фиг.1 показаны спектры; на фиг.2 - зависимость параметра г) от содержания определяемого элемента.

Для осуществления способа потоки первичного тормозного излучения от рентгеновской трубки создают поочередно путем подачи на ее анод двух значений напряжения, одно из которых выбирают так, чтобы оно соответствовало аналитической линии или скачку поглощения определяемого элемента, но не превышало его, а другое было больше первого в 1,3-1,7 раза, ширину спекО

ю со ч

00

трального окна для регистрации вторичного излучения устанавливают так, чтобы оно полностью включало амплитудное распределение аналитической линии определяемого элемента и обеспечивало подобие спектров тормозного рассеянного излучения при разных значениях анодного напряжения на трубке, затем на модели, имитирующей вмещающую среду, не содержащую определяемого элемента, измеряют потоки вторичного излучения NI и N2 , вычисляют коэффициент подобия спектров К

N2 /Ni и в дальнейшем, измеряя потоки вторичного излучения NI и Na от анализируемых сред или объектов, судят о содержании определяемого элемента по величине параметров д N2 - КМч или ц (Ni -KNi)/Ni.

Спектры 1 и 2 (пунктирные линии) тормозного излучения трубки получены при двух анодных напряжениях Ui 18,5 кВ и U2- 28,5 кВ. Соотношение между их значениями равно 1,55, причем Ui близко к значениям энергии К-линии (16,5 - 18,6 кэВ) и потенциала ионизации К-оболочки ниобия, но не превышает его (К-крзй ниобия соответствует 18,97 кэВ). Спектры тормозного излучения трубки, использовавшегося для возбуждения К-линии характеристического излучения ниобия, простираются по энергетической шкале до максимальных значений Ui и U2. Следовательно, тормозное излучение трубки при Ui не возбуждает К- линию ниобия (16,5 кэВ). Она возбуждается лишь тормозным излучением при U2. Спектры тормозного излучения в своем распределении по шкале интенсивности имеют широкие максимумы, центры которых на энергетической шкале соответствуют величине, равной 2/3 от поданного на трубку анодного напряжения: максимум спектра 1 соответствует энергии 12,5 кэВ, максимум спектра 2 - энергии 19 кэВ.

Таким образом, спектры первичного

тормозного излучения при двух различных значениях анодного напряжения трубки подобны, но не идентичны. Поэтому и соответствующие им спектры 3 и 4 рассеянного на вмещающей среде излучения не одинаковы как по интенсивности, так и по положению максимума ее распределения на энергетической шкале. Это обстоятельство не позволяет воспользоваться для вычисления характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента (в данном случае ниобия) простой разностью двух замеров интенсивности вторичного спектра при различных значениях Ui и U2. Необходимы дополнительные операции по учету изменения фона, результат которых должен

быть отражен в конечном алгоритме способа. Причем измерения необходимо вести в широком спектральном окне Аи (в данном случае в окне от 11 до 24 кэВ) с тем, чтобы

5 комптоновские сдвиги максимума рассеянного излучения во вторичных спектрах не нарушали их подобия и сохранялось постоянное соотношение К между интенсивно- стями вторичных излучений в спектральном

0 окне при изменении анодного напряжения на трубке.

В данном случае К Na /Ni1 5, где NI - интенсивность вторичного спектра (скорость счета) на модели пустой породы при Ui:

5 N21 - то же, при U2- Заметим, что Ni и № определяются не амплитудой, а площадью спектральных распределений вторичного излучения в спектральном окне 10-24 кэВ. Как видно из фиг.1, это соотношение К со0 храняется для фонового значения интенсив- ности и при наличии в исследуемом объекте определяемого элемента (спектры 5 и 6 при содержании ниобия 0,5 и 1 % соответственно, в которых четко проявлена К-серия нио5 бия, соответствующая 16,5 кэВ). Это обстоятельство позволяет учесть изменения фона при дальнейших измерениях по результатам предварительных замеров на моделях пустой породы и вычисления по

0 ним коэффициента К, если использовать алгоритмы

5 N2-KNi,i/ (N2-KNi)/Ni, (1) где N1 и N2 - интенсивности (скорости счета) на анализируемых пробах при Ui и IJ2 соот5 ветственно;

К- коэффициент, вычисленный по предварительным измерениям на безрудных моделях, как описано выше.

0 Таким образом, физический смысл коэффициента К состоит в уравнивании скоростей счета, соответствующих фоновому вторичному излучению в спектральном окне, при последовательной подаче на трубку

5 анодных напряжений Ui и U2. Коэффициент К используется в алгоритмах (1), когда время экспозиции измерений при Ui и 1)2 одинаково. Однако операция уравнивания счета первого и второго замеров может быть вы0 полнена путем вариации временем измерения, т.е. экспозициями ti и t2 соответственно. Так как всегда Ni № , то для соблюдения равенства NI ц N2 t2 необходимо, чтобы . Значения ti и t2 onpe5 деляются по предварительным измерениям на модели пустой породы так же, как и коэффициент К. В этом случае алгоритмы (1) принимают вид:

д N2t2 - Niti; щ (N212 - Nrti)/Niti. (2)

Кроме того, между значениями анодных напряжений Ut и Ua, подаваемых на трубку должно быть определенное соотношение, которое в зависимости от энергетического разрешения детектора находится в пределах 1,3-1,7, для сцинтилляционных и пропорциональных детекторов с обычным энергетическим разрешением по линии 22,3 кэВ (изотоп кадмий-109) около 10-30%.

