DE1231927B - Anordnung zur kontinuierlichen Bestimmung der Feuchtigkeit von Feststoffen durch Messung elastisch gestreuter Neutronen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES JSfflBWl· PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOIn

Deutsche KL: 421-9/51

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1231927
R32955IXV421
20. Juni 1962
5. Januar 1967

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontinuierlichen Bestimmung der Feuchtigkeit von Feststoffen durch Messung elastisch gestreuter Neutronen, wobei die Kombination Neutronenquelle und Zählrohr gesondert vom zu prüfenden Feststoff angeordnet ist.

Es ist bereits bekannt, die Feuchtigkeit verschiedener Schüttgüter wie Sand, Kohle, Torf, Holz und Kochsalz durch Messung der elastischen Streuung schneller Neutronen an Wasserstoffatomen zu bestimmen. Die schnellen Neutronen werden dabei durch die Wasserstoffatome gebremst und als thermische Neutronen gemessen. Die Messung erfolgt durch Zählrohre, deren Impulshäufigkeit auf die Konzentration der Wasserstoffatome im Meßgut schließen läßt.

Sofern nicht nach der andersartigen Durchstrahlungsmethode gearbeitet wird, sind daher bei den meisten bekannten Meßverfahren Neutronenquellen und Zählrohre in unmittelbarer Nähe der zu messenden Substanz angeordnet.

Die bisherigen Meßverfahren führten besonders bei grobkörnigem Meßgut zu Meßfehlern, verursacht durch wechselnde Packungsdichte des Materials. Bei niedrigen Feuchtegehalten ist die Meßempfindlichkeit der Geräte unzureichend, weil der Streueffekt bei verminderter Wasserstoffkonzentration stark abnimmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Feuchtemessung insbesondere bei grobkörnigen Schüttgütern und niedrigen Wassergehalten zu verbessern und die Meßgenauigkeit zu steigern.

Es ist zwar bekannt, die bei der Messung grobkörniger Stoffe auftretenden Unterschiede in der Packungsdichte durch eine zusätzliche Dichtemessung mit y-Strahlen zu vermeiden, jedoch erfordert dies einen zusätzlichen Meßaufwand. Bei größeren Schichtdicken, die besonders bei grobstückigem Schüttgut vorhanden sind, ist die Durchstrahlungsmethode mit y-Strahlen nicht anwendbar.

Ferner ist es bekannt, zur Messung niedriger Feuchtegehalte die zur Messung benutzten thermischen Neutronen mit Hilfe eines Moderators, welcher eine Quelle schneller Neutronen umgibt, zu vermehren. Da hierbei fast ausschließlich thermische Neutronen in das Meßgut eindringen, wird naturgemäß das Meßvolumen stark vermindert. Außerdem erhöht sich unnötigerweise die durch das Zählrohr gemessene Impulsrate, da alle gebremsten Neutronen gemessen werden. Dieses Verfahren bringt daher eine erhöhte Nullrate mit sich.

Es wurde nun gefunden, daß man diese Nachteile Anordnung zur kontinuierlichen Bestimmung
der Feuchtigkeit von Feststoffen durch Messung
elastisch gestreuter Neutronen

Anmelder:

Rheinische Kalksteinwerke G. m. b. H.,
Wülfrath, Wilhelmstr. 77

Als Erfinder benannt:
Reinhold Bessing, Wülfrath-Rohdenhaus;
Dipl.-Ing. Peter Fischotter, Wülfrath.
Ein weiterer Miterfinder hat beantragt,
nicht genannt zu werden

vermeiden kann, wenn man die Kombination Neutronenquelle und Zählrohr in einem Hohlraum anordnet, dessen Abmessungen um ein Mehrfaches größer sind als die Abmessungen der Kombination, wobei der Hohlraum ganz oder teilweise durch Teile des Meßgutbehälters gebildet wird, und wenn ein wasserstoffhaltiger Reflektor vorgesehen ist, der den Meßgutbehälter und/oder den Hohlraum wenigstens teilweise nach außen begrenzt.

