Гамма-абсорбційний спосіб вимірювання концентрації хімічних елементів

Гамма-абсорбційний спосіб вимірювання концентрації хімічних елементів, що містить у собі просвічування середовища, що контролюється, двома колімованими потоками низькоенергетичного гамма-випромінювання з близькими енергіями, перетворення енергії фотонів, що пройшли за за 40283 При цьому кількість N1 та N2 зареєстрованих gквантів з енергіями відповідно джерела і мішені у загальному вигляді визначається з виразу: N=N oexp-mrl=F(m,r) (2) де: No - кількість g-квантів, випромінених радіоізотопним джерелом або мішенню у середовище, що контролюється; m - масовий коефіцієнт фотоелектричного поглинання хімічного елемента, що контролюється; r - щільність середовища, що контролюється; l - товщина шару середовища, що просвічується і контролюється. При зміненні розмірів часток, що зважені у середовищі, щільність середовища може не змінюватись, а розсіювання випромінювання кожною часткою буде різним. Але воно змінюється майже однаково для близьких за енергіями випромінювань джерела та мішені. Тому, як це видно з виразів (1) та (2), на результати вимірювання концентрації підконтрольного, хімічного елемента по співвідношенню однаково змінюваних N1 і N2 змінення гранулометричного і матричного складу середовища суттєво не впливає. Опрацювання за заданою програмою не зареєстрованих g-квантів, а їх співвідношення та подальше перетворення результатів опрацювання у пропорційні концентрації хімічного елемента струмові сигнали забезпечує зниження похибки вимірювань концентрації. Постійне вимірювання щільності середовища, що контролюється, і автоматичне введення поправок на її змінення у результати вимірювань концентрації підконтрольного елемента, зменшує по хибки вимірювань до 0,38%. Перетворення результатів вимірювань щільності у стандартизований струмовий сигнал забезпечує сумісність приладів контролю щільності та концентрації. Приклад 1. Запропонований спосіб випробувано на гірничо-збагачувальних комбінатах при безперервному вимірюванні концентрації заліза у твердій фракції потоку пульпи (трьохкомпонетного середовища), що повністю заповнює трубопровід і складається з води, окисів кремнію та заліза. Тверді зважені частки пульпи мали розміри від 5 до 100 мкм. Спосіб здійснювався у висхідному потоці пульпи з товщиною шару, що просвічувався, 100 мм. Результати вимірювань порівнювалися з результатами експрес-аналізу, що здійснювався ваговим методом у лабораторних умовах. Щільність пульпи вимірюється відомим g-абсорбційним методом з використанням закону некогерентного розсіювання g-квантів таким чином. Умовно перша ділянка трубопроводу з пульпою постійно просвічується високонергетичним потоком g-квантів від ізотопу 137Cs з енергією ~662 кеВ. При цьому енергія g-квантів, що пройшли крізь ділянку, відомим методом за допомогою детектора високоенергетичного випромінювання і електронної схеми щільноміра перетворюється у пропорційний щільності пульпи стандартизований сигнал - постійний струм 0-5 мА (при навантажуванні 0-2 кОм). Одночасно, з використанням двох ліній поглинання за рахунок фотоелектричного поглинання, оригінальним диференційним методом вимірюєть контрольного елемента енергіями, перепускання потоків характеристичного випромінювання крізь селективний фільтр та середовище, що контролюється, перетворення одним сцинтиляційним детектором енергії фотонів, що пройшли за заданий час експозиції крізь середовище у струмові сигнали, пропорційні інтенсивності потоків після їх проходження і концентрації підконтрольного елемента, реєстрацію і аналізування одержаних сигналів. Вадою цього способу є його неуніверсальність, яка обумовлена необхідністю використання різних мішеней і джерел g-квантів для різних хімічних елементів, що контролюються. [3] В основу винаходу поставлено задачу вдосконалення g-абсорбційного способу вимірювання концентрації хімічних елементів у неоднорідному середовищі шляхом оригінального диференційного просвічування середовища, одержання та опрацювання