CN107884425A - 用于矿产成分分析的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于矿产成分分析的加速器系统及其方法。其包括：电子枪，用于产生电子束；加速管，用于将所述电子枪发出的电子束加速到预定能量；复合靶，用于接收电子束轰击之后在所述复合靶上产生放射性射线；传送装置，用于将待测样品在所述复合靶的前端与探测器之间进行位置移动；以及保护罩，用于对所述放射性射线进行屏蔽。
Description
技术领域
本发明涉及辐射技术，具体地，涉及一种用于矿产成分分析的系统及方法。
背景技术
在现今的金矿选矿和探矿过程中最为关心的问题之一就是如何在保证准确度的情况下尽可能快速有效的分析出矿区中的金含量。传统的原子荧光光谱分析中，一份样品需要研磨溶解，使用多种化学药剂，并在特定高温下加热数小时等操作后才能得到金含量的分析结果。该过程历时长，操作复杂，且需要使用强酸等化学试剂。本发明利用了辐射技术来分析矿产成分，可以有效克服上述问题。
发明内容
根据本发明的一方面，提出一种用于矿产成分分析的加速器系统，该加速器系统包括：电子枪，用于产生电子束；加速管，用于将所述电子枪发出的电子束加速到预定能量；复合靶，用于接收电子束轰击之后在所述复合靶上产生放射性射线；传送装置，用于将待测样品在所述复合靶的前端与探测器之间进行位置移动；以及保护罩，用于对所述放射性射线进行屏蔽。
在本公开的一种示例性实施例中，还包括：探测器，用于接收所述放射性射线，并生成射线数据以进行后续分析；以及微波系统，用于为所述加速管提供微波电磁场以将所述电子束加速到所述预定能量。
在本公开的一种示例性实施例中，所述探测器与所述传送装置位于第一舱；所述复合靶，所述电子枪，所述加速管与所述保护罩位于第二舱；以及所述微波系统位于第三舱。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加速管通过承载结构固定于所述第二舱，所述承载结构中包括框架机构与抽拉机构。
在本公开的一种示例性实施例中，所述加速管安装于所述框架机构；所述抽拉机构与所述框架机构连接，且所述框架机构能够相对于所述抽拉机构进行线性运动。
在本公开的一种示例性实施例中，所述第一舱，所述第二舱以及所述第三舱分别为独立可移动集装箱舱结构；以及所述第一舱，所述第二舱以及所述第三舱之间的连接方式包括：第一舱与所述第二舱通过样品传送装置进行定位安装；第二舱和第三舱通过微波系统中波导位置进行定位安装。
在本公开的一种示例性实施例中，所述保护罩包括第一屏蔽层与第二屏蔽层；其中，所述第一屏蔽层为铅材料和钨材料，所述第二屏蔽层为含硼聚乙烯材料。
根据本发明的一方面，提出一种矿产成分分析方法，该方法包括：通过加速器产生预定能量的放射性射线；通过所述预定能量的放射性射线照射参考物质与含有目标元素的样品；通过探测器获取来自所述样品的第一检测数据与来自所述参考物的第二检测数据；通过比较所述第一检测数据与所述第二检测数据进而确定所述目标元素在所述样品中的含量。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统的系统框图。
图2是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统舱结构的框图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中水冷系统的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中抽拉机构的立体图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中抽拉机构的主视图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中抽拉机构的俯视图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中抽拉机构的侧视图。
图8是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中舱体结构的俯视图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中舱体结构的剖视图。
