DD217029A1 - Messanordnung zur radiometrischen gehaltsbestimmung in nichtsaettigungsdicken schichten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur radiometrischen Gehaltsbestimmung an Schuettguetern auf Transportbaendern, insbesondere zur Aschegehaltsbestimmung an Kohle, mittels Rueckstreuung von Gammastrahlung, wobei die Beladungshoehe kleiner als die Saettigungsrueckstreudicke ist. Eine Strahlungsquelle wird mit zwei Detektoren kombiniert, wobei die Detektoren in unterschiedlichen Abstaenden zur Strahlungsquelle angeordnet sind. Waehrend die eine Messstrecke ein stark von der Zusammensetzung abhaengiges Signal liefert, dient die zweite Messstrecke der Eliminierung der Schichtdickenabhaengigkeit des Signals der ersten Messstrecke.

Description

Meßanordnung zur radiometrischen Gehaltsbestimmung in nichtsättigungsdioken Schichten :

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur radiometrischen Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern, insbesondere zur Aschegehaltsbestimmung an Kohle, unter Anwendung der Rückstreuung von Gammastrahlung, wobei die Beladungshöhe kleiner als die Sättigungsrückstreudicke ist· - ., '

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei radiometrischen Gehaltsbestimmungen an Schüttgütern ist der Einfluß der Schichtdicke auszuschalten oder zu korrigieren. Eine Möglichkeit besteht darin, Sättigungsrückstreuschichtdicken x_s zu garantieren. Dafür sind in der Regel spezielle Meßgutdarbietungseinrichtungen erforderlich, die oft nur unter Nebenstrombedingungen realisierbar sind· Eine andere Möglichkeit ist die Kombination von zwei Transmissionsmeßstrekken, wobei die eine zur Gehaltsbestimmung und die andere zur 'Dickenkoinpensation eingesetzt wird· Dabei muß jedoch entweder die Strahlungsquelle oder der Detektor über der Sohüttgutschicht angeordnet werden, wodurch die Gefahr ihrer Zerstörung bei schwankender Schüttgutschicht gegeben ist (DD-WP 39 674; DE-OS 26 48 434).

Bekannt sind auch Rückstreumessungen an einem Schüttgutstrom, bei denen Strahlungsquelle und Detektor auf einem Sohlitten montiert sind, der sich direkt auf dem Meßgutstrom bewegt. Solche Messungen sind aber nur bei relativ feinkörnigem Meßgut und

relativ langsam laufendem Transportband anwendbar.

Aus den Messungen, der Boaendichte sind- folgende Lösungsvarianten bekannt:

-Eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle und zwei Detektoren, wobei sich die Detektoren in unterschiedlichen Abständen von der Quelle befinden; zur Steigerung der Empfindlichkeit wird die Differenz; der Zählraten gebildet (Radioisotope 18 (1977) H, 6, 821);

- eine Anordnung mit einer bewegten Strahlungsquelle zur Veränderung des Abstandes zum Detektor (Nuol. Instr. Methods 2§ (1969) 150);

'- eine Anordnung mit einer Strahlungsquelle und zwei Detektoren für Rückstreumessungen mit Korrektur der Dehler infolge schwankender Zusammensetzung des Erdbodens (Nucl· Eng· Design 30,(1974) 126; ITuol. Instr. Methods 1,6 (1971) 408);

-eine Anordnung mit drei Detektoren, mit der sowohl Fehler durch schwankende Zusammensetzung des Erdbodens als auch durch

Oberflächenrauhigkeit eliminiert werden können (Nucl. Instr, Methods 26 (1971) 415).

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist die Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern unter Anwendung der Rückstreuung yon Gammastrahlung bei nichtsättigungsdicken Schichten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgäbe der Erfindung besteht darin, eine Gammarückstreu-MeßanOrdnung, zu schaffen, die ein schichtdickenkorrigiertes Signal für den Gehalt einer Komponente eines Zweikomponenten-3yztems liefert.

