CS197693B1

CS197693B1 - Device for radiometric determination of the non-homogeneity in the composition of materials

Info

Publication number: CS197693B1
Application number: CS742477A
Authority: CS
Inventors: Petr Kubicek
Original assignee: Petr Kubicek
Priority date: 1977-11-12
Filing date: 1977-11-12
Publication date: 1980-05-30

Description

(54) Zařízení k radiometrickému stanovování nehomogennosti ve složení materiálů(54) Equipment for radiometric determination of inhomogeneity in the composition of materials

Vynález se týká zařízení k radiometrickému stanovování rozdílnosti ve složení jednostranně přístupných materiálů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for radiometric determination of differences in the composition of materials that are accessible from one side.

Při dobývání nerostných surovin se uplatňují pro řízení dobývacích strojů čidla, která identifikují případné nehomogenity, například pyritické a sferoidické vměstky, v uhlí, sledují průběh stropu a počvy v porubu, například čidlo rozlišující uhlí a kámen, přechod uhelné vrstvy a kamenného stropu nebo počvy, se signálem závislým na tloušťce uhelné vrstvy. Jsou známa čidla využívající ultrazvuku, změn elektrické vodivosti, a dále radiometrická čidla. U radiometrických čidel se využívá zpětného rozptylu záření gama, jako primárního svazku se používá zdroje záření gama o energii 0,6 až 1,3 MeV. obvykle ¹³⁷Cs nebo ^Co. Nevýhodou radiometrických čidel pracujících na tomto principu je jejich omezená použitelnost převážně v případech, kdy vzdálenost povrchu od zářiče a detektoru je konstantní, tvar povrchu materiálu se podstatně nemění a nepůsobí další rušivé faktory.In the extraction of minerals, sensors are used to control mining machines that identify potential inhomogeneities, such as pyritic and spheroid inclusions, in coal, monitor ceiling progression and face conditions, e.g. with a signal dependent on the thickness of the coal layer. Sensors using ultrasound, electrical conductivity changes, and radiometric sensors are known. For radiometric sensors, gamma backscattering is used; gamma radiation sources with energy of 0.6 to 1.3 MeV are used as primary beam. usually ¹³⁷ Cs or ^ Co. The disadvantage of radiometric sensors working on this principle is their limited applicability mainly in cases where the distance of the surface from the emitter and the detector is constant, the shape of the surface of the material does not change significantly and does not cause other disturbing factors.

Uvedený nedostatek stávajícího stavu techniky odstraňuje vynález, který si klade za úkol umožnit stanovování nehomogennosti v materiálech přístupných z jedné strany radiometrickou metodou v případě, že nehomogenity jsou umístěny v blízkosti povrchů základního materiálu. Předmětem vynálezu je zařízení k radiometrickému stanovování nehomogennosti ve složení materiálů přístupných z jedné strany, obsahující zdroj záření gama, umístěný v kolimátoru, na jehož straně přivrácené ke zjišťovanému materiálu je uspořádán nejméně jeden detektor a obsahující dále radiometrickou aparaturu a vyhodnocovací obvod. Podstatou vynálezu je, že zdroj záření gama je tvořen zářiči s gama kvanty o nízké a vysoké energii.This shortcoming of the prior art removes the invention which aims to allow the determination of inhomogeneity in materials accessible from one side by the radiometric method when the inhomogeneities are located near the surfaces of the base material. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an apparatus for radiometrically determining inhomogeneity in a composition of materials accessible from one side, comprising a gamma radiation source disposed in a collimator, at least one detector disposed on the side facing the material to be investigated. It is an object of the invention that the gamma radiation source consists of low and high energy gamma emitters.

