CN108195853A - 一种连续检测物料中铀含量的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种连续检测物料中铀含量的方法，将检测γ射线的检测部件设置在检测通道内，并设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测。本申请还提供使用上述方法的装置。本申请提供的方法及装置，可对物料中铀含量进行连续检测，实现对物料中铀含量的实时监测，及时反映生产情况，指导生产与废料处理。

Description

一种连续检测物料中铀含量的方法及装置
技术领域
本申请涉及检测设备技术领域，特别是涉及一种连续检测物料中铀含量的方法及装置。
背景技术
随着我国核工业的发展，对于铀矿的开采量日益增加，同时也产生了大量铀矿废渣石。铀矿废渣石中仍含有一定量的铀，随意排放会造成环境污染，因此，需要对矿渣中的铀含量进行检测，并根据检测结果对矿渣进行处理。
现有的铀矿水冶厂对矿渣的检测，通常是人工取样后，送至实验室进行化学检测与分析，耗时长，不能实时反映排出的矿渣中铀的含量。因此，如何实现对矿渣中的铀进行实时检测，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种连续检测物料中铀含量的方法；本发明的第二个目的为提供一种使用上述方法的装置。本发明提供的方法及装置，可对物料中铀含量进行连续检测，实现对物料中铀含量的实时监测，及时反映生产情况，指导生产与废料处理。
本发明提供的技术方案如下：
一种连续检测物料中铀含量的方法，将检测γ射线的检测部件设置在检测通道内，并设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测。
优选地，所述厚层条件具体为，填充在检测通道内的物料，其两端距离检测部件的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
优选地，填充在检测通道内的物料密度在1kg/L至5kg/L时，物料两端距离检测部件的距离为500mm至100mm。
优选地，所述限流部件具体为设置在检测通道底部的排料门。
本发明还提供一种使用以上任一项所述的方法连续检测物料中铀含量的装置，包括供物料填充并流动的检测通道，以及用于检测物料中铀含量的检测部件，所述检测部件设置在检测通道的内壁并能接收物料中铀发出的γ射线，且所述检测部件与所述检测通道顶部或底部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
优选地，所述检测部件具体包括可接收γ射线并产生光信号的探头、接收所述探头的光信号并转换为电信号的光电转换元件，以及接收所述光电转换元件电信号并进行分析的分析元件。
优选地，所述检测部件外壁、所述检测通道与所述检测部件相邻或相对的外壁均设有用于屏蔽γ射线的屏蔽材料。
优选地，所述检测通道底部还设有排料门。
优选地，所述检测部件距离所述检测通道顶部的距离为100-1000mm，距离所述检测通道底部排料门的距离为100-1000mm。
优选地，所述检测通道的顶部设有喷水装置。
本发明提供的连续检测物料中铀含量的方法，将检测部件设置在检测通道内，设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料中铀发出的γ射线进行连续检测。检测部件通过接收铀发出的γ射线，对物料中的铀进行检测。
不同厚度物料(如矿渣)的γ谱线不同，厚层的谱线变化显著，其特征是：谱形明显展宽；在铀的184KeV峰位处，基本上显示不出峰来，在镭的350KeV处也显不出峰来。厚层测量与重量无关，可以不考虑重量的变化。厚层的极限厚度，与物料(如矿渣)的密度有关，密度大的，进行厚层检测的极限厚度小；密度小的，进行厚层检测的极限厚度大。随厚度的增加，脉冲计数率不变。检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测，即可实现不考虑重量，对物料中的铀进行连续检测。
本发明提供的方法，可在物料(如矿渣)的运输管道设置检测部件，对管道内缓慢流动的物料进行连续检测，待检测物料不断地通过检测部件的检测区间，所测的结果表示检测的区间平均值。本发明提供的方法，能连续检测物料(如矿渣)中的铀的含量，无需人工取样，能够快速及时地反映出生产情况，随时取得工艺过程中所需要的数据，指导生产，有利于实现铀水冶厂的自动化运行。
本发明提供的方法，还可以对其他放射性元素进行检测，由于不同的放射性元素衰变时发出的γ射线的能谱不同，因此，通过检测部件接收放射性元素发出的γ射线，即可检测出物料中存在何种放射性元素，并能通过对γ射线强度的检测计算物料中放射性元素的含量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中连续检测物料中铀含量的装置的结构示意图(模拟实验)；
图2为本发明实施例2中连续检测物料中铀含量的装置的结构示意图(现场实验)；
图3为本发明实施例中极限厚度的测定图；