Рассмотрим зависимость параметра ; от содержания ниобия при различных соотношениях анодного напряжения, подаваемого на трубку (фиг.2). Во всех случаях Ui 18 кэВ, значение U2 для графика 7 равно 28,5 кВ, для графика 8 22,0 кВ, для графика 9 32,5 кВ. Таким образом, соотношения U2/Ui соответственно равны 1,55; 1,22; 1,81. Остальные условия измерений такие же, что и на фиг,1. График 7 соответствует предлагаемому способу. Из графиков видно, что чувствительность их к содержаниям ниобия при увеличении соотношения IJ2/U1 сначала возрастает, а потом понижается, причем наименьшая чувствительность у известного способа (график 8), когда значения Ui и U2 близки между собой, а их соотношение ненамного превышает единицу. Наибольшая чувствительность у графика 7, когда U2/U1 1,55, а затем она понижается (график 9, при U2/Ui -1,81). Таким образом, область наибольшей чувствительности находится в диапазоне изменения Uj/lh 1,3- 1,7 а зависимости от энергетического разрешения и эффективности детектора.

П р и м е р. В таблице представлены результаты практического использования предлагаемого способа в сравнении с известным. Исследованию подвергали грубод- робленые (крупностью менее 10 мм) технологические пробы руды одного из ре- дкометаляьных (ниобиевых) месторождений. Масса проб 3-5 кг. Измерения проводили на установке, состоящей из дифференциального гамма-спектрометра .АИ-1024, датчика с пропорциональным ксе- ноновым счетчиком СИ-11-Р. имеющим энергетическое разрешение по линии 22,3 кэВ около 16%, рентгеновский трубки БС-1 (РЕИС-И) с медным анодом и ЭВМ Д-3-28, которая управляла работой установки. Каждую пробу измеряли дважды; предлагаемым и известным способом. При реализации предлагаемого способа на анод трубки последовательно подавали напряжение Ui 18кВ и U2 28,5 кВ и измеряли соответствующие скорости счета NI и № за экспозицию 10 с в интервале вторичного спектра 10-24 кэВ, включающем амплитудное распределение аналитической К-линии ниобия. Измерения известным способом

проводили также, но значение Uz - . По измеренным значениям вычисляли параметр rj, значение которого для предлагавмого способа равно 5, а для известного 2. Перевод значений г для каждой пробы в содержание ниобия осуществляли по граду- ировочному графику, который был получен таким же образом на моделях, имитирующих руду с разным содержанием ниобия (фиг.2).

По результатам сопоставлений вычисляли среднеквадратичное относительное случайное отклонение, которое в таблице

указано для обоих способов. Систематическая ошибка определений в обоих случаях отсутствовала, однако относительная погрешность анализа, как это следует из таблицы, у предлагаемого способа

существенно ниже, чем у прототипа, что свидетельствует о более высокой чувствительности и точности количественных определений. Возможность проведения измерений в широком спектральном окне

также относится к числу преимуществ предложенного способа. Использование способа обеспечивает высокую статистическую точность измерений, что дает возможность использовать его при динамических процессах, таких как сепарация, опробование руд s транспортных емкостях и тогчс ортерных лентах, т.е. там, где нужна высокая производительность при сохранении чувствительности, точности и надежности

количественных оценок.

Формула изобретения 1. Способ рертгенорадиомстрического опробования руд, включающий последовательное облучение исследуемой среды двумя потоками тормозного излучения рентгеновской трубки раз шх энергий, соответствующих значениям потенциала анода трубки, одно из которых Ui меньше, а другое 1Ь больше потенциала возбуждения аналитической серии характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента, последовательную регистрацию интенсиэьостей NI и N2 вторичного излучения в энергетическом интервале спектра, содержащем аналитическую линию определяемого элемента, при котором вычисляют аналитический параметр 6 , и установление содержаний определяемого элемента, по предварительно построенной градуировоч- ной зависимости аналитического параметра

от содержания определяемого элемента, о т- л и ч а ю .щ и и с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности опробования, соотношение ItoUi выбирают равным 1,3-1,7, предварительно проводят измерения указанных интенсивностей на модели вмещающей, породы и по их результатам определяют коэффициент подобия спектров, величину которого используют при определении аналитического параметра.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что коэффициент подобия спектров определяют по отношению интенсивностей,

измеренных при одном значении времени экспозиции.

3. Способ по п. 1,отличающийся тем, что коэффициент подобия спектров определяют по отношению времен экспозиции, за которые регистрируют одинаковое количество импульсов при разном напряжении на трубке.

Изобретение относится к области ядерно-геофизического опробования руд и может быть использовано в геологии и горнодобывающей промышленности. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности опробования. Потоки первичного тормозного излучения от рентгеновской трубки создают поочередно путем подачи на ее анод двух значений напряжения, одно из которых выбирают так, чтобы оно соответствовало аналитической линии или скачку поглощения определяемого элемента, но не превышало бы его, а другое было бы больше первого в 1,3-1,7 раза. Ширину спектрального окна для регистрации вторичного излучения устанавливают такой, чтобы оно полностью включало амплитудное распределение аналитической линии определяемого элемента и обеспечивало подобие спектров тормозного рассеянного излучения при разных значениях анодного напряжения на трубке. Затем на модели, имитирующей вмещающую среду. не содержащую определяемого элемента, измеряют потоки вторичного излучения NI и N2 , вычисляют коэффициент подобия спектров К № /М1 и в дальнейшем, измеряя потоки вторичного излучения Ni и N2 от анализируемых сред, судят о содержании определяемого элемента по величине параметров 5 Na - KNi или j (N2 - KNi)/Ni.2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

KA.ftN&

100

&

Фиг. /

# отн. ед.