一種能夠在線、快速、準確分析煤質的雙中子源煤質在線分析儀。用直流D-T中子發生器和直流D-D中子發生器代替脈沖D-T中子發生器，可以縮短73.3％的測量時間。BGO探測器放置在BGO定位器內，與直流D-D中子發生器間有10cm厚的煤炭，此設計可以降低俘獲譜的測量誤差。另一個BGO探測器也放置在其定位器內，與直流D-T中子發生器之間有6cm厚的煤炭和8cm厚的鉛，此設計可以降低全譜的測量誤差。8cm厚的鉛可以屏蔽中子發生器內部物質與中子作用產生的伽馬射線進入BGO探測器，使測量精度有較大的提高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種以D-T及D-D中子發生器為中子源，對煤質進行在線快速分析的儀器，屬于核技術應用領域。
技術介紹
用脈沖D-T中子發生器為中子源，在線快速分析煤質(主要包括元素含量以及低位熱值、全水分、灰分、揮發份)是核技 術應用領域的一大研究熱點。它的原理是用脈沖D-T中子發生器發射的中子輻照煤炭樣品，與煤炭中的原子核發生非彈性散射反應(主要包括C、O兩種元素)以及輻射俘獲反應(其它元素)，并釋放出瞬發特征伽馬射線。利用特征伽馬射線的能量確定元素種類，利用特征伽馬射線的總計數計算元素含量，再利用元素含量計算煤炭的低位熱值、全水分、灰分以及揮發份。以脈沖周期為300 μ s為例，脈沖D-T中子發生器電源的工作模式一般為電源在O 10 μ S內把220V的電壓升高到高壓(100KV左右)，D-T中子發生器幾乎不釋放中子；在10 90 μ s之間保持高壓不變，D-T中子發生器釋放14MeV快中子；在90 100 μ s內把高壓降低到220V，D-T中子發生器幾乎不釋放中子，但是煤炭樣品中還存在快、熱中子；在100 300 μ s之間保持低電壓(220V左右)，D-T中子發生器不釋放中子，煤炭樣品在100 220 μ S之間還存在快、熱中子，220 300 μ s之間幾乎只存在熱中子。在10 90 μ s時，D_T中子發生器釋放出14MeV快中子，并與煤炭中的原子核發生非彈性散射，慢化后的熱中子與煤炭中的原子核發生輻射俘獲，這兩種伽馬射線的疊加譜簡稱為全譜。所以，全譜的檢測時間只有80μ S，俘獲譜(輻射俘獲所釋放的伽馬射線譜)的檢測時間也只有80 μ s (220 300 μ s)。從上述分析可以看出，以脈沖D-T中子發生器為中子源對煤質進行快速分析有以下兩個明顯的缺點I.測量時間長在每個檢測周期中，全譜和俘獲譜的檢測時間都只有80μ S，僅為周期的26. 7%，浪費了大量的時間，增加了測量時間。2.系統誤差大以檢測時間15分鐘為例，電源需要在高壓和低壓之間轉換3X IO6次，雖然每次轉換所引起的誤差很小，但是累計的誤差還是較大的。煤炭中C、O兩種元素的熱中子俘獲截面非常小，需要用非彈性散射反應釋放出來的伽馬射線(非彈譜)來分析其含量。它們的閾值分別為4. SMeV和6. 4MeV，所以通常選擇D-T中子發生器(釋放的中子能量為14MeV)為中子源。煤炭H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素的熱中子俘獲截面比較大，一般用俘獲譜來分析它們的含量，需要熱中子。在煤質分析中，熱中子可以來自于快中子的慢化，也可以來自于熱中子源。同位素熱中子源由于具有不可關斷，難防護等缺點，不適合用于煤質的在線分析。D-D中子發射器所釋放的中子平均能量為2. 5MeV，遠遠低于C、O兩種元素非彈反應的閾值，與煤炭中其它元素發生非彈反應的截面也很小。當2. 5MeV中子進入煤炭中，經過多次彈性散射，能量降低為熱中子，被H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素俘獲，并釋放出瞬發伽馬射線(俘獲譜)。所以，D-D中子發射器可以作為煤質分析的熱中子源。以直流D-T中子發生器為中子源獲得的伽馬能譜，和脈沖D-T中子發生器在10 90μ s產生的全譜一樣；以直流D-D中子發生器為中子源獲得的伽馬能譜，和脈沖D-T中子發生器在220 300 μ s產生的俘獲譜類似。所以，在煤質的在線分析中，可以用直流D-T發生器和直流D-D中子發生器的組合代替脈沖D-T中子發生器。但是，到目前為止還沒有單位對它們進行過具體研究。
技術實現思路