Der Reflektor bringt folgende Vorteile: Zunächst werden durch das wasserstoffhaltige Material die Neutronen elastisch gestreut und in Richtung auf das Meßgut reflektiert. Nach erneuter Streuung durch den Wasserstoff des Meßgutes können diese Neutronen zum Zählrohr gelangen und damit zur Messung beitragen. Die noch nicht genügend abgebremsten Neutronen und die thermischen Neutronen, welche am Zählrohr vorbeigehen, gelangen auf den Reflektor und werden von diesem nochmals gestreut und daher zum Teil in Richtung auf das Zählrohr reflektiert. Die die Quelle verlassenden schnellen Neutronen werden zwar nach der Reflexion am Reflektor teilweise zu thermischen Neutronen abgebremst, und der Teil, welcher auf das Zählrohr trifft, wird registriert; jedoch erhöht sich hierdurch lediglich die Nullrate um einen gewissen Betrag. Es hat sich gezeigt, daß der wasserstoffhaltige Reflektor eine Linearisierung der Meßkurve bewirkt, wenn man die Anzahl der Impulse pro Zeiteinheit als Funktion des Feuchtegehaltes im Meßgut aufträgt. Hierdurch ist es möglich, die Meßgenauigkeit, insbesondere bei niedrigen Feuchtegehalten, erheblich zu steigern. Normaler-

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weise verläuft die Meßkurve besonders im Bereich niedriger Feuchtegehalte parabelförmig, so daß eine Zunahme des Feuchtegehaltes in diesem Bereich einer relativ kleinen Zunahme der Impulsrate entspricht.

Es ist vorteilhaft, wenn man die Kombination Neutronenquelle und Zählrohr innerhalb des Hohlraumes weitmöglichst vom Meßgut entfernt anordnet. Selbstverständlich darf die Entfernung nicht größer sein als der Meßbereich der Neutronenquelle. Bei geringen Unterschieden in der Packungsdichte ist diese Maßnahme nicht notwendig.

Der Meßgutbehälter wird zweckmäßig als Rutsche, Rohr, Schacht oder Bandförderer für das zu messende Gut ausgebildet. Auf diese Weise können die Feuchtegehalte in einfacher Art kontinuierlich gemessen werden.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn der Reflektor, welcher den Meßgutbehälter und/oder den Hohlraum wenigstens teilweise nach außen begrenzt, so dimensioniert ist, daß er gleichzeitig als Abschirmung nach außen hin für die Neutronenstrahlen dient.

Als wasserstoffhaltiger Reflektor eignen sich beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Polyäthylen oder hydraulisch abgebundene Stoffe wie Beton.

Das Volumen des Meßgutes sollte zweckmäßigerweise bei niedrigeren Feuchtegehalten größer gewählt werden als bei hohen Feuchtegehalten. Wesentlich ist jedoch, daß das vorgegebene Volumen des Meßgutes innerhalb des Meßbereiches möglichst konstant gehalten wird.

Als Neutronenquelle kann man beispielsweise eine an sich bekannte Ra-Be-Quelle oder eine Pu-239-Be-Quelle verwenden. Es ist aber auch möglich, Neutronenquellen mit geringeren Halbwertzeiten, z. B. Po-Be, einzusetzen und die Aktivitätsminderung durch Cadmium zu korrigieren.

Als Zählrohr verwendet man am besten ein mit B-IO angereichertes Rohr, welches empfindlich für thermische Neutronen ist.

In den Zeichnungen (Fig. 1 bis 3) sind schematisch die Anordnungen der Kombination Neutronenquelle und Zählrohr sowie des wasserstoffhaltigen Reflektors beispielhaft wiedergegeben. In den Figuren bedeutet 1 das zu messende Material, 2 das Zählrohr, 3 die Neutronenquelle, 4 den Hohlraum in welchem die Kombination angeordnet ist und 5 den wasserstoffhaltigen Reflektor, welcher den Meßgutbehälter oder den Hohlraum wenigstens teilweise nach außen begrenzt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur kontinuierlichen Bestimmung der Feuchtigkeit von Feststoffen durch Messung elastisch gestreuter Neutronen unter Anwendung einer gesondert vom zu prüfenden Feststoff angeordneten Sender-Empfänger-Kombination aus Neutronenquelle und Zählrohr, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender-Empfänger-Kombination aus Neutronenquelle (3) und Zählrohr (2) in einem Hohlraum (4) angeordnet ist, dessen Innenmaße um ein Mehrfaches größer sind als die äußeren Abmessungen der Kombination und der ganz oder teilweise durch Teile des Meßgutbehälters gebildet wird, und daß ein wasserstoffhaltiger Reflektor (5) vorgesehen ist, der den Meßgutbehälter und/oder den Hohlraum wenigstens teilweise nach außen begrenzt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination Neutronenquelle und Zählrohr innerhalb des Hohlraumes weitmöglichst vom Meßgut entfernt angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgutbehälter als Rutsche, Rohr, Schacht oder Bandförderer ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Atompraxis«, 5, 1959, S. 133 ff.;
ATM, 1961, Lieferung 300, S. R13 ff.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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