Zařízení k radiometrickému stanovování nehomogennosti ve složení materiálů podle vynálezu dovoluje rozlišit nehomogenity v materiálu i pod jeho povrchem. Působnost zařízení podle vynálezu je ďána především rozdílností chemického složení a rozdílem měrných hmotností základního materiálu a nehomogenity. Podle těchto parametrů se provede výběr zdrojů záření. Výsledný signál nezávisí v určitém intervalu na vzdálenosti detektoru a zářiče od povrchu materiálu a je jen málo ovlivněn tvarem povrchu materiálu.The device for radiometric determination of inhomogeneities in the composition of materials according to the invention makes it possible to distinguish inhomogeneities in the material and under its surface. The operation of the device according to the invention is mainly due to the difference in chemical composition and the difference in density of the base material and inhomogeneity. The radiation sources are selected according to these parameters. The resulting signal does not depend at a certain interval on the distance of the detector and the emitter from the surface of the material and is little influenced by the shape of the surface of the material.

Podle vynálezu obsahuje zařízení zářič nebo dva zářiče, umístěné v kolimátoru a ^vyzařující gama kvanta o nízké a vysoké energii. Kolimovaný svazek záření dopadá na materiál a fotony o vysoké energii interakují s materiálem převážně v důsledku Comptonova jevu. U gama kvant o nízké energii se uplatňuje vedle Comptonova jevu ještě fotoefekt a Rayleighův koherentní rozptyl. Je-li v materiálu obsažena ne197693 homogenita charakterizovaná vyššími atomovými čísly a vyšší měrnou hmotností, poroste v určitém intervalu těchto parametrů .zpětně rozptýlený proud gama . kvant o vyšší energii a proud zpětně rozptýlených gama kvant o nízké energii poklesne. Fotony jsou registrovány jedním detektorem nebo systémem detektorů, umístěných na straně kolimátoru a odstíněných od přímého svazku záření. Lze použít detektory, které jsou schopny určit i energii záření, například scintilační, nebo detektory, kterými lze zjistit jen hustotu proudu fotonů, například Geiger-Miillerovy detektory. V prvním případě postačí jeden detektor, vyhodnocení signálu z detektoru se uskuteční spektrometricky, a to v nízkoenergetickém kanálu amplitudového analyzátoru, tvořeného diskriminátory a antikoincidenčním obvodem, a vysokoenergetický kanál může být nahrazen integrálním měřením s nastavitelnou dolní diskriminační úrovní. Výstupy z těchto kanálů jsou vedeny na dva měřiče četnosti impulsů a odtud do vyhodnocovacího členu, kde po odečtení určitých napětí, odpovídajících například pozadí detektoru, se oba signály podělí. V druhépt případě je nutno použít nejméně dva detektory; před jedním z nich je předřazeno stínění, které absorbuje zpětně rozptýlené fotony o nízké energii. Zesílené signály z obou detektorů se opět vedou k dvěma měřičům četnosti impulsů a dále do vyhodnocovacího členu, který realizuje jejich odečtení a dělení.According to the invention, the device comprises an emitter or two emitters located in the collimator and emitting low and high energy gamma quanta. The collimated radiation beam strikes the material and high energy photons interact with the material mainly due to the Compton effect. For low energy gamma quantum, photoeffect and Rayleigh coherent scattering are applied in addition to the Compton effect. If there is non-homogeneity in the material characterized by higher atomic numbers and higher specific gravity, the backscattered gamma current will grow within a certain interval of these parameters. a higher energy quantum and a low energy backscattered gamma current drop. Photons are registered by a single detector or detector system located on the collimator side and shielded from a direct beam. Detectors that are capable of detecting radiation energy, such as scintillation detectors, or detectors that can only detect the current density of photons, such as Geiger-Miiller detectors, can be used. In the first case, one detector is sufficient, the signal from the detector is evaluated spectrometrically, in the low-energy channel of the amplitude analyzer formed by the discriminators and the anticoincidence circuit, and the high-energy channel can be replaced by integral measurement with adjustable lower discriminatory level. Outputs from these channels are routed to two pulse rate meters and from there to an evaluation element, where, after subtracting certain voltages corresponding, for example, to the background of the detector, the two signals are divided. In the latter case, at least two detectors shall be used; one of them is preceded by a shield that absorbs low energy backscattered photons. The amplified signals from both detectors are led again to two pulse rate meters and further to an evaluation element, which realizes their reading and division.

