CN105092623B - 一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，包括以下步骤：1)预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；2)样品基础变化范围选取：3)元素热中子相对总吸收截面计算：4)每种元素的变化梯度计算：5)根据不同梯度的化合物进行组合。本发明方法简单、配比合理易操作、使用效果好，能解决现有的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库设计方法中成本高、实验周期长等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种配方设计方法，具体涉及一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法。
背景技术
在各种测量分析中，瞬发伽马射线中子活化分析(PGNAA)技术已经作为一项常规技术。它有其它分析技术所不具有的很多优点，由于中子不带电，具有极强的穿透能力，尤其是中子与物质发生核反应时，在非常短的时间内(10-14秒内)发出特征伽马射线，从而来检测物料的主要成分含量。近年来，基于中子技术的物料成分在线检测装置在水泥等领域已有比较广泛的应用。而对样品元素成分分析是其中关键技术，目前所采取的主要分析方法为基于主元素的最小二乘法，通过建立相应的谱库，利用线性最小二乘法对样品进行拟合计算。
目前，谱库的配方设计工作主要以领域专家的经验知识、结合相关实验完成的，其中存在成本高、实验周期长、重复实验次数多、谱库不全面等缺点。因而，现如今缺少一种方法步骤简单，设计合理且成本低、周期短的谱库设计方法。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，通过瞬发伽马射线中子活化分析技术对水泥样品谱库进行设计，解决了现有技术的不足。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于，该水泥样品谱库的设计是基于样品对热中子总吸收截面大小；该方法包括以下步骤：
1)预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；
2)样品基础变化范围选取：
根据水泥的种类和水泥工业中各种元素的配比，计算确定出样品的基础变化范围；所述基础变化范围包括各个组分变化范围、元素种类变化范围和质量百分比的变化范围；
3)元素热中子相对总吸收截面计算：
根据每种元素的同位素丰度结合其热中子微观吸收截面，计算出每种元素的总吸收截面，并根据步骤2)中各种元素的基础变化范围确定相对总中子吸收截面的变化范围；根据步骤1)预先设定的谱库数目的大小确定谱库的截面变化步长；
4)每种元素的变化梯度计算：
根据步骤1)预先设立的每种元素的检测精度，对水泥组分中基础元素的检测精度进行确定；步骤2)所述基础范围包含所设计谱库组分及元素的成分信息，每种元素均有预先设立的检测精度，根据元素在化合物中的质量分数对元素的精度进行确定；
在水泥元素测量中，采用基于谱库的主元素分析法，该方法利用最小二乘法进行线性拟合，通过线性拟合选取最近接实际值的谱库进行拟合；结合每种元素的检测精度，其对应的变化步长为检测精度的二倍，确定出每种元素的变化步长；结合步骤2)中每种元素的变化范围确定每种元素的变化梯度；
5)根据不同梯度的化合物进行组合：
根据步骤4)中每种元素的变化梯度反推出其化合物梯度，之后进行组合调整，保证谱库中每一种组合中组分的热中子相对总吸收截面的变化值小于步骤3)中的截面步长，同时满足质量百分含量为100％。
进一步的，步骤1)预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；步骤2)进行样品基础范围时，采用数据处理器进行选取，从不同品种水泥中提取满足水泥三率值的元素范围作为基础变化范围；步骤3)中进行元素热中子吸收截面计算和步骤三中不同元素的变化梯度计算均采用数据处理器进行处理。
进一步的，步骤3)中元素热中子吸收截面计算时，结合了元素丰度，通过不同元素的同位素丰度和相对应的截面进行计算分析。
进一步的，元素的浓度变化梯度为测量精度的二倍。
