CN108693551B - 一种用于铀矿石品位监测的探头及装置 - Google Patents

一种用于铀矿石品位监测的探头及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于铀矿石品位监测的探头及装置，所述的探头由NaI(Tl)探测器与光电倍增管及电子学单元连接组成；所述的NaI(Tl)探测器内部为NaI(Tl)晶体，在NaI(Tl)晶体的外部设有晶体护套，用于保护NaI(Tl)晶体；在NaI(Tl)晶体和晶体护套的空隙中填充黄饼，用于铀的能谱峰位定位；在所述的晶体护套的外部设有铅屏蔽部件，用于使NaI(Tl)晶体在测量过程中不受外界放射性核素的干扰；在所述铅屏蔽部件对着待测铀矿石的部分设有一个锥度开口，用于接收待测铀矿石发出的射线；所述的探头，用于测量235U的γ射线185.7keV特征峰；所述的监测装置包括本发明所述的探头、吊具、脉冲电路、高压电源、多道分析器和计算机。

Description

一种用于铀矿石品位监测的探头及装置
技术领域
本发明属于铀矿山汽车计量站铀矿石品位分析测量领域，具体涉及一种用于铀矿石品位监测的探头及装置。
背景技术
在铀矿山开采过程中，铀矿石的品位测量是一个很重要的环节，铀矿山汽车计量站的铀品位测量，对整个水冶厂生产，有着重要的意义。
早期的铀矿石品位监测装置是采用双探头的方式，其目的是为了增加探测效率，由于采用双探头，每个探头的增益、暗电流，对同一个被测对象的探测效率等都有可能不一致，这导致每个探头给出的脉冲数据的代表含义不同，不能够简单的相加。如果要提高探测效率，将两个探头的数据相加，就必须对两个探头进行电子学方面的调节，使用226Ra放射源进行标定和校准，使之探测一致性在10％以内，才能使用，整个过程调节复杂；环境温度变化对探测器NaI(Tl)晶体，光电倍增管等电子学电路的增益、阈值电压、高压供电电源等具有较大影响，这使双探头一致性调整变得越发复杂，工作量大；使用226Ra放射源，对于调节的人员而言，人员的辐射防护和放射源的保存、管理也是要考虑的问题。早期的铀矿石品位监测装置是采用双探头方式测量铀的子体，在子体中有222Rn这个铀的子体是气体，它会以气体方式游离出衰变系，以这种方式测量铀的含量时，需要进行射气系数测定，通过射气系数补偿测量的铀含量，测量铀的射气系数，工作量较大，时间较长。
目前铀矿山使用的矿石品位测量仪器，主要有两种测量方法，一种是通过对矿石中总γ射线强度测量计算出铀矿石的品位；另外一种是对矿石中铀高能子体的γ射线强度测量计算出铀矿石的品位。这两种方法有如下问题：
(1)矿石中非铀放射性核素所产生的γ射线强度对分析结果影响较大，如钍、钾等。总γ射线强度包含了铀系、锕铀系、钍系中的放射性核素所发出的γ射线强度，这种方法适用于不含钍的矿石体系。在母体衰变过程中有气体的析出，如222Rn等，在计算时还要考虑射气系数。此方法在使用过程中还要考虑铀镭平衡系数等诸多因素，计算复杂；
(2)矿石中铀高能子体的γ射线强度测量方法是通过铀的子体含量倒推出铀的品位，同样要考虑射气系数和铀镭平衡系数，并且要考虑高能子体和226Ra的衰变平衡问题，考虑的因素很多，计算复杂；
(3)标定调整复杂。目前的品位监测仪，采用双探头测量，对探头的一致性要求较高。探头的一致性测量，需要外部给予226Ra放射源测试，仪器的调整均采用手动调整，如调节高压供电、探头增益、阈值等参数，对于使用者的要求较高，基本还是人工操作的模式。在实际应用过程中，要考虑探头之间的差异，坪区电压的一致性等，双探头应用，探头之间的差异要调节到±10％以内；
(4)温度变化对测量结果影响大，且温度补偿复杂。NaI(Tl)探测器(含光电倍增管等电子学线路)的增益、坪区电压、单道幅度分析器的阈值等都会随温度变化而变化，导致分析结果误差大，对温度的补偿复杂繁琐。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于铀矿石品位监测的探头及装置，所述探头及装置适用于铀矿山汽车计量站的铀矿石品位监测，利用235U的185.7keV的γ能量峰来测量矿石品位，不考虑射气系数；采用大NaI(Tl)晶体单探头，不考虑双探头一致性问题；NaI(Tl)晶体内嵌黄饼稳峰源，利用软件动态峰位捕捉技术，克服温度变化对探测单元的增益、高压供电、电子学电路增益、阈值的影响。本发明使用一个探头，解决早期双探头的一致性复杂调节问题，无需226Ra标定和校准，由于控制和调节采用软件控制调节，因此，本发明所述铀矿山矿石品位监测装置结合响应控制软件，可以实现远程控制和调节的功能。
本发明的技术方案如下：一种用于铀矿石品位监测的探头，所述的探头由NaI(Tl)探测器与光电倍增管及电子学单元连接组成；所述的NaI(Tl)探测器内部为NaI(Tl)晶体，在NaI(Tl)晶体的外部设有晶体护套，用于保护NaI(Tl)晶体；在NaI(Tl)晶体和晶体护套的空隙中填充黄饼，用于铀的能谱峰位定位；在所述的晶体护套的外部设有铅屏蔽部件，用于使NaI(Tl)晶体在测量过程中不受外界放射性核素的干扰；在所述铅屏蔽部件对着待测铀矿石的部分设有一个锥度开口，用于接收待测铀矿石发出的射线；所述的探头，用于测量235U的γ射线185.7keV特征峰。
优选的，所述的铅屏蔽部件，内部为铅，外部为铁皮。
优选的，所述的晶体护套的材质为UPVC、PE或聚四氟乙烯。
优选的，在铅屏蔽部件的铁皮外部焊接加强筋，用于防止在吊装的过程中由于铅的自身重量过大导致铁皮的变形。
如图3所示，一种用于铀矿石品位监测的装置，所述的监测装置包括本发明所述的探头、吊具、脉冲电路、高压电源、多道分析器和计算机；
其中，吊具将所述的探头吊于载有铀矿石的汽车上方，使得铅屏蔽部件的锥度开口能够覆盖汽车所载的待测铀矿石；所述的高压电源，为探头提供倍增极电压，使探头产生电脉冲信号；所述的脉冲电路，用于对电脉冲信号进行放大；所述的多道分析器，用于对电脉冲信号的幅度进行分析，将分析的幅度信号发送到计算机中做进一步的分析和计算，得到待测铀矿石的铀品位。
优选的，在所述的探头下方设有地磅，用于称量载有待测铀矿石汽车的重量，并将所测的重量传送给计算机进行记录。
优选的，所述的锥度开口的张角为60-110度。
本发明的显著效果在于：本专利设计了一种用于铀矿山矿石品位的测量装置，利用235U的185.7keV的γ能量峰来测量矿石品位，采用内嵌黄饼的稳峰源，克服长期使用过程中温度对NaI(Tl)探测器和电子单元的增等变化对测量的影响，其具有如下特点：
1)采用大晶体单探头，不用考虑双探头的一致性，减少探头一致性测试工作量；
2)直接235U的185.7keV的γ能量峰,测量母体，减小钍、铀、钾的子体对测量结果的影响；
3)采用在NaI(Tl)晶体内嵌黄饼的稳峰源，采用自动寻找动态峰位捕捉技术，自动寻找铀峰，克服温度变化对NaI(Tl)晶体、光电倍增管增益、高压电源、放大器增益、阈值等因素的影响，克服温度变化对测量结果的影响；
4)不考虑射气系数，减少测量射气系数的工作量，简化仪器测量。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于铀矿石品位监测的探头结构示意图；
图2为本发明所述的一种用于铀矿石品位监测的探头剖面结构示意图；
图3为本发明所述的一种用于铀矿石品位监测的装置结构示意图；
图中：1.NaI(Tl)探测器、2.光电倍增管及电子学单元、3.NaI(Tl)晶体、4.晶体护套、5.铅屏蔽部件、6.黄饼、7.铅、8.铁皮、9.加强筋、10.吊具、11.汽车、12.地磅。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种用于铀矿石品位监测的探头及装置作进一步详细说明。
如图1和2所示，一种用于铀矿石品位监测的探头，所述的探头由NaI(Tl)探测器1与光电倍增管及电子学单元2连接组成；所述的NaI(Tl)探测器1内部为NaI(Tl)晶体3，在NaI(Tl)晶体3的外部设有晶体护套4，用于保护NaI(Tl)晶体3；在NaI(Tl)晶体3和晶体护套4的空隙中填充黄饼6，用于铀的能谱峰位定位；在所述的晶体护套4的外部设有铅屏蔽部件5，用于使NaI(Tl)晶体3在测量过程中不受外界放射性核素的干扰；在所述铅屏蔽部件5对着待测铀矿石的部分设有一个锥度开口，用于接收待测铀矿石发出的射线；所述的探头，用于测量235U的γ射线185.7keV特征峰。
优选的，所述的铅屏蔽部件5，内部为铅7，外部为铁皮8。
优选的，所述的晶体护套4的材质为UPVC、PE或聚四氟乙烯。
优选的，在铅屏蔽部件5的铁皮8外部焊接加强筋9，用于防止在吊装的过程中由于铅的自身重量过大导致铁皮7的变形。
如图3所示，一种用于铀矿石品位监测的装置，所述的监测装置包括本发明所述的探头、吊具10、脉冲电路、高压电源、多道分析器和计算机；
其中，吊具10将所述的探头吊于载有铀矿石的汽车11上方，使得铅屏蔽部件5的锥度开口能够覆盖汽车11所载的待测铀矿石；所述的高压电源，为探头提供倍增极电压，使探头产生电脉冲信号；所述的脉冲电路，用于对电脉冲信号进行放大；所述的多道分析器，用于对电脉冲信号的幅度进行分析，将分析的幅度信号发送到计算机中做进一步的分析和计算，得到待测铀矿石的铀品位。
优选的，在所述的探头下方设有地磅12，用于称量载有待测铀矿石汽车11的重量，并将所测的重量传送给计算机进行记录。
优选的，所述的锥度开口的张角为60-110度。
本发明所述的一种用于铀矿石品位监测的探头及装置的基本工作过程如下：采用NaI(Tl)探测器对黄饼的235U的γ特征峰185.7keV的测定，确定235U峰位置，并且记录下峰面积的积分值，载有待测铀矿石的汽车停到探头的下面时，NaI(Tl)探测器对黄饼和待测铀矿石同时进行测量，按照先前确定的235U峰位置，取得黄饼和待测铀矿石的累积峰面积，扣除黄饼的贡献即可得到待测铀矿石的235U峰净面积，根据这个净面积，进一步得出铀的品位。
采用NaI(Tl)晶体内嵌黄饼的方法，通过多道分析器获取脉冲幅度的数据，，动态跟踪235U峰位置，解决温度变化对测量结果的影响。具体说明：
在NaI(Tl)晶体内嵌黄饼(不使用人工放射源，采用235U天然放射性，铀矿山比较容易获取)，利用235U的γ特征峰185.7keV，配合多道能谱分析器和计算机，准确定位185.7keV的位置，确定合适的ROI((region of interest，感兴趣区)区间，进而确定铀峰面积，也就确定了铀品位。由于温度的影响，探测单元的光电倍增管、电子学电路增益和高压供电系统等均会随着温度的变化而发生变化，因而185.7kev在多道能谱分析器的位置也会发生变化。
利用黄饼的235U的γ特征峰185.7keV(其单位时间计数值达到250cps以上)，在每次测量铀品位之前，先监测一下当前的条件下的235U的γ特征峰185.7keV的在多道分析器中的位置，并且随之确定ROI的位置，然后再将黄饼和被测待测铀矿石同时测量，得到一个总的混合峰面积积分值，扣除黄饼的峰面积积分值之后，得到待测铀矿石的的235U的185.7keV的净峰面积，从而得到铀的品位。通过动态捕获235U的γ特征峰185.7keV在多道谱中的位置，并且确定ROI值，进而确定铀峰面积，解决了温度变化、高压电源变化、光电倍增管增益变化、电子学线路的漂移等对测量结果的影响，提高了仪器测量的稳定性和可靠性，本装置不采用复杂负反馈温度补偿方法，而是采用计算机跟踪235U的γ特征峰，确定测量位置，就能够准确的测量铀品位。

Claims (9)