附图标记：1-检测通道；11-排料门；12-喷水装置；2-检测部件；21-探头；22-光电转换元件；23-分析元件；a-物料；b-屏蔽材料。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1至图3所示，本发明实施例提供一种连续检测物料中铀含量的方法，将检测γ射线的检测部件设置在检测通道内，并设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测。
本发明提供的连续检测物料中铀含量的方法，将检测部件设置在检测通道内，设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料中铀发出的γ射线进行连续检测。检测部件通过接收铀发出的γ射线，对物料中的铀进行检测。
不同厚度物料(如矿渣)的γ谱线不同，厚层的谱线变化显著，其特征是：谱形明显展宽；在铀的184KeV峰位处，基本上显示不出峰来，在镭的350KeV处也显不出峰来。厚层测量与重量无关，可以不考虑重量的变化。厚层的极限厚度，与物料(如矿渣)的密度有关，密度大的，进行厚层检测的极限厚度小；密度小的，进行厚层检测的极限厚度大。随厚度的增加，脉冲计数率不变。检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测，即可实现不考虑重量，对物料中的铀进行连续检测。
本发明提供的方法，可在物料(如矿渣)的运输管道设置检测部件，对管道内缓慢流动的物料进行连续检测，待检测物料不断地通过检测部件的检测区间，所测的结果表示检测的区间平均值。本发明提供的方法，能连续检测物料(如矿渣)中的铀的含量，无需人工取样，能够快速及时地反映出生产情况，随时取得工艺过程中所需要的数据，指导生产，有利于实现铀水冶厂的自动化运行。
本发明提供的方法，还可以对其他放射性元素进行检测，由于不同的放射性元素衰变时发出的γ射线的能谱不同，因此，通过检测部件接收放射性元素发出的γ射线，即可检测出物料中存在何种放射性元素，并能通过对γ射线强度的检测计算物料中放射性元素的含量。
优选地，所述厚层条件具体为，填充在检测通道内的物料，其两端距离检测部件的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
设置检测部件距离所述检测通道中物料的底部或顶部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度，将检测通道内装满待检测物料后进行检测。也可将检测通道的高度设置高于检测所需的极限厚度，则检测通道内的物料无需装满，只要填装至检测部件距离物料的底部或顶部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度即可进行检测。本发明提供的方法，在整个检测过程中，检测部件对铀的检测都保持在厚层条件下进行，在检测过程中可以不考虑物料密度对检测结果的影响。
优选地，所述厚层条件具体为，填充在检测通道内的物料密度在1kg/L至5kg/L时，物料两端距离检测部件的距离为500mm至100mm。
本发明对矿渣密度为2.7kg/L左右的混合矿进行了极限厚度的确定。当样品的厚度达200mm，检测部件的脉冲计数率就趋于一个恒定值。因此。在检测时只要保持检测部件上方及下方物料，距离检测部件均有200mm以上的厚度，即可不考虑样品重量的影响，实现对物料中铀的连续、快速检测。极限厚度的测量结果如附图3所示。本发明还对密度在1kg/L至5kg/L的物料的极限厚度进行了检测。物料密度在1kg/L时，极限厚度为500mm；物料密度在5kg/L时，极限厚度为100mm。在检测过程中，根据物料的密度设置检测通道的高度，使得检测通道的高度至少等于该密度的物料的极限厚度的两倍，然后将检测部件设置在检测通道中间，使得检测部件距离物料的底部或顶部的距离均至少为该密度的物料的极限厚度，进行厚层条件下的检测。现场生产时，可以先对该地矿渣的密度进行检测，将检测通道的高度依据所检测的矿渣的最小密度所对应极限高度设置，即可保证检测过程中矿渣均在厚层条件下进行检测。
优选地，所述限流部件具体为设置在检测通道底部的排料门。
将限流部件具体设置为排料门，通过控制排料门的开闭或开启程度，实现检测通道内物料的累积或缓慢流动，便于连续检测的进行。
本发明还提供一种使用以上任一项所述的方法连续检测物料中铀含量的装置，包括供物料填充并流动的检测通道1，以及用于检测物料中铀含量的检测部件2，所述检测部件2设置在检测通道1的内壁并能接收物料中铀发出的γ射线，且所述检测部件2与所述检测通道1顶部或底部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
本发明提供的在线检测物料中铀含量的装置，将检测部件2设置在检测通道1的内壁，并对检测通道1中待检测物料中的铀进行检测。检测部件2通过接收铀发出的γ射线，对物料中的铀进行检测。本发明提供的装置，检测部件2设置在所述检测通道1的内壁，且检测部件2距离所述检测通道1的底部或顶部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。则整个连续检测过程中，检测部件2对铀的检测都保持在厚层条件下进行。设置检测部件2距离所述检测通道1中物料的底部或顶部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度，将检测通道1内装满待检测物料后进行检测。也可将检测通道1的高度设置高于检测所需的极限厚度，则检测通道1内的物料无需装满，只要填装至检测部件2距离物料的底部或顶部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度即可进行检测。
