DD212108A1

DD212108A1 - Vorrichtung zur schichtdickenunabhaengigen radiometrischen gehaltsbestimmung an schuettguetern

Info

Publication number: DD212108A1
Application number: DD24560382A
Authority: DD
Inventors: Hans-Wolf Thuemmel
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1982-12-06
Filing date: 1982-12-06
Publication date: 1984-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur radiometrischen schichtdickenunabhaengigen Gehaltsbestimmung an Schuettguetern, insbesondere zur Aschegehaltsbestimmung von Braunkohle auf Transportbaendern, auf der Basis der Vorwaertstreuung und der Transmission von Gammastrahlung. Die Vorrichtung besteht aus nur einer Strahlenquelle, die jedoch zwei verschiedene Gammaenergien emittieren muss, einem energieproportionalen Detektor und den erforderlichen Versorgungs- und Signalverarbeitungseinrichtungen und ist dadurch charakterisiert, dass ein entsprechend dimensionierter Absorber vor dem Detektor garantiert, dass die fuer die Vorwaertsstreuung eingesetzte energieaermere Gammastrahlung weitestgehend, die fuer die Transmissionsdickenmessung benutzte energiereichere Gammastrahlung moeglichst wenig absorbiert wird.

Description

Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen radiornetrischen Ge-

haltsbestimmung an Schüttgütern _ι

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Torrichtung zur radiometrischen schichtdickenunabhängigsn Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern mit großem Gehaltsbereich, insbesondere zur schichtdickenunahhängigen Aschegehaltsbestinunung von Braunkohlen, auf der Basis der Vorwärtsstreuung und der Transmission von Gammastrahlung* ·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, sowohl die Transmission als auch die Vörwärtsstreuung von Gammastrahlung für GehaltgbeStimmungen an Schüttgütern zu nutzen.

Da bei der Gehaltsbestimmung an Schüttgütern mittels Gamma-Transmission eine starke Plächenmasseabhängigkeit auftritt, wurde vorgeschlagen, zwei Gamma-Transmissions-Meßstrecken mit den Energien E. und E₂ (E* < E₂) zu kombinieren. Dabei ist es auch möglich, beide Strahlungsenergien nur mit einer Sonde zu detektieren, die Signale elektronisch wieder zu trennen und anschließend zu verknüpfen., Wegen der starken Dickenabhängigkeit der Gehaltsmeßstrecke (Gammastrahlungsenergie E.) ist jedoch eine hohe Meßgenauigkeit einzuhalten, so daß lange Meßzeiten für die Dickenmessung (Gammastrahlungsenergie Ep) erforderlich sind.

Die Zählrate bei der Vorwärtsstreuung von Gammastrahlung ist

wenig dickenabhängig, es bleibt jedoch eine Dickenabhängigkeit der Meßempfindlichkeit bestehen, die durch Einsatz einer zweiten Meßstrecke zu berücksichtigen ist,

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die radiometrische dickenunabhängige Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen., die auf der Grundlage der Vorwärtsstreuung und der Transmission von Gammastrahlung die dickenunabhängige Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern besteht aus einer Strahlenquelle, e^sinem energieproportionalen Detektor, einem Absorber und den erforderlichen Yersorgungs- und Meßeinrichtungen und ist dadurch charakterisiert, daß die Strahlenquelle zwei verschiedene' Gammaenergien E₁ und E„ emittiert, wobei die energiereichere E_p für eine Transmissionsdickenmessung eingesetzt wird, und das Material und die Dicke des Absorbers so gewählt 'sind, daß die energieärmere Gammastrahlung weitestgehend absorbiert, die energiereichere dagegen möglichst wenig geschwächt wird.

Als Strahlenquelle wird entweder ein einziges Hadionuklid, das zwei geeignete Gammaenergien emittiert, oder eine Eiischung von zwei Radionukliden mit jeweils einer geeigneten Gammaenergie bzw. zwei Strahlungsquellen mit je ein Hadionuklid in einem gemeinsamen Kollimator eingesetzt. Die Gammaenergien sind bekanntlich so zu wählen, daß bei der Vorwärtsstreuung der Massenschwächungskoeffizient des Meßgutes von seiner Zusammensetzung abhängt (d. h. also, energiearme Strahlung), während bei der Transmissionsdickenmeßstrecke die Energie so hoch sein soll, daß die Dickenempfindlichkeit nicht von der Zusammen-

aetzung des Materialstromes abhängt (d. h., der Massenschwächungskoeffizient nicht von der Kernladungszahl äohängt). Im ersteren Falle bedeutet das Energien unterhalb von 300 keV, im zweiten Falle Energien oberhalb 300 keV. Im Falle der Kohle haben sich z, B. die Energien von 60 keV (Am-241) und 660 ke? (Gs-137) bewährt,