Die erfindungsgemäße Meßanordnung ist dadurch charakterisiert,

daß unterhalt» der Transportbänder eine Gammastrahlungsquelle und zwei Detektoren in unterschiedlichen Abständen zur Quelle installiert sind. Die Meßstrecke, deren Detektor in größerem Abstand von der Quelle angeordnet ist, liefert ein Signal mit starker Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Meßgutes, wenn für den Massenschwächungskoeffizienten bzw. die Dichte eine entsprechende Korrelation zum Gehalt der zu bestimmenden Komponente besteht· Die Meßempfindlichktit (relative Änderung : der Zählrate je Masseprozent Gehaltsänderung) steigt etwa proportional zum Abstand*a^ zwischen Strahlungsquelle und Detektor· Die zweite Meßstrecke, deren Detektor sich in der Bähe der Quelle befindet (die Mindestentfernung a₂ wird durch die für die .erforderliche Abschirmung des Detektors gegen die direkte Strahlung aus der Quelle benötigte Abschirmdicke bestimmt), dient der Eliminierung der Schichtdickenabhängigkeit der ersten Meßstrecke. Die von der zweiten Meßstrecke gelieferte Zählrate ist relativ wenig von der Zusammensetzung des streuenden Materials (Schüttgutes), aber stark von der Schichtdicke abhängig· Die Verknüpfung der Meßsignale der beiden Meßstrecken erfolgt vorteilhafterweise über eine Auswerteeinheit, z. B. einen Mikrorechner, über eine Elchfläche im allgemeinen zweiter Ordnung. Das Ergebnis ist dann praktisch dickenunabhängig bei nur wenig verringerter Empfindlichkeit gegenüber Konzentrationsänderungen·

Die Meßanordnung ist mit den verschiedensten Gammstrahlungsenergien anwendbar. Für Messungen an einem Transportband eignen sich als Strahlungsquellen besonders Am-241, Cs-137, Co-60 und Ba-137. Der Abstand der Detektoren von der Strahlungsquelle ist in Abhängigkeit von der Strahlungsenergie zu wählen. Bei Energien oberhalb 200 keV sollte der Abstand a^ des einen Detektors kleiner als 20 cm, der Abstand a^ des anderen Detektors dagegen größer als 20 om sein· Liegt die Energie unterhalb 200 keV, dann sind die entsprechenden Abstände kleiner bzw. größer als 10 cm. Als Detektoren können bekannte Detektoren eingesetzt werden {Szintillations-, Halbleiterdetektoren usw.).

Die Zählraten, die von den beiden Detektoren geliefert werden, sind aufgrund der sich mit dem Abstand von der Strahlungsquelle

verändernden Rückstreurate sehr unterschiedlich. Um eine gewisse Angleichung der beiden Zählraten zu erreichen, können verschiedene Mittel eingesetzt werden· Eine Möglichkeit besteht z. B_e darin, Detektoren mit unterschiedlichem Ansprechvermögen au verwenden: in der Nähe der Strahlungsquelle einen Detektor mit geringerem Ansprechvermögen (Szintillationsdetektor mit kleinem Kristalldurchmesser, Auslösezählrohre), im größeren Abstand zur Quelle einen Detektor mit höherem Ansprechvermögen (Szintillationsdetektor mit großem Kristalldurchmesser, mehrere Auslösezählröhre in Parallelschaltung). Die Zählrate des Detektors in der Fähe der Quelle kann aber auch mittels Absorber oder Blende herabgesetzt werden. .

Um die Dickenabhängigkeit der zweiten Meßstrecke noch weiter zu vermindern, wird das aus der Quelle austretende Primärstrahlungsbündel mittels Kollimator so eingeengt und der weiter entfernte Detektor so abgeschirmt, daß weder direkte noch einfach gestreute Strahlung registriert wird.