进一步的，步骤5)中对不同梯度的化合物进行组合时，其相互之间的总中子吸收截面差值小于步骤二中的步长值。
有益效果：本发明提供的一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其方法简单、配比合理易操作、使用效果好，能解决现有的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库设计方法中成本高、实验周期长等问题，具体体现在：
1)方法步骤简单、设计合理并且操作方便；
2)投入成本低，其基于热中子总吸收截面设计简化了谱库的数据量，缩短了实验周期同时减小了谱库的研制成本。
具体实施方式
一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于，该水泥样品谱库的设计是基于样品对热中子总吸收截面大小；该方法包括以下步骤：
1)预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；
2)样品基础变化范围选取：
根据水泥的种类和水泥工业中各种元素的配比，计算确定出样品的基础变化范围；所述基础变化范围包括各个组分变化范围、元素种类变化范围和质量百分比的变化范围；
3)元素热中子相对总吸收截面计算：
根据每种元素的同位素丰度结合其热中子微观吸收截面，计算出每种元素的总吸收截面，并根据步骤2)中各种元素的基础变化范围确定相对总中子吸收截面的变化范围；根据步骤1)预先设定的谱库数目的大小确定谱库的截面变化步长；
4)每种元素的变化梯度计算：
根据步骤1)预先设立的每种元素的检测精度，对水泥组分中基础元素的检测精度进行确定；步骤2)所述基础范围包含所设计谱库组分及元素的成分信息，每种元素均有预先设立的检测精度，根据元素在化合物中的质量分数对元素的精度进行确定；
在水泥元素测量中，采用基于谱库的主元素分析法，该方法利用最小二乘法进行线性拟合，通过线性拟合选取最近接实际值的谱库进行拟合；结合每种元素的检测精度，其对应的变化步长为检测精度的二倍，确定出每种元素的变化步长；结合步骤2)中每种元素的变化范围确定每种元素的变化梯度；
5)根据不同梯度的化合物进行组合：
根据步骤4)中每种元素的变化梯度反推出其化合物梯度，之后进行组合调整，保证谱库中每一种组合中组分的热中子相对总吸收截面的变化值小于步骤3)中的截面步长，同时满足质量百分含量为100％。
进一步的，步骤1)预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；步骤2)进行样品基础范围时，采用数据处理器进行选取，从不同品种水泥中提取满足水泥三率值的元素范围作为基础变化范围；步骤3)中进行元素热中子吸收截面计算和步骤三中不同元素的变化梯度计算均采用数据处理器进行处理。
进一步的，步骤3)中元素热中子吸收截面计算时，结合了元素丰度，通过不同元素的同位素丰度和相对应的截面进行计算分析。
进一步的，元素的浓度变化梯度为测量精度的二倍。
进一步的，步骤5)中对不同梯度的化合物进行组合时，其相互之间的总中子吸收截面差值小于步骤二中的步长值。
实施例：
本实施例中，是一种基于PGNAA技术的水泥样品谱库配方设计方法，其基于样品对热中子总吸收截面大小进行设计其设计方法包括以下步骤：
步骤一、预先设定谱库数目和每种元素的检测精度，然后进行样品基础范围选取：根据不同水泥品种，结合水泥工业中不同元素的配比要求，通过计算确定出样品的基础变化范围；所述基础范围包含各组分及元素种类、质量百分比范围。
本实施例中，所设计的谱库样品基础组分包括二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化钠和二氧化钛；元素的质量百分比范围如下：硅：4.67～9.33％，铝：0.53～2.64％，铁：0.7～3.5％，钙：28.57～35.71％，钠：0.07～0.37％，钛：0.006～0.024％；其余为氧元素。
