Рентгеновский анализатор Советский патент 1993 года по МПК G01N23/223 

Изобретение относится к рентгеновским устройствам для определения элементного состава разнообразных материалов и объектов в геологии, горнодобывающей и горноперерабатывающей про- мышленностях, металлургии, в частности к рентгеновским устройствам для анализа горных руд и пород в условиях естественного залегания, при опробовании стенок горных выработок и каротаже скважин.

Целью изобретения является повышение точности анализа за счет уменьшения влияния на результаты расстояния до исследуемого объекта и его эффективного атомного номера путем реализации метода стандарта-фона.

На фиг, 1 представлена блок-схема рентгеновского анализатора; на фиг. 2 - спектральное пропускание селективного

фильтра; на фиг. 3 - амплитудный спектр импульсов на выходе детектора; на фиг. 4 - зависимость аналитического сигнала анализатора (отношения скоростей счета импульсов в каналах, соответствующих аналитической линии определяемого элемента и рассеянному излучению) от расстояния до исследуемой среды.

Рентгеновский фильтр содержит рентгеновскую трубку 1, селективный фильтр 3, вторичный излучатель 4, состоящий из внутреннего слоя 5 и внешнего, обращенного к детектору, слоя 6, детектор рентгеновского излучения 7 и электронную схему обработки информации 8. Поз. 2 на фиг. 1 показывает расположение анализируемого объекта. Селективный фильтр 3 изготовлен из материала, энергия края поглощения которого Еф превосходит энергию аналитической линии

-А

СО

со ел о

со

3 18350704

Ei. Внешний слой 6 у вторичного излучателяслоя, 2 - пик флуоресцентного излучения

выполнен из материала, энергия края погло-внешнего слоя),

щения которого Еч меньше энергии знали-Электронная схема обработки инфортической линии, а внутренний слой 5 - измации 8 определяет отношение числа

материала, энергия края поглощения кото-5 импульсов, соответствующих флуоресцентрого Е2 в 1,5-2,5 раза превышает энергиюному излучению внешнего и внутреннего

этой линии. Толщина внешнего слоя вторич-слоев вторичного излучателя, Это отношеного излучателя выбрана из условия, чтобыние, равное отношению интенсивности анаего оптическая плотность для флуоресцент-литической линии определяемого элемента

ного излучения внутреннего слоя не превы-Ю к интенсивности рассеянного излучения, и

шала 0,5.является аналитическим сигналом для метоРентгеновский анализатор работаетда стандарта-фона.

следующим образом.Ввиду того, что изменение расстояния

Первичное излучение рентгеновскойдо исследуемой поверхности одинаково

трубки 1 падает на анализируемый объект 2 15 влияет на интенсивности аналитической лии преобразуется в нем во вторичное излуче-нии и рассеянного излучения, их отношение

ние. Вторичное излучение, состоящее из ха-практически не зависит от расстояния (крирактеристического излучения химическихвая 1 на фиг. А) в отличие от аналитического

элементов, содержащихся в анализируемомсигнала для прототипа, приведенного на

объекте, и рассеянного излучения, проходит20 кривой 2.

через селективный фильтр 3 и попадает наАналогично в связи со сходным влиянивторичный излучатель 4. Спектральное про-ем абсорбционных свойств среды (ее эффекпускание селективного фильтра и располо-тивного атомного номера) на интенсивности

жеиие краев поглощения слоев вторичногоаналитической линии и рассеянного излучеизлучателя относительно аналитической ли-25 ния применение метода стандарта-фона понии приведено на фиг. 2. Как следует из фиг.зволяет уменьшить влияние изменения

2, селективный фильтр пропускает два уча-эффективного атомного номера среды на

стка рентгеновского спектра-участок срезультаты анализа,

энергией менее Еф, в котором расположена.В качестве примера предлагаемый ренаналитическая линия определяемого эле-30 тгеновский анализатор был апробирован

мента, и высокоэнергетическую областьпри определении содержания никеля на моспектра с энергией Ер, существенно превы-делях стенок горных выработок. В качестве

шающей EI, представленную рассеяннымисточника первичного излучения мспользоизлучением. Прошедшее через селективныйвалась рентгеновская трубка БХ-3 с Ge анофильтр характеристическое излучение on-35 дом при 25 кВ и 100 мкА, Толщина

