Способ рентгенорадиометрического определения содержания элемента в трехкомпонентных комплексных рудах Советский патент 1981 года по МПК G01N23/22 G01V5/00 

(54)СПОСОБ РЕНТГЕНОРАДИОМЕТРИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЭЛЕМЕНТА В ТРЕХКОШОНЕНТНЫХ КОМПЛЕКСНЫХ РУДАХ

Изобретение относится к рентгено радиометрическому анализу элементов ъ комплексных рудах, в частности к анализу элементов с близкими (соседними) атомными номерами, когда их аналитические линии, возникая одновременно, разделяются неполностью во вторичных гамма-спектрах из-за конечного энергетического разрешения детекторов. Изобретение может быть использовано при рентгенорадиометрическом опробовании обнажений, горных выработок и каротаже скважин.

Известны способы рентгенорадиометрического анализа многокомпонентных сред по изменению потоков квантов характеристического рентгеновского излучения элементов с применением полупроводниковых детекторов, обладающих высоким энергетическим разрешением fl .

Однако энергетическое разрешение таких детекторов не всегда достаточно для полного разделения аналитичес

ких линий элементов с близкими (соседними) атомными номерами, что за- трудняет реализацию способа. Кроме того, их аппаратурно-техническое оформление громоздко, затрудняет применение в полевых и шахтно-рудничных условиях.

Известен также способ рентгено радиометрического анализа с помощью дифференциальных фильтров, позволя10кнцих выделить аналитическую линию определяемого элемента на фоне мешающих излучений, в том числе на фоне рассеянного излучения источника и характеристического рентгеновского

15 излучения других элементов 2j.

Недостаток этого способа состоит в том, что по мере увеличения концентрации определяемого элемента в исследуемой среде происходит так