图10是根据另一示例性实施例示出的一种矿产成分分析的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。
图1是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统的系统框图。加速器系统100可以包括：电子枪102、加速管104、复合靶106、传送装置108、保护罩110、探测器112、以及微波系统114。
电子枪102用于产生电子束。在本申请中，电子枪102可以例如为传统的二极枪，也可例如为栅控枪电源。
在本申请中的加速器系统100为了实现三档能量可切换的需求，需要对束流负载进行控制，因此需要通过改变电子枪的注入电压和枪发射电流来达到能量切换的目标。根据栅控电子枪的工作要求，可以调整栅控枪电源的设计指标。
加速管104用于将所述电子枪102发出的电子束加速到预定能量。加速管104具有电子输入端口和微波馈入口，所述电子输入端口与所述电子枪的输出端耦接，接收所述电子束，所述微波馈入口与所述微波功率源的输出端耦接，将所述微波功率源产生微波馈入所述加速管所述加速管104加速后的电子束的预定能量为8.5MeV-14MeV，其中，加速管104加速后的电子束的能量连续可调。在本申请中，加速管104的管腔间采用磁耦合结构，优选的，采用相对边耦合的设计横向尺寸更小，结构更加紧凑。采用双周期驻波加速结构，优选的，加速枪104整体长度为1.2m，管体采用套筒水冷。
复合靶106用于接收电子束轰击之后在所述复合靶106上产生放射性射线。复合靶106产生的放射性射线包括X射线。复合靶106扫描结构分为两段，中间通过增加陶瓷加以隔离，方便实现靶流的采集，为实现在不同能量下同样电子束宽度的需求，对扫描磁铁的电流进行控制，以适应不同能量的偏转需求。
在本申请中，复合靶106可例如，采用金和铜复合的靶结构，能够产生较大剂量的X射线。复合靶采用水冷方式，通过改变复合靶结构形成三路水冷，实现对靶区的充分冷却，避免由于温度过高对靶结构造成损坏。
传送装置108用于将待测样品在所述复合靶的前端与探测器之间进行位置移动。
保护罩110用于对所述放射性射线进行屏蔽。所述保护罩包括第一屏蔽层与第二屏蔽层；其中，所述第一屏蔽层的材料为铅材料和钨材料，所述第二屏蔽层的材料为含硼聚乙烯材料。由于X射线能量较高，屏蔽系统包括对X射线和中子两种辐射的屏蔽保护。对于X射线，采用铅和钨进行屏蔽，中子防护采用含硼聚乙烯进行屏蔽。其中，第一屏蔽层：包括加速管支架，加速管支架将加速管、传输波导、扫描盒、靶、扫描磁铁固定在一起。从加速管耦合波导到电子枪，与加速管紧密接触部分，做初级屏蔽，并安装在机头支架内。加速管耦合器至靶，不做初级屏蔽，支架尺寸尽可能小。支架在耦合器前端与第二屏蔽层固定，加速管支架携带初级屏蔽，与第二屏蔽层对接后，形成整体屏蔽系统。确保屏蔽外环境剂量满足当地相关法律要求。
探测器112用于接收所述放射性射线，并生成射线数据以进行后续分析。
微波系统114用于为所述加速管提供微波电磁场以将所述电子束加速到所述预定能量。微波系统114作为电子直线加速器整机的基本组成部分，包括高功率微波源及微波传输系统。微波功率源用以产生不同频率的微波。由于该系统需求较高的剂量输出，因此采用速调管作为功率源，速调管能够得到较高的微波输入功率，并配备有低功率的微波激励源作为驱动，微波系统114中速调管可例如采用大功率速调管。
波导传输系统114由各种无源微波元件组成，主要功能是将微波源输出的功率馈入到加速管中，用以激励加速电子所需求的电磁场；并且提供系统运行的频率和功率的监控讯号。
加速器系统100还包括控制装置(图中未示出)，耦接到所述微波功率源和所述电子枪，控制所述微波功率源产生不同频率的微波，使得所述加速管在不同的谐振模式之间切换，产生相应能量的电子束。
根据本发明的用于矿产成分分析的加速器系统，能够提供预定能量，预定能量等级以及预定射线尺寸的电子束，并实现高压稳定出束、高重复频率长期运行。
本发明的用于矿产成分分析的加速器系统100的实现的设计参数如下：
三档能量束流技术指标
| 能量/MeV | 剂量率/cGy/min@1m | 射线尺寸/mm×mm |
| 8.5 | 16000 | 10×70 |
| 12 | 4000 | 10×70 |
| 14 | 2500 | 10×70 |