ределяемого элемента (его аналитическаяселективного фильтра, выполненного из Со,

линия) поглощается внешним слоем 6 вто-составляла 25 мкм, что обеспечило rtponyричного излучателя 4 и возбуждает его рен-екание линии М11 с энергией 7,47 кэВ 40%

тгеновскую флуоресценцию. Рассеянноеи рассеянного излучения с энергий 20 кэВ

излучение, характеризующееся большей40 60%. Внутренний слой вторичного излучатеэнергией (Ер 2:2Е|), пройдя через селектив-ля - цирконий (энергия края поглощения 18

ный фильтр 3 и внешний слой 6 вторичного кэВ) толщиной 50 мкм, внешний слой - жеизлучателя 4, возбуждает рентгеновскуюлезо (энергия края поглощения 7,11 кэВ)

флуоресценцию его внутреннего слоя 5.толщиной 1,3 мкм.

Толщина внешнего слоя вторичного излуча-45 Поглощение линии Nify внешним слоем

теля выбрана из условия, чтобы его оптиче-- 50%; пропускание рассеянного излучения

екая плотность для флуоресцентногос энергией 20 кэВ-98%; пропускание флуизлучения внутреннего слоя не превышалаоресценции внутреннего слоя (Zrl) - 94%.

0.5. При этом не менее 30% флуоресцентно-Детектором служил ксеноновый пропорциго излучения внутреннего слоя пройдет че-50 ональный счетчик. Аналитическим сигналом

рез внешний слой вторичного излучателя.является отношение скорости счета линии

Рентгеновское флуоресцентное излучениеРеК Дб кэВ) к скорости счета линии ZrlO

обоих слоев вторичного излучателя, соот-(15,75 кэВ).

ветствующее аналитической линии опреде- Зависимость аналитического сигнала

ляемого элемента и рассеянному55 (отношения скоростей счета в каналах Fe и

излучению, регистрируется детектором 7,2г) от расстояния до исследуемой поверхноамплитудное распределение импульсов насти приведена на фиг. 4 (кривая 1). Там же

выходе которого приведено на фиг. 3 (1 -приведена эта зависимость для скорости

пик флуоресцентного излучения внешнегосчета линии FeK/, что соответствует прототипу (кривая 2).

Предлагаемый рентгеновский анализатор по сравнению с известными техническими решениями (аналогами, прототипом) обеспечивает более высокую точность анализа за счет лучшей селективности и воз- можкости учета влияния расстояния до исследуемого объекта и его эффективного атомного номера на результаты анализа. Положительный эффект достигается за счет использования двухслойного вторичного излучателя, позволяющего в схеме дифференциального детектора реализовать метод стандарта-фона,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Рентгеновский анализатор, включаю- щий источник первичного излучения, селективный фильтр, выполненный из материала, энергия края поглощения которого превышает энергию аналитической линии определяемого элемента, расположенный за ним

вторичный излучатель, детектор рентгеновского излучения и электронную схему обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности анализа за счет уменьшения влияния расстояния до исследуемого объекта и его эффективность атомного номера на результаты анализа путем реализации метода стандарта-фона, вторичный излучатель выполнен двухслойным, при этом внешний обращенный к детектору слой выполнен из материала, энергия края поглощения которого меньше энергии аналитической линии определяемого элемента, а внутренней слой - из материала, энергия края поглощения которого в 1,5-2,5 раза превышает энергию этой линии, и толщина внешнего слоя выбрана из условия, что его оптическая плотность для флуоресцентного излучения внутреннего слоя не превышала 0,5.

Использование: в устройствах для определения элементного состава материалов в геологии, горнодобывающей и горнопере- рабатывающей промышленности, металлургии. Сущность изобретения: рентгеновский анализатор содержит источник первичного рентгеновского излучения, селективный фильтр, вторичный излучатель, детектор рентгеновского излучения и электронную схему обработки информации, Вторичный излучатель выполнен двухслойным, при этом внешний, обращенный к детектору, слой выполнен из материала, энергия края поглощения которого меньше энергии аналитической линии определяемого элемента, а внутренний слой - из материала, энергия края поглощения которого в 1,5-2,5 раза превышает энергию аналитической линии. и толщина внешнего слоя выбрана мз условия, чтобы его оптическая плотность для флуоресцентного излучения внутреннего слоя не превышала 0,5. 4 ил. t

Јf

фие.2

Змфеи

Дfif/7/ l//ny#l 6Ю/7у#6Г0в

$t/&3

s

iff

/7.Mf

15

го