Flächenmasse _jx und Kernladungszahl Z eines Einschichtabsorbers sind für zwei gegebene Primärenergien E..und E_? (wobei Ep> E.) so zu wählen, daß die Ungleichung

A B

μ (E₁, Z) μ (E₂, Z)

erfüllt ist. Es bedeuten μ (Ξ., Z) und μ (Ep, Z) die Massenschwächungskoeffizienten des Absorbers mit der Kernladungszahl Z für die beiden Energien E. und Ep, die aus Tabellenwerten entnommen werden können, A 'und B sind Konstanten, die im Bereich von 3<A <8 bzw. 0,1 < B <2 'liegen.

Der Absorber sollte aus einem Material bestehen, dessen Kernladungszahl im Bereich zwischen 30 und 92 liegt. Gut eignen sich z. 3. Blei oder Zinn, Beim Einfall der Gammastrahlung entstehen im Absorber Röntgenstrahlen (im Falle des Zinns z. B, mit einer Energie von 26.keY)» Diese Röntgenstrahlen können durch Anwendung einer Diskriminatorschwelle unterdrückt v/erden. Ea ist jedoch auch möglich, den Absorber aus mehreren Schichten aufzubauen ("Sandwichtarget'⁵), und zwar derart, daß die in den der Gamrnastrahlenquelle zugewandten Schichten entstehende Röntgenstrahlung in den auf der Seite des Detektors angeordneter. Schichten bereits im Absorber wieder absorbiert werden. Dabei darf die Gesamtdicke (Flächenmasse) des Absorbers den Wert nicht übersteigen, der zwar eine vollständige Absorption der energieärmeren Gammastrahlung garantiert, aber noch keine wesentliche Schwächung der energiereicheren. Während, wie -bereits erwähnt, Blei und Zinn sich als Materialien für die Schichten auf der Seite der Strahlenquelle eignen, bieten sich Kupfer und Aluminium als überzüge für die Absorption der Röntgenstrahlung auf der Seite zum Detektor hin an.

ά.

Als Detektor wird ein energieproportionaler Detektor verwendet, z. B. ein Szintillationsdetektor mit HaJ- oder CsJ-Kristall oder ein ungekühlter Halbleiterdetektor (ζ. Β. HgJ₂ oder CdTe),

Um die Signale für die Vorwärtsstreuung und die Transmission zu trennen, kann z. B, die energiearmere (gestreute) Gammastrahlung mit einem Einkanalanalysator aus dem Gesamtspektrum abgetrennt v/erden, während die hochenergetische (nicht gestreute) Gammastrahlung für die Dickenmessung durch einen Diskriminator, dessen Schwelle oberhalb der oberen Schwelle des Einkanalanalvsators liegt, ausgesondert werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit nur einer Vorrichtung dickenunabhängige Gehaltsbestimmungen an Schüttgütern auf Transportbändern durchgeführt werden können. Es ist also möglich, die Ergebnisse der- Vorwärtsstreuung zur Gehaltsbestimmung durch die Ergebnisse der Transmission bezüglich Dicke zu korrigieren.

Au sführungsbe i spie1

Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung besteht aus einer Strahlenquelle 1, einem Absorber 5, einem- Detektor 4? einem Verstärker 6, zwei Einkanalanalysatoren 7 und 10, zwei Zählern 8 und 11, einem Rechner 9 und einer Ausgabeeinheit 12.

Die Strahlenquelle 1 stellt eine Kombination mit den Eukliden Am-241 (S₁ = 60 keV) und Cs-I37 (S₂ = 660 keV) in einer entsprechenden Abschirmung mit Kollimator dar. Als Detektor 4 ist eine Szintillationsmeßsonde mit HaJ-Kristall eingesetzt. Sr ist mit dem Verstärker 6 verbunden, an den sich die beiden Einkanalanalysatoren 7 und 10 anschließen. Die Einkanalanaiysatoren 7 und 10 sind ,jeweils mit einem Zähler 8 bzw. 11 verbunden, die ihrerseits mit dem Rechner 9 gekoppelt sind. Dicke und Material des vor dem Detektor 4 angeordneten Absorbers 5 werden gemäß der 'Ungleichung (1) gewählt.