表中能量指标分为三档，8.5MeV档的能量能够用于金元素的识别，16000cGy/min@1m的剂量指标能够保证样品在短时间内充分活化，提高工作效率，射线尺寸选择线型射线而非传统的点源射线，能够对样品进行充分照射，提高检测精度。其他两档能量能够用于非贵重金属元素，例如：铜、锑、铅等元素的识别。
图2是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统舱结构的框图。
整体舱结构分布如图2所示，从左向右并列分布三个集装箱舱，分别为第一舱202、第二舱204与第三舱206。优选的，所述探测器112与所述传送装置108位于第一舱202中；所述复合靶106、所述电子枪102、所述加速管104与所述保护罩110位于第二舱204中；所述微波系统114位于第三舱206中。
其中，所述加速管104通过承载装置固定于所述第二舱204，所述承载装置中包括框架机构10与抽拉机构20。框架机构10用于安装加速管104。抽拉机构20与框架机构10连接，且框架机构10能够相对于抽拉机构20运动。
其中，所述加速管104安装于所述框架机构10；所述抽拉机构20与所述框架机构10连接，且所述框架机构10能够相对于所述抽拉机构20进行线性运动。
其中，所述第一舱202、所述第二舱204以及所述第三舱206分别为独立可移动集装箱舱结构；以及所述第一舱202、所述第二舱204以及所述第三舱206之间的连接方式包括：第一舱202与所述第二舱204通过样品传送装置108进行定位安装；第二舱204和第三舱206通过微波系统114中波导位置进行定位安装。
其中，第二舱204可例如为加速器机头舱，图中①为加速管主体，②和③为初级屏蔽和二级屏蔽结构，其中横向通道为传送样品通道。图中④为速调管，安装在微波头机架内，⑤为固态调制器，⑥为水冷机组室内机，上述三个分系统组件安装在右侧舱中，速调管出口端通过波导件连接到中间舱的加速管，从而实现微波功率的馈入。最左侧的舱中包含⑧传送通道，图中⑨为探测器所在位置，方便样品在照射之后迅速进行探测，图中⑩为样品自动传送装置。在三个集装箱舱右侧为水冷机组室外机⑦。
在现有技术中，加速器系统为不可移动式的系统，一般情况下加速器系统的外舱为一体式结构。根据本发明的用于矿产成分分析的加速器系统，加速器系统内部的各个部件分别位于不同的可移动的集装箱舱中，各个舱之间通过加速器系统内部的部件进行定位安装，使得该加速器系统便于拆装移动，从而可以将该加速器系统在矿区现场进行拆装，以便在矿区进行现场测量，适用于更多场景的要求。
图3是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中水冷系统的示意图。水冷系统300连接如图3所示，水冷系统300包括：分流器302、加速管管体304、复合靶306、加速管窗308、调速管310、四端环流器及波导水负载312、脉冲变压器314、温控系统316、以及汇流器318。
其中，加速器系统10中需要恒温水冷系统冷却或恒温的部件有加速管管体304、复合靶306、微波窗(图中未示出)、速调管310、四端环流器312、三端负载(图中未示出)、聚焦线圈(图中未示出)等。
图4-图7是根据一示例性实施例示出的一种用于矿产成分分析的加速器系统中抽拉机构的示意图。
本实施例中，如图4至图7所示，承载装置中包括框架机构10和抽拉机构20。框架机构10用于安装加速器100。抽拉机构20与框架机构10连接，且框架机构10能够相对于抽拉机构20运动。
承载装置可应用于加速器舱体结构，如图8、9所示，加速器舱体结构可包括舱体30、屏蔽机构40及上述用于加速器的抽拉式承载装置，舱体30具有工作区A1和维修区A2，屏蔽机构40设置于工作区A1，屏蔽机构40具有朝向维修区A2的侧开门41，当侧开门41打开时，框架机构10能够自屏蔽机构40内抽出进入维修区A2。
因此，需要对加速器100进行调试或维修时，可将拉动承载加速器100的框架机构10，使得位于工作区A1的加速器100相对于抽拉机构20运动至维修区A2，可在舱体30内完成调试或维修。
因此，与现有技术相比，本发明以抽拉方式移动加速器100，大幅减轻操作难度，提高大功率加速器100的维修调试效率。并且，通过利用本发明的抽拉式承载装置，在加速器舱体结构的内部即可完成调试或维修，因此，无需在加速器100舱体30外预留空间体积，从而提高舱体30内部空间的利用率，避免舱体30外部空间的浪费。
本实施例中，如图4、5所示，框架机构10可包括主框架11和至少一个固定支撑座12，固定支撑座12固定于主框架11的上侧，固定支撑座12用于支撑并固定加速器100。