20 называемое вырождение чувствительности, которое проявляется в нелинейности аналитического графика. Кроме того, в способе дифференциальных фильтров для выделения аналитической линии определяемого элемента тре буется два измерения, проводимых поочередно с пропускающим и поглощающим фильтрами, что существенно ограничивает область его применения и увеличивает время измерения. Наиболее близким к предлагаемому является способ рентгенорадиометрического анализа, заключающийся в облучении среды потоком рентгеновско го излучения и измерении характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента по результата измерений потоков излучения в двух энергетических интервалах спектра вт ричного излучения, соответствующих аналитической линии определяемого элемента и области стандарта-фона. С помощью этого способа удается выделить аналитическую линию определяемо го элемента на фоне однократно рассе янного излучения источника или харак теристического излучения мещающего элемента, если максимумь их амплитуд ных распределений во вторичном гамма спектре четко разделены между собой или с областью, выбираемой в качестве внутреннего стандарта-фона ГзJ. Недостатком данного способа является низкая достоверность и точность определений в тех случаях, когда в исследуемой среде одновременно присутствуют элементы с соседними атомными номерами, различающимися на единицу (например железо, медь, цинк железо, медь и никель и т.д.), а также когда пик однократного рассеяния сливается с аналитической линией определяемого элемента. Цель изобретения - повышение достоверности измерения за счет однозна , ного выделения аналитической линии определяемого элемента, не полностью разрешенной с аналитическими линиями мешающих элементов. Поставленная цель достигается тем что в способе рентгенорадиометрического определения содержания элемента заключающемся в облучении среды пото ком рентгеновского излучения и измер нии потока характеристического рентгеновского излучения определяемого элемента по результатам измерений потоков излучения в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, выбирают первый энергетический интервал спектра вторичного излучения так, чтобы он полнос24тью захватывал спектры характеристического рентгеновского излучения всех трех элементов, верхнюю и нижнюю границы второго энергетического интервала выбирают в области максимумов спектров характеристического, рентгеновского излучения мешающих элементов так, чтобы в отсутствии определяемого и одного из мешающих элементов скорость счета во втором энергетическом интервале была вдвое меньше скорости счета в первом энергетическом интервале, а о содержании определяемого элемента в исследуемой среде судят по значению разности G 2N „ - N если его аналитическая линия расположена между линиями других элементов, или по значению разности ( N , -2N „ для всех других случаев, где N|, N,| скорости счета излучения соответственно в первом и втором энергетическом интервале. На фиг. 1 показаны аппаратурные спектры, полученные на моделях железной (), цинковой (2), медной 3) руды и пустой породы 14) и выбор интервалов 1 и 11 во вторичном спектре при определении меди; на фиг. 2 то же, при определении цинка; на фиг. 3 - пример выделения медного прожилка мощностью 1 см при рентге.норадиометрическом профилировании на рудной модели, состоящей из прослоев стекла, цинка и железа в различных сочетаниях, имитирующих комплексную трехкомпонентную руду. Способ осуществляют следующим образом. С помощью двухканального дифференциального гамма-спектрометра, в котором предусмотрены измерение спектральной разности и плавная регулировка положения уровней дискриминации и ширины окон, регистрируют спектры вторичного излучения от трех моделей, каждая из которых содержит только один элемент и не содержит двух других. Если мешающим является дик однократного рассеяния, то вместо рудной модели с мешающим элементом, имеющим наибольшую энергию характеристического излучения, берут модель, имитирующую пустую породу, т./е. не содержащую определяемого и мещающего элементов. По спектрам моделей выделяют 1 и 11 энергетические интервалы. Границы выбранных интервалов и их ширину устанавливают соответственно в первом и втором измерительных кана лах двухканального гамма-спектрометра, выходы которых подключены к схеме измерения разности. Затем измеряют потоки квантов в интервалах 1 и И (каналах) и судят о наличии и концентрации определяемо го элемента в исследуемой среде по значению спектральной разности ко торая при отсутствии определяемого элемента равна нулю. Например j осуществляют анализ трехкомпонентной комплексной руды, содержащей медь, цинк и железо, аналитические К-линии которых одновременно, возбуждаются радиоизотопным источником п и полностью не разделяются между собой в спектре вторичного излучения с помощью ксено нового пропорционального счетчика типа СИ-IIP, энергетическое разрешение которого в этой области спектра составляет 17%. Рассмотрим случай, когда линия оп ределяемого элемента (меди) находи- ся между линиями мешающих излучений (железо и цинк). Интервал 1 полностью захватывает спектры амплитудного распределения всех трех -линий, а границы интервала 11 расположены в области максимумов амплитудного распределения К-л ний железа и цинка и делят площадь каждого из них пополам. В соответствии с этим количество импульсов, зар гистрированное в интервале 1 за время экспозиции t, равно NH е см , где N , N и N. - количество им6 пульсов, обусловленное хара теристическим регтгеновским излучением железа, меди и цинка соответственно за то же время экспо зиции t. Количество импульсов, зарегистрир ванное за тот же промежуток времени в интервале 11, равно N.:.