Mit der beschriebenen Vorrichtung soll der Aachegehalt von Rohbraunkohle auf einem Transportband bei schwankender Schichthöhe bestimmt v/erden. Dazu wird die Strahlenquelle 1 unterhalb des Transportbandes 2, der Detektor 4 mit dem Absorber 5 dagegen oberhalb der Kohleschicht 3 (Schütthöhe <30 cm) installiert. Die Abstände der Strahlenquelle.1, des Absorbers 5 und des Detektors 4 vom Transportband 2, der Durchmesser des Absorbers 5 und der Öffnungswinkel des 60 keY-Primärstrahlenbündels werden so abgeglichen (letzterer mit Hilfe des Kollimators), daß die Vorwärtsstreumeßstrecke im Bereich minimaler Schichtdickenabhängigkeit für eine gegebene mittlere Schichtdicke χ und einen mittleren Aschegehalt arbeitet. Für die genannten Bedingungen ergeben sich für Blei als Absorbermaterial folgende Werte;

ρ ?

S₁ = 60 keV A = 5 Ja^ = 3,5 cm7g : Js = -1,5 g/cm

= 660 keV B = 0,22 (d. h. 25 % zulässige Strahlungsschwächung)

2 2

= 0,1 coi /g : Jx = 2 g/cm

Die .Ungleichung '(1) ist somit- erfüllt. Die beschriebene Vorrichtung arbeitet v/ie folgt: Der Detektor mißt die Strahlungen mit den Energien S. und S₂ simultan, so daß am Ausgang des Verstärkers 6 ein Überlagerungsspektrum vorliegt. Mit den beiden Einkanalanalysatoren 7 und 10 werden die beiden Signale getrennt und je einem Zähler 8 bzw. 11 zugeführt, Aus den Zählergebnissen berechnet der Mikrorechner 9 nach einer vorgegebenen Kalibrierungsfujaktion den Aschegehalt der Kohle. Dieser Wert wird durch die Ausgabeeinheit 12 angezeigt . Die Kalibrierungsfimktion wird durch Anpassung eines Ansatzes an die Meß- und Analysenwerte eines repräsentativen Satzes von Proben gewonnen.

Claims

6 Erf indungsansp ruch

1. Vorrichtung zur schichtdickenunabhängigen Gehaltsbesfimmung an Schüttgütern auf Transportbändern, bestehend aus der Kombination einer Gammavorwärtsstreumeßstrecke und einer Gammatransmissionsmeßstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Strahlenquelle und ein energieproportionaler Detektor in Verbindung mit einem Absorber eingesetzt ist, wobei die Strahlenquelle zwei verschiedene. Gammaenergien emittiert, während Material und Dicke des Absorbers so gewählt sind, daß die energieärmere Gammastrahlung weitestgehend, die energiereichere möglichst wenig absorbiert wird,

2. Vorrichtung nach ?unkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlenquelle eine Kombination mit den Radionukliden Arn-241 und Cs-137 eingesetzt ist.

3. Vorrichtung nach ^: Punkt !,.dadurch gekennzeichnet, daß Flächenmasse Qx und Kernladungszahl Z des Absorbers so gewählt werden, daß die Ungleichung

A B

/λ (S₁., Z) ^J μ (S₂,. Z)

mit den Massensehwächungskceffizienten des Absorbers, für die beiden Energien E.. und Ep (Ep 5» Ξ.) und den Ko stanten A (3<A<8) und B (0,1<B<2) erfüllt ist.

4. Vorrichtung nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber aus Schichten unterschiedlichen Materials aufgebaut ist.

5, Vorrichtung nach Punkt 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber aus Blei oder Zinn und Kupfer oder Aluminium besteht, wobei die Schicht aus Kupfer bzw. Aluminium in Richtung Detektor angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektor ein Szintillationsdetektor mit UaJ- oder CsJ-Kristall oder ein ungekühlter Halbleiterdetektor, vorzugsweise aus HgJ₂ oder CdTe, eingesetzt ist.

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