本实施例中，主框架11可包括上支撑架111、下支撑架112和连接于上支撑架111与下支撑架112之间的立柱113，上支撑架111的一端与下支撑架112的一端沿纵向对齐，上支撑架111的另一端沿纵向突出于下支撑架112的另一端，固定支撑座12固定于上支撑架111。
本实施例中，加速器100包括加速管110和靶防护组件120，靶防护组件120的一端连接于加速管110的一端。框架机构10还可包括保护罩13，保护罩13可拆卸的连接于上支撑架111，并突出于上支撑架111的另一端，保护罩13能够包覆靶防护组件120的另一端。
本实施例中，保护罩13可包括罩体131和连接部132，连接部132突出的固定于上支撑架111的另一端，罩体131与连接部132可拆卸的连接。其中，罩体131的外侧材料可为不锈钢，内衬材料可为铅。
在实际出束时，保护罩13被拆下，靶防护组件120外露。加速器100在维修过程中，将保护罩13连接于上支撑架111，使其罩住靶防护组件120的一端。特别是对于产生X射线的加速器100来说，保护罩13的设置可提供出束时的辐射防护屏蔽保护，以及停束之后对活化靶材的隔离防护，防止维修人员被辐射。
本实施例中，抽拉机构20可包括沿框架机构10的纵向连续布置的第一轨道21、第二轨道22及第三轨道23，框架机构10的下方设有至少一对滚轮14，滚轮14能够在第一轨道21、第二轨道22及第三轨道23上滚动，从而带动框架机构10相对于抽拉机构20沿纵向线性运动。
其中，第一轨道21设置于工作区A1内，第三轨道23设置于维修区A2内，一部分第二轨道22位于工作区A1内，另一部分第二轨道22位于维修区A2内。
如图8所示，当加速器100处于工作状态时，框架机构10位于屏蔽机构40内，屏蔽机构40的侧开门41关闭，第二轨道22未安装。
当需要维修或调试加速器100时，将屏蔽机构40的侧开门41打开，安装第二轨道22，使得第二轨道22横跨工作区A1和维修区A2，并与第一轨道21和第三轨道23沿直线连续布置，从而构成完整的轨道式抽拉机构20，框架机构10能够沿着第一轨道21、第二轨道22及第三轨道23运动至进入维修区A2。
本实施例中，可根据实际需要拆卸或安装相应的轨道，轨道的安装简便、快捷，且无需对现有的加速器舱体结构进行大幅改动。因此，本实施例的加速器舱体结构的可操作性佳、适用性高。
应当理解，轨道的数量不限于此，可以为1个、2个或3个以上，可根据实际情况进行调整。并且，轨道的排布不限于此，也可为曲线排布，框架机构10的运动方式不限于线性运动，其也可为曲线运动。
本实施例中，如图8、9所示，屏蔽机构40可包括屏蔽腔42，第一轨道21与屏蔽腔42对齐设置，框架机构10能够沿着第一轨道21进入工作区A1，且靶防护组件120进入屏蔽腔42。因此，轨道不仅用于抽拉传送，还为加速管110和靶防护组件120的安装提供对位功能，从而提高安装效率，防止由于靶防护组件120安装错位导致靶材损坏。
本实施例中，如图4、7所示，第一轨道21、第二轨道22及第三轨道23均包括一对连续且对齐的导向槽24，导向槽24的高度与滚轮14的高度相同，该对导向槽24的间距等于该对滚轮14的间距，该对滚轮14能够在导向槽24内滑动，从而带动框架机构10相对于抽拉机构20沿纵向线性运动，且导向槽24能够对框架机构10的运动起到导向、限位的作用，防止框架机构10偏离轨道。
本实施例中，如图4、7所示，框架机构10还可包括固定部15，其位于主框架11的两端，并突出于主框架11的下侧。
第一轨道21还包括第一座体211，第一轨道21的导向槽24固定于第一座体211上，第一座体211的一端设有第一限位部212，当框架机构10运动到第一位置时(图5中右端)，主框架11的一端的固定部15被第一限位部212抵顶，并能够与第一限位部212固定连接。
第三轨道23还包括第三座体231，第三轨道23的导向槽24固定于第三座体231上，第三座体231的远离第一轨道21的一端设有第二限位部232，当框架机构10运动到第二位置时(图5中左端)，主框架11的另一端的固定部15被第二限位部232抵顶，并能够与第二限位部232固定连接。
本实施例中，框架机构10的两端固定部15与抽拉机构20两端的限位部配合，能够限定框架机构10在抽拉机构20上滑动的最大位移量，并且，在极限位置时，固定部15与对应的限位部固定连接，从而能够实现框架机构10的紧固，防止其晃动，提高操作的准确性和安全性。
