Датчик рентгенофлуоресцентногоАНАлизАТОРА Советский патент 1981 года по МПК G01N23/223 

Изобретение относится к области рентгеновского флуоресцентного анализа, а более конкретно к рентгенофлуоресцентным анализаторам, используемым для непрерывного анализа текучих веществ. Известен датчик рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус с окном из материала, прозрачного для рентгеновского излучения, установленные внутри корпуса источник первичного излучения, детектор, систему экранов, защищающих детектор прямого излучения источника 1. Недостатком известного устройства является необходимость подготовки среды к проведению измерений путем подготовки пробы в виде тела с криволинейной поверхностью или формирования отдельных таблеток пробы на этой поверхности, что не позволяет эффективно использовать устройство в системах автоматического контроля. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащий корпус с окном из материала, слабо поглощающего рентгеновское излучение, установленные в корпусе кольцевой источник двуступенчатого возбуждения и расположенный концентрично ему детектор излучения 2. Недостатком известного датчика является невысокая эффективность регистрации вторичного излучения исследуемой среды, зависимость результатов измерения от дисперсности технологического потока, что в совокупности приводит к снижению точности анализа. Цель изобретения - повыщение точности анализа. Поставленная цель достигается тем, что в датчике рентгенофлуоресцентного анализатора, содержащем корпус с торцовым окном из материала, слабо поглощающего рентгеновское излучение, установленные в корпусе кольцевой источник излучения и расположенный концентрично ему и внутри него детектор излучения, причем окно датчика выполнено в виде щарового сегмента, высота которого над детектором составляет 0,6-0,85 от расстояния между геометрическим центром детектора и средним радиусом кольцевого источника. На чертеже показан предлагаемый датчик, разрез. Датчик рентгенофлуоресцентного анализатора содержит цилиндрический корпус 1, крыщку 2, защитный экран 3, перекрывающий нижнее основание корпуса 1 и являющийся измерительным окном датчика, и накидное кольцо 4. В крыщке 2 установлена

несущая труба 5, служащая для прокочадки электрических кабелей и фиксации положения датчика на заданном уровне в потоке среды. Механическое соединение крышки 2 и накидного кольца 4 с корпусом 1 проводят посредством резьбового или фланцевого соединения сборочных деталей. Герметизацию корпуса осуществляют с немощью прокладок из кислотостойкой резины или пластиката. Наружние детали датчика, за исключением защитного экрана 3, изготовлены из нержавеющей стали. Защитный экран 3 изготовлен из тонкого, толщиной не более 1 мм, пластического материала, слабо поглощающего низкоэнергетическое, рентгеновское излучение (например, полипропилен или органическое стекло). Для упрощения операций по сборке иервичного преобразователя защитный экран 3 выполнен в виде отдельной целой детали вместе с кольцевым фланцем толщиной 6-8 мм. Изготовление детали проводят или непосредственно штамповкой пластмассовой стружки в предварительно изготовленной пресс-форме или склеиванием тонкого выпуклого экрана, изготовленного из листовой пластмассы, с кольцевым фланцем.

Внутри корпуса, соосно его станкам, размещен сцинтилляционный блок 6 детектирования, состоящий нз последовательно соединенных друг с другом кристалла-сциитиллятора, фотоэлектронного умножителя и элементов электрической схемы питания ФЭУ и согласования выходного сигнала. Узлы блока размещены в металлическом корпусе, обеспечивающем надежность механического соединения его элементов и их световую защиту. Блок 6 детектирования помещен в .цилиндрической свинцовой защите 7 на упоре с ограничительным уступом в установочной плите 8. Свинцовая защита 7 предохраняет кристалл-сцинтиллятор и фотоэлектронный умножитель от облучения потоком первичного излучения и жестко закреплена на установочной плите 8. В установочной плите 8 выполнены отверстия для прохождения потока первичного излучения и регистрируемого детектором вторичного излучения анализируемой среды. Размеры плиты ограничены внутренним диаметром корпуса 1. К установочной плите посредством накидного кольца 4 прижимают кольцевой фланец защитного экрана 3. По краям плиты 8 установлены в свинцовых коллиматорах 9 радиоизотопные источники, например америций-241 или прометий-147. Количество источников и их активность устанавливают в зависимости от диапазона измеряемых концентраций. На свинцовой защите 7 установлена с возможностью перемещения по вертикали металлическая мишень-излучатель 10, в которой посредством токарной обработки выполнена кольцевая проточка глубиной 2 мм, заполненная тонкоизмельченным порошком

соли элемента, испускающего флуоресцентное излучение при оЗлучепии радиоизотопными источниками. При проведении анализа технологических сред на молибден в качестве элемента мишени-излучателя использовали барий в сочетании с ВаСОз.

Для предотвращения рассыпания материала мишени кольцевую проточку заполняют порошком соли в смеси с клеем на основе эпоксидной смолы. В качестве мишени возможно использование металлических фольг различных элементов. Габаритный размер мишени-излучателя 10 ограничен внутренним диаметром корпуса 1.

Защитный экран 3 выполнен выпуклым в виде щарового сегмента, основание которого ограничено размерами измерительного окна, а превышение над детектором составляет от 0,6 до 0,85 от расстояния между геометрическим центром детектора и средним радиусом кольцевого источника.

В результате исследований, проведенных «а сцинтилляционном детекторе Nal(Tl) размером Ф 20X1 мм и кольцевом источнике возбуждения с внутренним радиусом 28 мм и внешним радиусом от 55 до 90 мм, при анализе водных растворов элементов и технологических пульп с плоскостями от 1,05 до 1,4 г/см- было установлено, что указанная выше величина соответствует максимуму интенсивности в инверсионной зависимости измеряемого потока от величины воздушного зазора между детектором и поверхностью пробы.

Датчик рентгенофлуоресцентного анализатора работает следующим образом.

Корпус 1 помещают в технологический аппарат с исследуемой средой и устанавливают на необходимой .глубине в потоке посредством фиксации трубы 5 через фланцевое соединение на крышке. Излучением радиоизотопных источников, зстановленных в коллиматорах 9, проводят облучение мишени-излучателя 10. Элемент материала мишени испускает флуоресцентное рентгеновское излучение, которое, проходя через коллимационные отверстия в установочной плите 8, облучает поверхность среды, прилегающей к защитному экрану 3. Сцинтилляционный детектор 6 регистрирует поток вторичного излучения, состоящего из флуоресцеитного излучения определяемого элемента и рассеянного излучения мишени-излучателя. Выходной сигнал детектора в виде частоты следования импульсов иапряження поступает по кабелю в электронный блок обработки информации для последующего преобразования.

Применение выпуклого окна датчика позволяет увеличить площадь облучаемой поверхности анализируемой среды и за счет этого иовысить эффективность регистрации вторичного излучения. Изготовление окна в виде шарового сегмента предотвращает налипание воздушных пузырей на его по