-K N... - 2 .M где коэффициент К учитывает ту часть площади амплитудного распределения К-серии меди, которая попадает в интервал 11 и тем самым создает в нем 026 скорость счета, обуцловленную характеристическим рентгеновским излучением этого элемента. Если например, время экспозиции интервала 11 увеличить вдвое, а в интервале 1 оставить прежним., то разница G между количеством импульсов, зарегистрированных в интервалах, определяется лишь потоком квантов характеристического рентгеновского излучения меди, т.е. (Г 2N,, -N,- Ncu-(2k-l) , (3) где сомножитель 2К-1 характеризует чувствительность метода, так как отражает ту часть амплитудного распределения К-линии меди, которая остается при вычислении или регистрации спектральной разности СГ (показана штриховкой, фиг. 1) Если время экспозиции -t оставить в обоих интервалах одинаковым, но частоту следования импульсов в интерг вале 1 уменьшить вдвое, то .,, (4) 2 Fe 2-Cu а следовательно, (f-N , , ( ) откуда видно, что и в этом случае. cneKw тральная разность определяется лишь потоком квантов характеристического К-излучения меди, однако чувствительность метода в два раза ниже. Рассмотрим случай, когда линия определяемого элемента (цинка) находится по одну сторону (справа) от линии мешающих излучений (меди и железа,) (фиг. 2). Интервал Т выбирается также, как и в первом варианте, границы интервала 11 располагаются в области максимумов амплитудного распределения К-линий железа и меди и делят площадь каждого из них пополам. Количество импульсов, зарегистрированное в интервале 1 за время экспозиции t, определяется в этом случае также формулой (1), а в количество импульсов за то же время экспозиции в интервале 11 равно , N, Если время экспозиции в интервале П увеличить вдвое, то (5- N -2N N (1-2k) (7) I если оставить тем же, что и в инервале 1j но уменьшить в интервале 1 частоту следования импульсов в два аза, то -iN, 7 , V-- zHТаким обр.азом, в этом случае значение спектральной разности (Г обусловлено характеристическим рентгенов ским излучением определяемого элемента (цинка), заштрихованная часть которого (фиг. 2) характеризует чувствительность метода. Если линия определяемого элемента железа находится левее обеих линий мешающих излучений (меди и цинка), то этот случай аналогичен второму варианту с той лишь разницей, что схема расстановки границ интервалов является зеркальным отображением ее относительно оси ординат. Как следует из формул (З), (5), (7) и (9), во всех случаях при-отсутствии определяемого элеме 1та независимо от состава исследуемой среды величина спектральной разности О равна нулю. Измерения (фиг. 3) проведены с аппаратурой РРК-)03 и БВД-П Как видно из результатов измерений, медный прожилок, независимо от вмещающей среды, четко и однозначно выделяется аномалиями, которые по ам плитуде и площади одинаковы с точнос тью до погрешности измерений. В то ж время ложные аномалии над прожилками цинка или железа отсутствуют. Аналог чные результат получаются и при выделении железного или цинкового прожилков. Как известно, по форме аномалий определяется положение и мощность рудного тела, а по их площади среднее содержание определяемого эле мента в рудном контуре. Если при реализации предлагаемого способа в качестве одной из мешающих линий выступает пик однократного рас сеяния источника, то учет его влиян на результаты измерений осутдествляе так же, как и линии мешающего элемента, однако количество элементов в комплексной среде в этом случае понижается до двух, из которых один является определяемьпу, а другой мешающим. Предлагаемый способ обеспечивает однозначное получение данных о мощности рудных тел и содержании в них определяемого элемента при опробовании обнажений, горных выработок и при каротаже скважин на месторождения комплексных руд, содержащих три эле 2 мента с соседними атомными номерами, различающимися на единицу и более. Формула изобретения Способ рентгенерадиометрического определения сод,ержания элемента в трехкомпонентных комплексных рудах, заключающийся в облучении среды потоком рентгеновского излучения и измерении потока характеристического излучения определяемого элемента по результатам измерений потоков излучения в двух энергетических интервалах спектра вторичного излучения, отличающийся- тем, что, с целью повьш1ения достоверности измерения за счет однозначного вьщеления аналитической линии определяемого элемента, не полностью разрешенной с аналитическими линиями мешающих элементов, выбирают первый энергетический интервал спектра вторичного излучения так, чтобы он полностью захватывал спектры рентгеновского излучения всех трех элементов, нижнюю и верхнюю границы второго энергетического интервала выбирают в области максимумов спектров характеристического рентгеновского излучения мешающих элементов так, чтобы в отсутствии определяемого и одного из мешающих элементов скорость счета во втором энергетическом интервале была вдвое меньше скорости счета в первом энергетическом интервале, а о содержании определяемого элемента в исследуемой среде судят по значению разности . СГ 2N II N,, если его аналитическая линия расположена между линиями других элементов, или по значению разности (j 2N j, для всех других случаев, где N , N (1 - скорости счета излучения соответственно в первом и втором энергетическом интервале. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Мймиконян С.В. Аппаратура и методы флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа. М., Лтомиздат, 1976, с.-19Я. 2.Якубович А.Л. Зайцев Е.И. . Пржиялговский С.М. Ядерно-физические методы анализа минерального сырья. М., Атомиздат. 1973, с. 227. 3.Гамма-методы в рудной 1еологии. под ред. Очкура А.П. Л., llenpa, 1 976, с. 159-160 (прототипJ .

Hi каналов

W

I I

Чe810 (

gjui.f

0 5Ю15

I 1 . I I II I

S8

(риг. 2

20 каналов j

е,кз8

Ю

и МП /с

-WO

-50

т

50

I IL

о Направление дВи))ений онда

(.З

JI

Fe стекло cmOiJHUK о Детектор