Радиационный способ измерения влагосодержания сыпучих материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N23/09 

Изобретение ртнрсится к ,области радиационного контроля физических свойств вещества, преимущественно к определению влагосодержания веществ и материалов путем облуггения их. нейт ронами. Известны способы определения влагосодержания материалов ц.изделий, основанные на регистрации медленньпс нейтронов. CyiiipocTb известных спосрёов заключается в нахождении корре ляционной зависимости между потоком медленных нейтронов, образующих при замедлении быстрых нейтронов на ядpax водорода и влагосодержанйем мате риал а. . Известно также, что,существуют сыпучие материалы, испытывающие состояние пленочной влажности, длякоторых характерна неоднозначная завйсймъсть между насыпнЪй объемной массой мате-V J. .-i- -.вд .. - .г- е 4. i- й-хза риала и: его влагосодержанйем, также, как, например, алгомерациойнйяШйхта, зернопродукты и т.д. При определении 25 ния . влагосодержания таких материалов известньши способами число медленных нейтронов вначале уменыааеФся с ростом влагосодержания (роствлагосодержания обеспечиваетсяза счет зтзел -1чвния пленочной влаги), дости гае ТЖни{4у а- ве хйШЯШСёТте- пленочной влаги, а затем растет с ростом влагосодержания (причем рост последнего теперь обесг1ёчиВа:ется уже за счет увеличения свободной влаги прйЪостс)янно:м значении пленочной . влаги). Такай корреляцйойМя зависи мость меж,пу потоком медленных рейт ронов и 1влагосодержанием обуславливается тем, что насыпная объемная масса у этих материалов вначале . уменьшается с ростом влагосодержа- Пия, достигает минимума при верхнем пр&деле пленочной влаги, а йате начинает расти с ростом влагосодерж ния. Из--за экстрёмаль ного хара:ктера корреляционной зависимости число медленных нейтронов -влагосодержан11е Щ- ШйрчМ т ШШ Ьтнда пленочной влажности однозначно ШрадёЯйгБ Ж влагйсодерясаниё извёс ньши способами невозможно. 7 Йаиболее бл1 йК1Шрешением является способ измерения влажности материалов, заключаювщйся в облуч.нии исследуемогоМатериала нейтрона1 И5 регистрации возникающего гамма-излучения ядер водорода и сравнении его инФенсивности с излучением от эталона. Недостатком такого способа является невозможность однозначного определения влагосодержания сыпучих материалов в состоянии пленочной влажности, так как у последний одному и тому jfce значению объемной массы соответствуют два различных значения влагосрдержания, вследствие.чего одному и тому же значений интенсивности захватного гамма-излучения ядер водорода, (по которому судяТ о влагосодержании) также йоответствуют два различных значения влаго.содержаний. - . , :- .----,- / - Целью настоящего изобретения является обеспечение однозначного опР деления влагосодержания.сыпучих материалов в состоянии пленочной влажности.. . . Указанная цель достигается, тем, что в радиационном способе измеревлагосодержания сыпучих материалов, заключающемся в облучении исследуемого материала нейтронами, регистрации зозНикшощего гамма-излученияг Исрйвнен и егр интенсивности с излу ёнием от эталона, регистрируют гамма-кванты радиационного захвата и неупругого рассеяния нейтронов скелета материала, . На фиг. 1 - зависимость объемнрй массы Влажного зерна пшеницы (кривая а) к скелета (количества сухого seipHaВ единице объема, соответствующагр данному значенйю объемной массы.влажного зерна) от влагосодержания, кривая на фиг. 2 - зависимость потока захватного т-излучения водррода (кривая в) и суммы пртокоВ- гамма-квантов радиационного захвата, и не упруго го рассеяния нейтронов на ядрах скелета от влаго- содержания зерна пшенищ) (кривая ).,;;:.-: -:-:: -. ..Зависимости,. аналогичные кривым а и б (фиг. 1) могут быть прлучены и врспрризведены для любого сыпучего материала методом смещения либо методом сушки. При этом зависимости типа кривой а бьши установлены ранее при исследовании сыпучих материалов. Вид зависимости, объемной массы скелета сыпучего материала в состоянии пленочной влажности от его влагосодержания (под объемной массой скелета .