优选地，所述检测部件2具体包括可接收γ射线并产生光信号的探头21、接收所述探头21的光信号并转换为电信号的光电转换元件22，以及接收所述光电转换元件22电信号并进行分析的分析元件23。
检测部件2具体包括探头21、光电转换元件22、分析元件23。探头21可采用半导体探头，或闪烁体探头。半导体探头(如Ge(Li)、Si(Li)等)能量分辨能力高，但闪烁体探头(如铊激活的碘化钠，即NaI(Tl))探测效率高、价格较廉、使用方便。本发明中，优选使用闪烁体探头。闪烁体吸收γ射线的能量，并能发射出强度正比于γ射线能量的光子，被光电转换元件22接收并转化为电信号。光电转换元件22优选使用光电倍增管，可以将微弱的光信号转换为电信号，能够准确测量微弱的辐射功率。光电转换元件22发出的电信号被分析元件23所接收，并进行分析，或传输至计算机进行分析，以得到能谱数据，用于放射性物质(铀)的定性与定量分析。
具体而言，当γ射线入射至闪烁体时，产生的次级电子使闪烁体分子电离和激发，退激时发出大量光子。闪烁体发出的光子被闪烁体外的光反射层反射，汇聚到光电倍增管的光阴极上。由于光电效应，光子在光阴极上打出光电子。光阴极上打出的光电子在光电倍增管中倍增，电子数目增加几个数量级，最后被阳极接收形成电压脉冲。此电压脉冲的幅度与γ射线在闪烁体内消耗的能量及产生的光强成正比，所以根据脉冲幅度大小可以确定入射γ射线的能量。检测部件2还可设置电源、脉冲放大器、脉冲幅度分析器、定标器的电子设备，辅助检测部件2对γ射线的准确分析。
本发明中，检测部件2可以自行准备所需使用的闪烁体探头、光电倍增管、分析元件，也可购买市售的γ能谱仪或定制合适的能谱仪用于检测。本发明所提供的连续检测物料中铀含量的装置，主要是实现一次安装长期快速检测，而不必人工多次取样送入实验室进行检测。通过限定检测部件2与检测通道1的位置关系，也就限定了检测部件2与待检测物料的位置关系，从而实现厚层检测，减少在线连续检测中的误差，实现对物料中铀含量的实时监测，及时反映生产情况，指导生产与废料处理。与化学分析方法相比，具有方便、快速、成本低廉、步骤简单、误差小等多重特点。
优选地，所述检测部件2外壁、所述检测通道1与所述检测部件2相邻或相对的外壁均设有用于屏蔽γ射线的屏蔽材料。
为提高检测的准确性，在检测通道1、检测部件2均设置屏蔽材料，减少对检测的干扰，减少测量本底。屏蔽材料可以使用混凝土、铁、铅、铅玻璃或其他重金属等各种物质，此处优选使用铅。例如，可以使用厚50mm、高400mm的铅砖垒砌作为屏蔽。在检测通道1与检测部件2相邻或相对的外壁也设置屏蔽材料，如可以使用铅砖将设有检测部件2的所述检测通道1上下各150mm以内的外壁设置屏蔽材料，将整个检测通道1围起。
优选地，所述检测通道1底部还设有排料门11。
在检测通道1的底部设置排料门11，可通过控制排料门11的开启角度、开启范围，使得检测通道1内充满物料，并缓慢流动，便于检测部件2的实时检测。也可以使用取料-检测-排料-再取料的检测方式进行检测。
优选地，所述检测部件2距离所述检测通道1顶部的距离为100-1000mm，距离所述检测通道1底部排料门11的距离为100-1000mm。
本发明中，可以将检测部件2距离检测通道1顶部的距离设置为100-1000mm；将检测部件2距离检测通道1底部排料门11的距离设置为100-1000mm。通常设置检测部件2距离检测通道1顶部或底部的距离均大于需要检测的物料的极限厚度200-400mm。例如，当矿渣密度为2.7kg/L时，进行厚层检测的极限厚度为200mm，则设置检测部件2距离检测通道1顶部的距离为600mm，距离检测通道1底部的距离为400mm，使得物料在流动过程中，检测部件2仍能保持在厚层条件下进行检测，同时检测通道1设置一定的余量，便于物料进入与离开检测通道1。
本发明中，可以检测通道1设置为圆柱形或长方柱形，还可控制检测通道1的直径或边长在100-500mm，优选150-200mm。也可根据实际生产的需要，对以上参数进行调整。
优选地，所述检测通道1的顶部设有喷水装置12。
在检测固态粗砂样品物料时，为使检测通道1内不致堵塞，达到测量时间、测量区间内渣料进出平衡的目的，可以采用加水助流的办法。物料液固比为0.5:1，当粗砂的流速为5Kg/min时，加水1.2L/min，可使粗砂连续均匀排除。而在实际生产中，从分级机排出的尾渣，其本身所含水量可以使渣料均匀流出，通常不需要人工加水助流。
还可将本发明提供的连续检测物料中铀含量的装置设置在运输矿渣的设备中，可以在设备的至少一条管道上设置该装置，将检测通道1与管道侧壁合并，并在适当位置设置检测部件2、排料门11。运输矿渣的设备可以通过螺旋分级机等对矿渣进行分级，部分进入本发明提供的连续检测物料中铀含量的装置进行检测，以实时获取矿渣中铀含量的信息。