步骤二、元素热中子吸收截面计算：根据不同元素的同位素丰度结合其热中子微观吸收截面计算出不同元素的相对总吸收截面，并根据步骤一中各元素的变化范围确定相对总中子吸收截面的变化范围，其计算公式为式中Σ相对(10-28m2)为相对总中子吸收截面，x为不同元素的质量百分比，ηi为元素同位素百分比，σi(10-28m2)为该同位素对热中子的吸收截面。本实施例中，所涉及元素及结合了同位素丰度后的相对热中子总吸收截面变化范围为：硅：56.03～112.06，铝：8.96～44.82，铁：48.52～242.58，钙：688.17～860.21钠：4.86～24.28，钛：1.51～6.03，相对总吸收截面范围为：812.57～1294.5。在本实施例中，谱库的数目为50套，因此相对总吸收截面变化步长不超过：9.64。
步骤三、不同元素的变化梯度计算：
在本实施例中，每种元素的精度要求为：二氧化硅—0.20％、三氧化二铝—0.20％、氧化铁—0.08％、氧化钙—0.30％、氧化钠—0.08％和二氧化钛—0.02％。
根据元素在化合物中的质量分数对元素的精度进行确定，计算公式为：y元素＝y组分ω式中，y元素为该元素的检测精度，y组分为该组分检测精度，ω为元素在组分中的质量分数。在本实施例中，不同元素的检测精度进过计算为：硅—0.11％、铝—0.14％、铁—0.056％、钙—0.21％、钠—0.06％和钛—0.012％。
根据步骤一中的不同元素的质量百分比范围对不同元素的变化梯度进行计算，计算公式为式中，n为质量变化梯度数，Max和Min分别为该元素最大和最小的质量百分比，y元素为要求的检测精度，计算结果取大于n的整数。在本实施例中，不同元素的变化梯度数为硅—22组、铝—8组、铁—25组、钙—17组、钠—3组和钛—1组。
步骤四、根据不同梯度的化合物进行组合：
根据步骤三中不同元素的变化梯度进行组合，对不同的组合进行适当的调整，保证其含量及相对总中子吸收截面变化均匀且小于步骤二中的步长值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于，该水泥样品谱库的配方设计是基于样品对热中子相对总吸收截面大小；该方法包括以下步骤：
1）预先设定谱库数目和每种元素的检测精度；
2）样品基础变化范围计算：
根据水泥的种类和水泥工业中各种元素的配比，计算确定出样品的基础变化范围；所述基础变化范围包括各个组分变化范围、元素种类变化范围和元素质量百分比的变化范围；
3）元素热中子相对总吸收截面计算：
根据每种元素的同位素丰度结合其热中子微观吸收截面，计算出每种元素的总吸收截面，并根据步骤2）中各种样品的基础变化范围确定相对总中子吸收截面的变化范围；根据步骤1）预先设定的谱库数目的大小确定谱库的截面变化步长；
4）每种元素的变化梯度计算：
根据步骤1）预先设立的每种元素的检测精度，对水泥组分中基础元素的检测精度进行确定；步骤2）所述各个组分变化范围包含所设计谱库组分及元素的成分信息，
在水泥元素测量中，采用基于谱库的主元素分析法，该主元素分析法利用最小二乘法进行线性拟合，通过线性拟合选取最近接实际值的谱库进行拟合；结合每种元素的检测精度，其对应的变化步长为检测精度的二倍，确定出每种元素的变化步长；结合步骤2）中基础变化范围确定每种元素的变化梯度；
5）根据不同梯度的化合物进行组合：
根据步骤4）中每种元素的变化梯度反推出其化合物梯度，之后进行组合调整，保证谱库中每一种组合中组分的热中子相对总吸收截面的变化值小于步骤3）中的截面变化步长，同时满足质量百分含量为100%。
2.如权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于：步骤2）进行样品基础变化范围计算时，采用数据处理器进行计算步骤3）中进行元素热中子吸收截面计算和步骤4）中不同元素的变化梯度计算均采用数据处理器进行处理。
3.如权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于：步骤3）中元素热中子吸收截面计算时，结合了元素丰度，通过不同元素的同位素丰度和相对应的截面进行计算分析。
4.如权利要求1所述的基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的水泥样品谱库配方设计方法，其特征在于：步骤5）根据不同梯度的化合物进行组合时，其相互之间的总中子吸收截面差值小于步骤3）中的截面变化步长。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |