CN1179207C - 电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其系统，放射源和探测器设在一个框架上，放射源与探测器的接收端相对，中间设置有贫铀隔断，放射源和探测器的上方设有开口，保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°。探测器中包括加热器和温度检测控制器件，以保证探测器温度恒定在40～60℃。放射源的屏蔽采用贫铀和铅组合屏蔽的方式，贫铀设置铅屏蔽的内部。智能控制仪与放射源、探测器、标定皮带及工业控制计算机分别连接。本发明可用于金属矿山、采矿厂、选矿厂和港口，可直接用于大块矿石品位的快速分析，提高检测的效率，降低成本，测量品位误差小于0.4%。

Description

电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其系统

技术领域

本发明属于核探测技术应用和自动化检测技术领域，具体涉及一种电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其系统。

背景技术

在现有技术中，一般用X荧光法或化学分析法测定矿石品位。由于X荧光的穿透能力极弱(小于1mm)，所以X荧光的测量受到矿石颗粒度大小的严重影响，测量前必须首先对矿石进行破碎、研磨、再通过恒压力压片将研磨后的矿粉制成厚度一致、密度恒定的薄片，才能进行X荧光分析；而采用化学分析法，也需要首先对矿石进行破碎、研磨、过筛、缩分，然后才能进行化学分析。两种方法的过程均费时费工、费用也高，只适用于实验室测定，难以满足对矿石品位进行全额、快速检测的需要，更不可能满足对生产过程进行实时控制的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法及其系统，它可以实现大块矿石的全额、快速和准确检测，同时可以降低检测成本。

本发明利用γ射线照射矿石，测量因电子对湮没和COMPTON效应而产生的γ谱线，从而求出铁矿石的品位值(铁在矿石中的质量百分比)，具体方案如下：

(1)将放射源与探测器置于被测矿石的同一侧，放射源与探测器的安装应保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°，探测器的温度范围控制在40～60℃；

(2)放射源以能量大于1.022Mev的γ射线照射矿石，生成湮没辐射光子和散射光子，这些射线被探测器接收；

(3)探测器将获取的射线信号经前置放大后，送往工业控制计算机进行数据处理，在经过稳峰的γ谱线上选取两个分别对应COMPTON散射射线能量和湮没辐射射线能量的敏感区S1和S2，根据下式求出矿石中铁的品位值P：

P＝A·K²+B·K+C          (a)

上式中：

K＝S2/S1

S1-COMPTON散射敏感区面积；

S2-湮没辐射敏感区面积；

A，B，C-待定系数，对已知品位的矿石进行测量，用最小二乘法拟合式(a)，可求得A，B，C。

其检测系统，包括放射源、探测器、标定装置、智能测控仪和工业控制计算机，放射源、探测器、标定装置分别与智能测控仪连接，智能测控仪与工业控制计算机相连接，放射源和探测器设在一个框架上，框架上设有两个凹槽，一个凹槽内放置受屏蔽的放射源，另一个凹槽内放置受屏蔽的探测器，放射源与探测器的轴线在同一水平线上，放射源与探测器的接收端相对，中间设置有贫铀隔断，放射源和探测器的上方设有开口，贫铀隔断与放射源的屏蔽之间设有一个小于60°的开口，探测器的接收端外侧的屏蔽也有一个大于90°的开口，保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°，探测器中包括加热器和温度检测控制器件，以保证探测器温度恒定在40～60℃；智能测控仪包括89c252单片处理芯片、多道能谱分析电路、操作键盘和数码显示器，可实现自动稳峰以及多道γ能谱的数据采集。所述的放射源的屏蔽采用贫铀和铅组合屏蔽的方式，贫铀设置铅屏蔽的内部。放射源采用²²⁶Ra，活度范围为1.5～5×10⁹Bq；所述的探测器是采用大体积NaI晶体、光电倍增管、前置放大器和高压产生器构成的闪烁探测器，NaI晶体的尺寸范围是φ100×100～φ200×200mm。所述的标定装置包括标定皮带和驱动电机，驱动电机与智能测控仪连接，驱动电机可带动标定皮带往返匀速移动。

本发明的效果在于：本发明可用于金属矿山、采矿厂、选矿厂和港口，在矿石输送过程中对矿石品位进行在线检测，也可直接用于大块矿石品位的快速分析，尤其是对于皮带输送的矿石进行在线品位检测。相对于现有的技术，本发明使得矿石品位检测的效率提高，成本降低，同时操作方便，而且可以实现实时在线。测量品位误差小于0.4％，在矿石粒度小于150mm时，品位测量不受矿石粒度变化的影响。

附图说明

本发明具有两个附图：

图1为电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测系统的结构示意图。

图2为智能测控仪与其它装置的连接框图。

图中1.被测矿石；2.输送皮带；3.铅屏蔽；4.贫铀；5.钨或贫轴；6.放射源；7.探测器；8.返回皮带；9.标定皮带；10.智能测控仪；11.工业控制计算机。

具体实施方式

电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测系统的结构示意图，如图1所示。所述的放射源采用的是活度为1.85GBq的²²⁶Ra，探测器采用的是φ100×100mm的NaI晶体、光电倍增管、前置放大器和高压产生器构成的闪烁探测器。

放射源6和探测器7设在一个上方敞口并设有两个凹槽的框架内，一个凹槽内放置受屏蔽的放射源6，另一个凹槽内放置受屏蔽的探测器7，放射源6与探测器7的轴线在同一水平线上，放射源6与探测器7的接收端相对，中间设置有隔断贫铀4，放射源6和探测器7的上方设有开口，隔断贫铀4与放射源6的屏蔽之间设有一个小于60°的开口，探测器7的接收端外侧的屏蔽也有一个大于90°的开口，保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°。探测器7中包括加热器和温度检测控制器件，以保证探测器7温度恒定在40～60℃。放射源6由外至内起辐射屏蔽作用的依次是铅屏蔽3、贫铀4和钨或贫铀，放射源6的屏蔽采用贫铀和铅组合屏蔽的方式，贫铀设置铅屏蔽的内部；探测器7采用铅屏蔽。结合如图2所示，智能测控仪10与放射源6、探测器7、标定装置及工业控制计算机11分别连接，装有放射源6和探测器7的框架安装在的一个测量小车上，由智能测控仪10控制其运行；标定装置，包括标定皮带(9)和驱动电机，驱动电机可带动标定皮带(9)往返匀速移动。

本发明电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测的一种具体实施方法如下：

(1)在选矿厂对进厂矿石品位进行检测时，将检测系统中的探测装置安装在一个测量小车上，并放置在矿石输送皮带2的正下方，测量小车由智能测控仪10控制运行。

(2)放射源6以能量大于1.022Mev的γ射线照射输送皮带2上的被测矿石1，生成湮没辐射光子和散射光子，这些射线被探测器7接收。

当能量大于1.022Mev的γ射线照射矿石时，会发生电子对效应，产生一对正、负电子。产生的正电子是极不稳定的，它很快就会和另一个负电子发生湮没辐射，生成两个能量为0.511MeV的γ光子。铁元素发生湮没辐射的概率远大于矿石中其他元素，所以测量到的湮没辐射光子的强度和铁元素的含量有关。同时，γ射线照射到矿石上会产生COMPTON散射效应，探测到的散射γ能谱和单位体积内矿石的总质量有关。

(3)探测器7将获取的射线信号经前置放大后，送往智能测控仪10和工业控制计算机11进行数据处理，并对工业控制计算机11上得到的γ谱线进行稳峰控制，其自动稳峰方案是：

测量到的γ谱线的特征峰作为稳峰基准，将峰分为上下两部分，并以该上下两部分的面积(计数率)的比值——“计数比”作为条件，当探测器的增益发生漂移时，计数比发生变化，此时由智能测控仪10控制，改变供给探测器光电倍增管的高压值，从而使增益变化，对漂移进行补偿，即：将计数比恢复到原有值，实现自动稳峰。整个稳峰过程由智能测控仪10实现软件PID调节和多信息智能控制，实现电路的高稳定性和高可靠性。用微处理机对测到的能谱曲线进行分析、处理、控制，可杜绝目前稳峰技术常出现的跑峰和死峰现象。

由工业控制计算机11在γ谱线上选取两个分别对应COMPTON散射射线能量和湮没辐射射线能量的敏感区S1和S2，根据下式求出矿石中铁或其他重金属的品位值P：

P＝A·K²+B·K+C       (a)

上式中：

K＝S2/S1

S1-COMPTON散射敏感区面积；

S2-湮没辐射敏感区面积；

A，B，C-待定系数，对已知品位的矿石进行测量，用最小二乘法拟合式(a)，可求得A，B，C。

放射源的屏蔽体内部采用贫铀芯体，可以在保证屏蔽效果的前提下大大降低屏蔽体的体积和重量，且不会增加很多成本。放射源和探测器之间的贫铀块用于在保证屏蔽效果的前提下，减小探测器探测到的COMPTON散射γ射线的夹角，从而降低探测到的散射γ射线的能量，减少散射γ射线对湮没辐射光子的干扰。

图1中的返回皮带8与输送皮带2是同一条皮带，标定装置中的标定皮带9在标定时使用。系统中的标定装置包括标定皮带9和驱动电机，当测量装置需要标定时，智能测控仪10控制测量小车将测量装置移动至放有已知品位矿石样品的标定装置下方，然后智能测控仪10控制驱动电机带动标定皮带9做往返匀速运动，探测装置通过对矿石样品的测量进行标定和校准。

智能测控仪10采用89c252单片处理芯片，16位数字显示，20个按键，多道能谱分析电路，8路A/D，8路D/A，8路开关输入，8路开关输出，其主要功能是实现自动稳峰、实现多道γ能谱的数据采集，同时还能控制驱动电机实现仪表的测量、校准、标定、保护等。智能测控仪10带有操作键盘和数码显示器，可独立进行操作和编程。

工业控制计算机11采用Pentium 166型CPU、ZH主频166MHz、20G硬盘、64M内存。可实现对智能测控仪的远距离操作，并对现场采来的数据进行处理，求得矿石品位值。可以显示分析结果、能谱曲线、各部分电路的工作状态，进行故障自诊断，输出各种控制信号，如输出品位信号和各种报警信号。

当矿石粒度小于150mm，品位范围在15～66％之间时，测量品位误差小于0.4％。仪表能对输送过程的矿石全部进行检测，每10分钟记录并保存一次品位的平均值。

Claims (7)

1.一种电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法，其特征在于：

(1)将放射源与探测器置于被测矿石的同一侧，放射源与探测器的安装应保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°，探测器的温度范围控制在40～60℃；

(2)放射源以能量大于1.022Mev的γ射线照射矿石，生成湮没辐射光子和散射光子，这些射线被探测器接收；

(3)探测器将获取的射线信号经前置放大后，送往工业控制计算机进行数据处理，在经过稳峰的γ谱线上选取两个分别对应COMPTON散射射线能量和湮没辐射射线能量的敏感区S1和S2，根据下式求出矿石中铁的品位值P：

P＝A·K²+B·K+C         (a)

上式中：

K＝S2/S1

S1-COMPTON散射敏感区面积；

S2—湮没辐射敏感区面积；

A，B，C—待定系数，对已知品位的矿石进行测量，用最小二乘法拟合式(a)，可求得A，B，C。

2.如权利要求1所述的电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测方法，其特征在于：在测量过程中，用测到的γ谱线特征峰作为基准，将峰分为上下两部分，并以该上下两部分面积的比值作为稳定条件，当探测器增益发生漂移时，造成面积的比值发生变化，此时通过改变供给探测器光电倍增管的高压值，从而使增益变化，对漂移进行补偿，实现稳峰。

3.一种电子对湮没辐射效应大块矿石品位在线检测系统，包括放射源(6)、探测器(7)、标定装置、智能测控仪(10)与工业控制计算机(11)，放射源(6)、探测器(7)和标定装置分别与智能测控仪(10)连接，智能测控仪(10)与工业控制计算机(11)连接，其特征在于：放射源(6)和探测器(7)设在一个框架上，放射源(6)和探测器(7)的上方均设有开口，放射源(6)与探测器(7)的轴线在同一水平线上，放射源(6)与探测器(7)的接收端相对，放射源(6)与探测器(7)中间设有贫铀隔断(4)，贫铀隔断(4)与放射源(6)的屏蔽之间设有一个小于60°的开口，探测器(7)的接收端外侧的屏蔽也有一个大于90°的开口，保证放射源发出的光子束与探测器接收的光子束之间的夹角＜60°，探测器(7)中包括加热器和温度检测控制器件，以保证探测器温度恒定在40～60℃；智能测控仪(10)包括89c252单片处理芯片、多道能谱分析电路、操作键盘和数码显示器，可实现自动稳峰以及多道γ能谱的数据采集。

4.如权利要求3所述的检测系统，其特征在于：框架上设有两个凹槽，一个凹槽内放置受屏蔽的放射源(6)，另一个凹槽内放置受屏蔽的探测器(7)。

5.如权利要求3或4所述的检测系统，其特征在于：所述的放射源(6)的屏蔽采用贫铀和铅组合屏蔽的方式，贫铀设置铅屏蔽的内部。

6.如权利要求3或4所述的检测系统，其特征在于：所述的放射源(6)采用²²⁶Ra，活度范围为1.5～5×10⁹Bq；所述的探测器(7)是采用大体积NaI晶体、光电倍增管、前置放大器和高压产生器构成的闪烁探测器，NaI晶体的尺寸范围是φ100×100～φ200×200mm。

7.如权利要求6所述的检测系统，其特征在于：所述的标定装置包括标定皮带(9)和驱动电机，通过智能测控仪(10)控制驱动电机，可带动标定皮带(9)往返匀速移动。

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