Příklad provedení zařízení k radiometrickému stanovování nehomogennosti ve složení materiálů je schematicky znázorněn na připojeném výkresu, kde je částečně v podélném řezu a částečně v blokovém uspořádání nakresleno zařízeni s dvojicí scintilačních detektorů a s jedním zářičem s gama kvanty o vysoké a nízké energii, opatřené vyhodnocovacím obvodem.An exemplary embodiment of a radiometric inhomogeneity determination device in the composition of materials is schematically shown in the accompanying drawing, where a device with a pair of scintillation detectors and a single emitter with high and low energy gamma quantum, provided with an evaluation circuit, is partially shown in longitudinal section and partly in block configuration.

Zařízení podle příkladu provedení obsahuje zářič 1 s gama kvanty o nízké a vysoké energii, umístěný v kolimátoru 2, na jehož straně přivrácené ke zjišťovanému materiálu 4 s nehomogenitou 5 je uspořádána dvojice scintilačních detektorů 3. Signály vedené ze scintilačních detektorů 3 přes zesilovač 7 přicházejí do diskriminátorů 8, odtud do antikoincidenčního obvodu 9, do měřičů 10 četnosti impulsů a do vyhod-The device according to the embodiment comprises a low and high energy gamma quartz emitter 1 located in the collimator 2, on whose side facing the material to be detected 4 with inhomogeneity 5 a pair of scintillation detectors 3 are arranged. discriminators 8, from there to anticoincidence circuit 9, to pulse rate meters 10 and

Claims

SUBJECT

A device for radiometrically determining inhomogeneity in the composition of materials accessible from one side, comprising a gamma radiation source located in the collimator 11, and a nocturnal circuit 11 is arranged on the side facing the material to be investigated, where the signal is divided into two.

Alternatively, in a device according to the invention, one of the Geiger-Muller-type detectors 3 may be preceded by a shield for filtering the low-energy radiation beam. In this case, the evaluation of the signals from the detectors 3 can be conducted to the amplifiers 7, from there to the pulse rate meters 10 and to the evaluation circuit 11, where the two signals are read and divided.

Thus, in a radiometric inhomogeneity determination device in the composition of materials accessible from one side of the invention, a single emitter 1 or two or more of these low and high energy gamma emitters 1 may be installed.

The apparatus according to the invention was used to determine a stone with a specific gravity of 2 g / cm ³ in a lignite layer with a specific gravity of 1.2 g / cm ^3, and using a scintillation detector, a stone was identified under a layer of coal with a maximum thickness of 12 cm. The size of the face of the stone to be examined was about 25 x 25 cm. This dimension may also be smaller depending on the diameter and length of the collimation opening. ²⁴¹ Am with 60 keV energy was used as low-energy gamma radiation source and ¹³⁷ Cs with 662 keV energy as high-energy source. For activities of 10 ¹⁰ Bq to 2.10 ¹⁰ Bq for ^M1 Am and 5.10® Bq to 10 ¹⁰ Bq for ¹³⁷ Cs, the distance of the detectors from the surface of the detected base material could be between 40 and 100 cm. The diameter and length of the collimation hole were 1 cm and 10 cm. Output signal sizes for coal and stone walls varied by about 70%.

In the latter case, gamma ® ° Co radiation of 1.17 MeV and 1.33 MeV was used as the high-energy source, and the low-energy source was again ²⁴¹ Am. The other parameters were the same as in the first example. The output signals for the coal and stone walls varied by about 60%, while the coal layer below which the stone could still be identified was increased by 10 to 15%.

The device for radiometric inhomogeneity in the composition of materials according to the invention can also be used to monitor changes in the chemical composition of a material on conveyors when the effective atomic number of the material changes and its height varies randomly.

INVENTION at least one detector and further comprising a radiometric apparatus and an evaluation circuit, characterized in that the gamma radiation source is formed by emitters (1) with low and high energy gamma quanta.