為了克服現有的“脈沖中子煤質在線分析儀”的不足，本專利技術提供一種“雙中子源煤質在線分析儀”，所要解決的技術問題是縮短檢測時間，降低系統誤差。 為了實現上述目標，本專利技術所采用的技術方案是(I)檢測時間的縮短為了縮短檢測時間，分別建立了全譜檢測系統和俘獲譜檢測系統。全譜檢測系統主要包括直流D-T中子發生器，BGO探測器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。俘獲譜檢測系統主要包括直流D-D中子發生器，BGO探測器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。全譜和俘獲譜同時進入一臺計算機內，通過處理后輸出煤質的各項指標。和“脈沖中子煤質在線分析儀”相比，檢測時間縮短了 73. 3%。(2)系統誤差的降低為了屏蔽D-T中子發生器內部物質與中子作用產生的非彈伽馬射線進入煤箱和BGO探測器，D-T中子發生器和煤箱之間有8cm厚的鉛，如果鉛太厚，屏蔽伽馬射線的效果雖然好，但進入煤箱的快中子少，不利于檢測碳、氧兩種元素；如果鉛太薄，起不到屏蔽伽馬射線的作用。在全譜的檢測中，碳、氧兩種元素的特征伽馬射線數在煤層厚度為6. 2cm, 5. 3cm時分別達到最大值。因此，煤層的厚度在5. 3cm到6. 2cm之間比較適宜。經過多次試驗，煤層的厚度選擇為6. 0cm。在俘獲譜的測量中，Si、Al、Fe、Ca、Mg的特征伽馬射線數在煤層厚度分別為10.1cm、I. 5cm、10. 4cm、11. 6cm、9. 8cm時達到最大值。因此，當煤層厚度為IOcm左右時,Si、Fe、Ca、Mg的伽馬計數達到最佳值；當煤層厚度為I. 5cm時，鋁的伽馬計數達到最佳值。由于鋁的熱中子俘獲截面比較大(232mb)，伽馬計數多(是其它元素特征伽馬計數的2. 2 105. O倍)，所以煤層厚度最終選擇為10cm。在煤炭的傳輸過程中，煤層厚度一般都超過10cm，為了滿足全譜和俘獲譜的檢測，本專利技術利用了兩個BGO定位器。為了消除全譜和俘獲譜之間的干擾，兩個BGO定位器間的距離超過3m。附圖說明下面結合附圖和實施例，進一步對本專利技術進行說明。附圖I是本專利技術的結構方框圖。圖I中，I.直流D-D中子發生器，2.煤炭傳輸帶，3.鉛，4.直流D-T中子發生器，5.BGO探測器，6. BGO探測器，7. BGO定位器，8. BGO定位器，9.主放大器，10.多道卡(MCA)，11.主放大器，12. MCA，13.計算機，14.煤炭。附圖2是BGO定位器的立體透視圖。具體實施例方式圖I中，煤炭傳輸帶(2)和煤炭(14)自左向右勻速運動，BGO定位器(7)使BGO探測器(5)與直流D-D中子發生器(I)的軸線重合，并使兩者之間的煤層厚度保持在IOcm不變。直流D-D中子發生器(I)產生的2.5MeV中子輻照在煤炭(14)內，所產生的俘獲譜由BGO探測器(5)探測，經電纜傳輸到主放大器(9)，放大后經電纜傳輸到多道卡(10)，多道卡(10)按射線能量對其進行接受，并存儲在計算機(13)內。直流D-T中子發生器(4)與煤炭傳輸帶⑵之間有8cm厚的鉛(3)，BGO定位器(8)使BGO探測器(6)與直流D-T中子發生器(4)的軸線重合，并使兩者之間的距離保持在14cm不變。直流D-T中子發生器(4)產生的14MeV中子輻照在煤炭(14)內，所產生的全譜由BGO探測器(6)探測，經電纜傳輸到主放大器(11)，放大后經電纜傳輸到多道卡(12)，多道卡(12)按射線能量對其進行接受，并存儲在計算機(13)內。檢測結束后，計算機(13)同時處理全譜和俘獲譜的數據，然后輸出煤質的各項指標。權利要求1.一種雙中子源煤質在線分析儀，BGO探測器(5)放置在BGO定位器(7)內，與直流本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種雙中子源煤質在線分析儀，BGO探測器(5)放置在BGO定位器(7)內，與直流D?D中子發生器(1)的軸線重合，BGO探測器(6)放置在BGO定位器(8)內，與直流D?T中子發生器(4)的軸線重合，其特征是：直流D?D中子發生器(1)和BGO探測器(5)用于測量俘獲譜，直流D?T中子發生器(4)和BGO探測器(6)用于測量全譜。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：程道文，李鑫，韓冬，王璐，董小剛，韋韌，向鵬，孫正昊，蘭民，
申請(專利權)人：長春工業大學，
類型：發明
國別省市：
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