струмового сигналу, відповідного концентрації підконтрольного хімічного елемента з урахуванням змінення щільності середовища, що забезпечує підвищення точності вимірювань і дає можливість універсального використання одного джерела випромінювання і однієї мішені для вимірювання концентрації широкого діапазону хімічних елементів незалежно від гранулометричного і матричного складу середовища. Поставлена задача вирішується тим, що у g-абсорбційному способі вимірювання концентрації хімічних елементів, що містить усобі просвічування середовища, що контролюється, двома колімованими потоками низькоенергетичного g-випромінювання з близькими енергіями, перетворення енергії фотонів, що пройшли за заданий час експозиції крізь середовище у струмові сигнали, пропонується вимірювати щільність середовища, результати вимірювань перетворювати у пропорційні щільності струмові сигнали, просвічувати середовище одночасно двома корельованими за інтенсивністю потоками низькоенергетичного випромінювання від джерела g-квантів і мішені, g-кванти, що пройшли крізь середовище, реєструвати, поділяти за енергіями і прораховувати, за заданою програмою опрацьовувати співвідношення зареєстрованих g-квантів і перетворювати його у пропорційні концентрації хімічного елемента струмові сигнали, які пропонується коректувати сигналами, пропорційними щільності середовища. Одночасне просвічування середовища, що контролюється, двома корельованими за інтенсивністю потоками низькоенергетичного g-випромінювання від радіоізотопного джерела і мішені, подальша реєстрація і поділення за енергіями gквантів, що пройшли крізь середовище, забезпечує одержання струмового сигналу, який описується виразом: I=F(N1/N2) (1) де: І - величина стр умового сигналу; N1 - кількість зареєстрованих g-квантів, що пройшли крізь середовище, з енергією радіоізотопного джерела; N2 - кількість зареєстрованих g-квантів, що пройшли крізь середовище, з енер гією опроміненої радіоізотопним джере лом мішені. 2 40283 ся концентрація заліза у твердій фракції пульпи (у окислах заліза та кремнію) таким чином. Від іншого джерела (ізотопу 241 Аm) постійно колімується потік низькоенергетичного g-випромінювання з енергією ~60 кеВ. Цим потоком опромінюється мішень з окису самарія. Характеристичним випромінюванням мішені з енергією ~40 кеВ просвічується умовно друга ділянка трубопроводу з пульпою. Одночасно ця ж ділянка просвічується і коррельованим за інтенсивністю з енергією мішені потоком g-випромінювання радіоізотопного джерела. Енергія g-квантів обох потоків, що пройшли за заданий час експозиції крізь умовно другу ділянку тр убопровода, перетворюється сцинтиляційним детектором концентратоміру у стандартизовані сигнали - постійний струм 0-5 мА при навантаженні 0-2 кOм. Зареєстровані цим детектором g-кванти поділяються за енергіями спектроаналізатором і прораховуються. Співвідношення зареєстрованих g-квантів опрацьовується за заданою програмою, мікроконтролером формується у вихідний струмовий сигнал, пропорційний концентрації заліза у окисах заліза та кремнію. У випадку змінення щільності пульпи (відхилення її від заданого значення) перетворений і посилений електронною схемою сигнал детектора щільноміра, пропорційний щільності пульпи, надходить до мікроконтролера концентратоміру. Останній за заданою програмою автоматично вносить відповідні змінення у свій вихідний струмовий сигнал, який відповідає реальній концентрації заліза у твердій фракції пульпи. Джерела інформації 1. Кравченко В.В., Колтунов Б.Г., Майстренко А.К., Степневский В.Н. "Концентратомер "Сейм10" /журнал Горно-металлургическая промышленность" № 1, 1980р, Москва, ЦНИАТОМИНФОРМ, стр. 26-28/. (аналог) 2. Авторське свідоцтво СРСР № 1390548 Al для службового користування, MПK4: G01N 23/06. (аналог) 3. А.Л. Якубович, Е.И. Зайцев, С.М. Пржиялговский "Ядерно-физические методы анализа горных пород", Москва, Энергоиздат, 1982 рік, cтоp. 111-113, 203-207, 212-215, 223-224. (прототип) __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3