应当理解，抽拉机构20的形式不限于轨道形式，任意能够实现运动的方案均可适用于本发明，例如传送带、液压缸等。
具体的，抽拉机构可包括液压缸，液压缸的活塞杆与框架机构固定连接，活塞杆伸缩过程中能够带动框架机构相对于液压缸的缸体进行线性运动。
综上所述，与现有技术相比，本发明以抽拉方式移动加速器，大幅减轻操作难度，提高大功率加速器的维修调试效率。并且，通过利用本发明的抽拉式承载装置，在加速器舱体结构的内部即可完成调试或维修，因此，无需在加速器舱体外预留空间体积，从而提高舱体内部空间的利用率，避免舱体外部空间的浪费。
图10是根据另一示例性实施例示出的一种矿产成分分析的方法的流程图。
如图10所示，在S002中，通过加速器产生预定能量的放射性射线，所述预定能量包括8.5MeV-14MeV。
在S004中，通过所述预定能量的放射性射线照射参考物质和含有目标元素的样品。
在S006中，通过探测器获取来自所述样品的第一检测数据与来自所述参考物的第二检测数据。
在S008中，通过比较所述第一检测数据与所述第二检测数据进而确定所述目标元素在所述样品中的含量。
根据本发明的矿产成分分析的方法，能够快速准确完成对待测样品金含量的分析，且无放射性残留。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是，本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (10)
1.一种用于矿产成分分析的系统，其特征在于，包括：
电子枪，用于产生电子束；
加速管，用于将所述电子枪发出的电子束加速到预定能量；
复合靶，用于接收电子束以在所述复合靶上产生放射性射线；
传送装置，用于将待测样品在所述复合靶的前端与探测器之间进行位置移动；以及
保护罩，用于对所述放射性射线进行屏蔽。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：
探测器，用于接收所述放射性射线，并生成射线数据以进行后续分析；以及
微波系统，用于为所述加速管提供微波电磁场以将所述电子束加速到所述预定能量。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述加速管加速后的电子束的预定能量为8.5MeV-14MeV，其中，加速管加速后的电子束的能量连续可调。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述复合靶产生的放射性射线包括X射线。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，
所述探测器与所述传送装置位于第一舱；
所述复合靶，所述电子枪，所述加速管与所述保护罩位于第二舱；以及
所述微波系统位于第三舱。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述加速管通过承载结构固定于所述第二舱，所述承载结构中包括框架机构与抽拉机构。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，
所述加速管安装于所述框架机构；
所述抽拉机构与所述框架机构连接，且所述框架机构能够相对于所述抽拉机构进行线性运动。
8.如权利要求5所述的系统，其特征在于，
所述第一舱，所述第二舱以及所述第三舱分别为独立可移动集装箱舱结构；以及
所述第一舱，所述第二舱以及所述第三舱之间的连接方式包括：
所述第一舱与所述第二舱通过样品传送装置进行定位安装；
所述第二舱和所述第三舱通过微波系统中的波导位置进行定位安装。
9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述保护罩包括第一屏蔽层与第二屏蔽层；
其中，所述第一屏蔽层的材料为铅材料和钨材料，所述第二屏蔽层的材料为含硼聚乙烯材料。
10.一种矿产成分分析的方法，包括：
通过加速器产生预定能量的放射性射线；
通过所述预定能量的放射性射线照射一参考物质和含有目标元素的样品；
通过探测器获取来自所述样品的第一检测数据与来自所述参考物的第二检测数据；以及
通过比较所述第一检测数据与所述第二检测数据进而确定所述目标元素在所述样品中的含量。
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