In der vorgeschlagenen Meßanordnung erfolgt zugleich eine weitgehende Kompensation des Einflusses von Schwankungen der Transportbanddicke und -dichte sowie von Schwankungen des Abstandes des Transportbandes von der Meßanordnung.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Meßanordnung»

Unter einem Transportband 1, auf dem Braunkohle 2 in einer Schichtdicke von im Mittel 15 bis 20 cm befördert wird, sind eine Gammastrahlungsquelle 3 (Cs-137) in einem Kollimator 4 und zwei Szintillationsmeßdetektoren 5 und 10 senkrecht zur Oberfläche des ^xransportbandes in dessen Laufrichtung angeordnet. Die Szintillationsdetektoren 5 und 10 befinden sich in Abschlrmkolliraatoren 6 und 11, so daß keine direkte Strahlung von der Quelle 3 in die Detektoren gelangen kann· Der Detektor 5 besitzt einen Abstand a₂ = 15 cm von der Quelle 3, der Detektor 10 einen Abstand a₁ = 40 cm von der Quelle 3. Die Detektoren 5 und 10 sind jeweils mit einem Analysator 7 bzw. 12 und einem Zähler 8 bzw. 13 verbunden. Die Verknüpfung der Zähler

¹ .. ' '. . ⁵ '

8 und 13 erfolgt über einen Mikrorechner 9; das von diesem Mikrorechner 9 ermittelte Ergebnis wird durch die Anzeigeeinheit 10 ausgegeben.

Die von der Quelle 3 emittierte Gammastrahlung wird in der Koh~ lenschioht 2 gestreut und gelangt in die Detektoren 5 und 10· Die dadurch bedingten Impulsraten der beiden Detektoren werden auf bekannte Weise mit den Zählern 8 und 13 registriert. Die Zählergebnisse werden dem Mikrorechner 9 zur Verarbeitung über eine Eichfläche zweiter Ordnung

c_A = AN₁ + Bn| + CN₁N₂ + DN₁ +EN₂ +Ύ

zugeführt, p. ist der Gehalt der zu bestimmenden Komponente, N₁ und N₂ sind die Zählraten der beiden Detektoren und A, B, C, D, E, F bedeuten die Parameter der Eichfläche. Diese Parameter werden durch Messungen an Proben unterschiedlichen (bekannten) Gehalts c^ mit unterschiedlichen (bekannten) Sohütthöhen vorher bestimmt. Die Diskriminatoren werden vorzugsweise so eingestellt, daß das Gesamtspektrum registriert wird.

Claims (5)

Brfindun'gsanspruph i

1. Meßanordnung zur radiometrischen Gehaltsbestimmung an Schüttgütern auf Transportbändern mittels Rückstreuung von Gammastrahlung in nicht sättigungsdicken Schichten, "bestehend aus Strahlungsquelle, Strahlungsdetektor, Analysator und Zähler, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Detektor mit Analysator und Zähler vorgedehen ist,-der in einer anderen Entfernung zur Strahlungsquelle angeordnet ist·

2· Meßanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß "bei Gammastrahlungsenergien unter 200 keV ein Detektor näher als 10 cm, der andere Detektor weiter als 10 cm zur Strahlungsquelle angeordnet sind,

3» Meßanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß "bei Gaminastrahlungsenergien über 200 keV ein Detektor näher als 20 cm, der andere Detektor weiter als 20 cm zur Strahlungsquelle angeordnet sind.

4, Meßanordnung nach Punkt i, dadurch gekennzeichnet, daß als Detektoren Scintillations- oder Halbleiterdetektoren oder Auslösezählrohre eingesetzt sind·

5· Meßanordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit- , tels Kollimatoren und Abschirmungen der von der'Strahlungsquelle weiter entfernte Detektor gegen direkte und einfach gestreute Strahlung abgeschirmt ist.

G, Meßanordnung nach Punkt 1 $ dadurch gekennzeichnet, daß der nahet zur Strahlungsquelle angeordnete Detektor ein geringeres Ansprechvermögen besitzt als der weiter entfernte Detektor· ~""' ^

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