сыпучего материала авторы понимают величину -v , связанную с весом Пробы сыпучего материала Р, весом воды в пробе сыпучего материала Рц и объемом V, в котором размещена проба сыпучего материала, соотношением Ргя. 7яf t причем проба насыпного материала на сыпается в объем V без принудительного уплотнения) бьш установлен авторами экспериментально для ряда сыпучих материалов. Поскольку извест ная ранее зависимость насыпной объемной массы сыпучего материала в состоянии пленочной влажности от его влагосодержания имеет общий вид Для различных сыпучих материалов (проходит через минимум при верхнем преде ле.пленочной влажности), то и зависимость объемной массы скелета сыпучего материала в состоянии пленочной влажности от его влагосодержания имеет общий вид для различных сыпучих материалов. Из зависимостей (фиг. 2) видно, что поток захватных гамма-квантов . яде.р водорода вначале убывает, с. ростом влагосодержания до - мин игрально го значения, соответс- вующего верхнему пределу пленочной влажности, а затем . растет. Такое изменение потока захватного излучения объясняется тем, что число актов.взаимодействия нейт .ронов с ядрами, входящими в состав сыпучего материала, пропорционально егоНасыпной объемной массе. Характер зависимости этой насыпной объемной массы (однозначный ил11 неоднозначный) от влагосодеожания и пред: определяет характер заёисиМости пото ка .-у-квантой радиационного захвата нейтронов на водорЪдё от влагосо держания в известных способах. В противоположность этому зависимость суммы потоков гамма-квантов радиа- . ционного захвата и неупругого рассеяния нейтронов на ядрах скелета сыпучего материала в состоянии пленочной влажности (как говорилось выше зависимость объемной массы I скелета от влaгoco ержания однозйач на) зависит от вла осодержанйя материала однозначно, что и позволяет однозначно определять это влагосодер жание. , Примерами конкретного применения способа могут служить определение. влагосодержания по изменению суммы потоков гамма-квантов радиационного захвата ядрами азотаскелета и неупругого рассеяния нейтронов ядрами углерода скелета таких материалов как зерно пшениц, горох и т.п. Градуировочный график для зерна пшеницы устройства, реализующего предложенный способ, представлен на фиг. 2, кривая г. Способ включает следующие операции: пробу насыпного материал облучают быстрыми нейтронами источника (калифорний 252) и медленными нейтронами: образующимися в замедлителе, с помощью спектрометрического детектора (ВДЭГ2-23) регистрируют гамма-кванты радиационного захвата и неупругого рассеяния на ядрах сыпучего материала, с помощьй амплитудного анализатора из общего импульсного потока вьщеляют импульсы, обус- ловленные гамма-квантами райиа13(йонного захвата и неупругогр рассеивая на ядрах скелета ма-гериала. При этом обязательно устанавливШТ такой режим-работы амплитудного ана.лизатора, который обеспечивает исключение из общего импульсного iitOTuKia, импульйов, обусловленных гамма-квант:ами радиационного захвата нейтронов на ядрах водорода (энергия гамма-квантов 2,23 МэВ), Эта операция проводится по. той причине, что зависимость потока гамм -квантов радиационного захвата нейтронов на водороде (по той же причине, что и зависимость потока медленных нейтронов) от влагосодержания имеет неоднозначный характер. С по- мо1чью регистрирующего прибора измеряют штeнcивнocть потоков гамма- квантов. Так как число ядер скелета насьтиого материайа в сбстояййи itfte ночной влажности, определяющее интенсийность потоков гаШа-кванто в радиационного захвата и нёупругоГо расЧ сеяния нейтронов на этих ядрах, .однозначно связано с влагосбдёржайиём (фиг. 1, кривая б), то зависимость суммы потоков гакма-квантов радйацйонного захвата и неупругого рассеяния от влагосодержания позволяет определять это влагосрдержаниё одйойначно. Предложенный способ обеспечивает однозначное определение влагосбдержания сыпучшс материалов в сос.тоянии пленочной влажности и может быть использован в услЬВйяХ автоматизирован ного производства.

2В

I

«,

РАДИАЦИОННЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАГОСОДЕ РЖАНИЯ СЬШУЧИХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в облучении исследуемого материала нейтронами, регистрации возникающего гамма-излучения и .сравнении его интенсивности с излучением от , 6 TV ч а ю щ и А с я тем, что с целью однозначного определения влагосодержания сыпучих м.атериапов в состоянии пленочной влажности, регистрируют гаммакванты pa иaциoннoгo захвата и неупругого рассеяния нейтронов ядрами скелета материала. (Л С 1

IB

d a}KHoctnt,/vfff. /t ui.2