实施例1模拟实验
先使用本发明的连续检测物料中铀含量的装置，人工装、排渣样，模拟连续测定矿渣中的铀。矿渣的平均密度为2.7kg/L，经精测该矿渣的极限厚度为200mm。检测通道1由塑料制成的圆柱形桌子，下面带有可控制的排料门11，在中段内壁设置检测部件2。检测通道1直径为150mm，检测部件2的探头21距进料口为600mm，距排料口为400mm。在探头21的周围以及检测通道1的壁上，用厚为50mm、高为400mm的铅砖垒砌作屏蔽。
检测部件2采用FXY-214双道谱仪，连接两台SA-230定标器。模拟试验连续测量了49个样品与化学分析进行对比，在φ150mm，高为1m的检测通道1中，以5kg/min的流速，进行连续测量两分钟，其测量结果进行理化对比，相对误差≦30％的样品为94％，符合控制分析的要求，可用于流线分析。模拟试验装置见附图1。比对结果见表1。
表1理化对比分析误差统计情况
实施例2现场实验
在实施例1基础上，进行了FXY-222三道谱仪在现场自动填、排料的试验，本发明的连续检测物料中铀含量的装置直接安装在生产流水线上，使用FXY-222谱仪和数字运算器进行测定。测量条件选用道Ⅰ为164KeV-204KeV，道Ⅱ为300KeV-370KeV；K值为1.66，测量时间为100秒。共取样208个，进行理化对比。低含量情况下，化学分析本身误差也很大，因此，处理数据都以理化分析的平均值为准，表中数据可以看出，相对误差分布曲线符合高斯分布，其标准偏差约为10％,其测量结果进行理化对比，相对误差≦30％的样品大于97.8％，符合控制分析的要求，可用于流线分析，能够满足生产的要求。现场试验装置见附图2，比对试验结果列于表2。
表2数据误差统计分布情况
在模拟实验和现场考核试验中，确定k值的方法，都是利用两个标准反推法求得:
根据铀的计算公式：
令：标准样品Ⅰ 在184KeV道的计数率为N1
在350KeV道的计数率为N2
标准样品Ⅱ 在184KeV道的计数率为N1 1
在350KeV道的计数率为N2 1
∵在极限条件下，不考虑重量P
又∵B1＝B2＝B
根据上述计算公式和现场试验，用反推法确定K值，应注意以下问题：(1)两个标准样品的铀含量，要选择相差大些，K值才会较为稳定；(2)测量装置要求稳定，否则K值不可靠，依据试验，用当日所测数据较好；(3)用反推法求K值，本身会带来一定的误差，因此并不十分精确，若要精度高，可以采用标准源加以校正。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种连续检测物料中铀含量的方法，其特征在于，将检测γ射线的检测部件设置在检测通道内，并设置限流部件使物料填充满检测通道中并缓慢流动，使检测部件在厚层条件下对物料发出的γ射线进行连续检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述厚层条件具体为，填充在检测通道内的物料，其两端距离检测部件的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，填充在检测通道内的物料密度在1kg/L至5kg/L时，物料两端距离检测部件的极限厚度为500mm至100mm。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述限流部件具体为设置在检测通道底部的排料门。
5.一种使用权利要求1-4中任一项所述的方法连续检测物料中铀含量的装置，其特征在于，包括供物料填充并流动的检测通道(1)，以及用于检测物料中铀含量的检测部件(2)，所述检测部件(2)设置在检测通道(1)的内壁并能接收物料中铀发出的γ射线，且所述检测部件(2)与所述检测通道(1)顶部或底部的距离均大于或等于物料进行厚层检测的极限厚度。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述检测部件(2)具体包括可接收γ射线并产生光信号的探头(21)、接收所述探头(21)的光信号并转换为电信号的光电转换元件(22)，以及接收所述光电转换元件(22)电信号并进行分析的分析元件(23)。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测部件(2)外壁、所述检测通道(1)与所述检测部件(2)相邻或相对的外壁均设有用于屏蔽γ射线的屏蔽材料。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的装置，其特征在于，所述检测通道(1)底部还设有排料门(11)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述检测部件(2)距离所述检测通道(1)顶部的距离为100-1000mm，距离所述检测通道(1)底部排料门(11)的距离为100-1000mm。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述检测通道(1)的顶部设有喷水装置(12)。
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