1.一种用于铀矿石品位监测的探头，其特征在于：所述的探头由NaI(Tl)探测器(1)与光电倍增管及电子学单元(2)连接组成；所述的NaI(Tl)探测器(1)内部为NaI(Tl)晶体(3)，在NaI(Tl)晶体(3)的外部设有晶体护套(4)，用于保护NaI(Tl)晶体(3)；在NaI(Tl)晶体(3)和晶体护套(4)的空隙中填充黄饼(6)，用于铀的能谱峰位定位；在所述的晶体护套(4)的外部设有铅屏蔽部件(5)，用于使NaI(Tl)晶体(3)在测量过程中不受外界放射性核素的干扰；在所述铅屏蔽部件(5)对着待测铀矿石的部分设有一个锥度开口，用于接收待测铀矿石发出的射线。
2.如权利要求1所述的一种用于铀矿石品位监测的探头，其特征在于：所述的铅屏蔽部件(5)，内部为铅(7)，外部为铁皮(8)。
3.如权利要求1所述的一种用于铀矿石品位监测的探头，其特征在于：所述的晶体护套(4)的材质为UPVC、PE或聚四氟乙烯。
4.如权利要求2所述的一种用于铀矿石品位监测的探头，其特征在于：在铅屏蔽部件(5)的铁皮(8)外部焊接加强筋(9)，用于防止在吊装的过程中由于铅的自身重量过大导致铁皮(7)的变形。
5.如权利要求1所述的一种用于铀矿石品位监测的探头，其特征在于：所述的探头，用于测量235U的γ射线185.7keV特征峰。
6.一种用于铀矿石品位监测的装置，其特征在于：所述的监测装置包括权利要求4所述的探头、吊具(10)、脉冲电路、高压电源、多道分析器和计算机；
其中，吊具(10)将所述的探头吊于载有铀矿石的汽车(11)上方，使得铅屏蔽部件(5)的锥度开口能够覆盖汽车(11)所载的待测铀矿石；所述的高压电源，为探头提供倍增极电压，使探头产生电脉冲信号；所述的脉冲电路，用于对电脉冲信号进行放大；所述的多道分析器，用于对电脉冲信号的幅度进行分析，将分析的幅度信号发送到计算机中做进一步的分析和计算，得到待测铀矿石的铀品位。
7.如权利要求6所述的一种用于铀矿石品位监测的装置，其特征在于：在所述的探头下方设有地磅(12)，用于称量载有待测铀矿石汽车(11)的重量，并将所测的重量传送给计算机进行记录。
8.如权利要求6所述的一种用于铀矿石品位监测的装置，其特征在于：所述的锥度开口的张角为60-110度。
9.一种用于铀矿石品位监测的装置，其特征在于：包括探头、吊具(10)、脉冲电路、高压电源、多道分析器和计算机；
其中，所述的探头由NaI(Tl)探测器(1)与光电倍增管及电子学单元(2)连接组成；所述的NaI(Tl)探测器(1)内部为NaI(Tl)晶体(3)，在NaI(Tl)晶体(3)的外部设有晶体护套(4)，用于保护NaI(Tl)晶体(3)；在NaI(Tl)晶体(3)和晶体护套(4)的空隙中填充黄饼(6)，用于铀的能谱峰位定位；在所述的晶体护套(4)的外部设有铅屏蔽部件(5)，用于使NaI(Tl)晶体(3)在测量过程中不受外界放射性核素的干扰；在所述铅屏蔽部件(5)对着待测铀矿石的部分设有一个锥度开口，用于接收待测铀矿石发出的射线；所述的铅屏蔽部件(5)，内部为铅(7)，外部为铁皮(8)；所述的晶体护套(4)的材质为UPVC、PE或聚四氟乙烯；所述的探头，用于测量235U的γ射线185.7keV特征峰；
在铅屏蔽部件(5)的铁皮(8)外部焊接加强筋(9)，用于防止在吊装的过程中由于铅的自身重量过大导致铁皮(7)的变形；
所述的吊具(10)将所述的探头吊于载有铀矿石的汽车(11)上方，使得铅屏蔽部件(5)的锥度开口能够覆盖汽车(11)所载的待测铀矿石；所述的高压电源，为探头提供倍增极电压，使探头产生电脉冲信号；所述的脉冲电路，用于对电脉冲信号进行放大；所述的多道分析器，用于对电脉冲信号的幅度进行分析，将分析的幅度信号发送到计算机中做进一步的分析和计算，得到待测铀矿石的铀品位；所述的锥度开口的张角为60-110度；在所述的探头下方设有地磅(12)，用于称量载有待测铀矿石汽车(11)的重量，并将所测的重量传送给计算机进行记录。
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