DE1296829B

DE1296829B - Verfahren und Vorrichtungen zur Bestimmung des Gehaltes einer Probe an schweren Elementen durch Messung ihrer optisch angeregten K alfa- oder K beta-Roentgenfluoreszenzlinien

Info

Publication number: DE1296829B
Application number: DEC32536A
Authority: DE
Inventors: Martinel Chatillon-Sur-Bagneux
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1963-04-01
Filing date: 1964-04-01
Publication date: 1969-06-04
Also published as: GB1042992A; CH412403A; LU45778A1; US3404275A; BE645935A; FR1389417A; ES298196A1; NL6403478A; OA00017A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur die zu analysierende ίΤ-Fluoreszenzlinie bildet. Bestimmung des Gehaltes einer Probe an schweren Schließlich wirken sich Schwankungen im Röhren-Elementen durch Messung ihrer optisch angeregten betrieb um so mehr auf die Intensität der zu messen- K₀- oder Ä^-Röntgenfluoreszenzlinien sowie eine den 2£-Linien aus, je mehr deren Anregungsenergie

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. 5 bei Werten liegt, bei denen die Zahl der zur Ver-

Die qualitative und quantitative Bestimmung von fügung stehenden Photonen mit entsprechender

Schwermetallen, wie Tantal, Wolfram, Gold, Queck- Energie sehr stark von der Röhrenspannung abhängt,

silber, Blei, Wismut und Uran, wirft häufig schwie- Die Bestimmung der schweren Elemente durch

rige Probleme auf, wenn es darum geht, diese Be- Messung der Absorption der Röntgen- oder y-Strah-

stimmung zerstörungsfrei und dabei rasch und genau io len hat bekanntlich den Vorteil, daß man die beson-

durchzuführen. ders hohen Absorptionskoeffizienten der schweren

Die Analysen müssen an Materialien unterschied- Elemente für Photonen hinreichend hoher Energie licher geometrischer Form und sehr verschieden- ausnutzen kann. Die starken Änderungen des Gehalts artiger Struktur ausgeführt werden, wie beispielsweise der Probe an anderen Elementen begrenzen alleran Mineralstücken, wobei der Gehalt dieser Mate- 15 dings die Genauigkeit der Messung, und der Meßwert rialien an anderen Bestandteilen in weiten Grenzen ist ferner eine Funktion der Probendicke. Diese Einschwanken kann. Es kommt auch vor, daß diese flüsse spielen beispielsweise beim Sortieren von Analysen nicht ohne weiteres durch Entnahme eines schwermetallhaltigen Mineralien eine Rolle, und es bestimmten Anteils vorgenommen werden können, ist schwierig, beide gleichzeitig auszuschalten,
sei es, daß während der Untersuchung eine Kontrolle 20 Weiter ist ein Verfahren zur Bestimmung von der Gesamtheit des Materials erforderlich ist, sei es, Uran in Aluminium-Uran-Legierungen durch kombidaß Schwierigkeiten bestehen, eine repräsentative nierte Messung der optisch angeregten Röntgen-Probe auszuscheiden, sei es, daß eine Entnahme fluorenszenz des Urans und der Rayleigh-Streuung überhaupt unmöglich ist. bekannt, bei dem als Strahlenquelle für die anregende

Schließlich muß die Messung gelegentlich auch 25 Strahlung eine Mischung aus einem ß-Strahler, wie

durch Wände hindurch ausgeführt werden, die eine Krypton-85 und Uranoxyd, verwendet wird. Dieses

hinreichende mechanische Festigkeit besitzen und Verfahren ist speziell auf die Anwendung bei AIu-

daher häufig eine Stärke von über 1 mm aufweisen. minium-Uran-Legierungen besonderer Struktur zu-

Von den bisher angewandten zerstörungsfreien geschnitten, bei denen die Rayleigh-Streuung von bePrüfverfahren sind die Röntgenfluoreszenzanalyse 30 sonderer Bedeutung ist, und im übrigen bildet auch und die Messung der Röntgen- oder y-Strahlen- hier die anregende Strahlung ein kontinuierliches absorption am gebräuchlichsten. Spektrum, was, wie weiter oben bereits erwähnt

Diese Verfahren weisen jedoch verschiedene wurde, von Nachteil ist.

Mängel auf: Bei der Röntgenfluoreszenzanalyse wer- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein allden üblicherweise die Spektrallinien der L-Serie der 35 gemein anwendbares Verfahren zur Bestimmung des gesuchten schweren Elemente angeregt, deren Energie Gehalts einer Probe an schweren Elementen zu schafrelativ gering ist (etwa 10 keV für die L_a-Linien des fen. Durch die Erfindung soll ferner die zur DurchBleis) und die daher in der zu analysierenden Probe führung des Verfahrens dienende Vorrichtung gegeneine Absorption erfahren, die von deren Zusammen- über den üblichen Röntgenfluoreszenzanalysegeräten Setzung abhängt, d. h. vom Gehalt der Probe an an- 40 vereinfacht werden. Die Erfindung eignet sich insderen Elementen. Diese Absorption kann sehr vari- besondere zur Kontrolle von schweren Elementen abel sein und die Bestimmung des schweren Elements bzw. Elementen mit hoher Ordnungszahl in einer vollständig verfälschen, wenn man die Zusammen- Matrix mit niedriger Ordnungszahl,
setzung der »Matrix« nicht genau kennt. Die Inten- Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, sität der angeregten L-Linien wird außerdem durch 45 daß man zur Anregung die monochromatische den Kornaufbau, die Dichte, die chemische Struktur y-Strahlung eines Radioisotops verwendet, deren und die Homogenität der Probe beeinflußt; ihre Mes- Energie mehrere Male höher ist als diejenige der sung bezieht sich auch nur auf ein kleines Volumen X-Strahlung des zu bestimmenden Elements und daß der Probe; es ist ferner häufig unmöglich, hinter den man sowohl die Intensität I_K der angeregten X-Strah-Wänden, deren Vorhandensein im Hinblick auf den 50 lung als auch die Intensität I_c der Compton-Streuzu kontrollierenden Prozeß notwendig ist, die Kon- Strahlung bestimmt.

trolle auszuführen. Die Bestimmung der schweren Das Verhältnis von I_K : I_c ist dann ein Maß für

Elemente über die Intensität ihrer L-Fluorenszenz- den Gehalt der Probe an dem zu bestimmenden EIe-

linien wird daher sehr selten vorgenommen. ment, da die Intensität der angeregten K-Linie der

Die Anregung der if-Linien der schweren EIe- 55 Menge an zu bestimmendem Element entspricht und

mente hat den Vorteil, daß ihre Bestimmung durch die Intensität der rückgestreuten Compton-Strahlung

verhältnismäßig dicke Wände hindurch möglich ist der Menge der untersuchten Probe und das Verhält-

und daß der Einfluß des Grundmaterials bzw. der nis dieser beiden Werte unmittelbar dem Gehalt an

Matrix auf die Absorption der angeregten K-Linien schwerem Element unter Berücksichtigung der geo-

geringer ist. Für die Durchführung dieses Verfahrens 60 metrischen Anordnung von Strahlenquelle und De-

werden allerdings Röntgenröhren und -geräte ge- tektor proportional ist.

braucht, die mit Spannungen von wenigstens 100 kV Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung betrieben werden können. Solche Geräte sind teuer des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt eine und unhandlich, und außerdem wird die Empfind- monochromatische ^-Strahlenquelle in einem zur Iichkeit und Genauigkeit der Messung durch die an 65 Ausrichtung der -/-Strahlen auf die zu analysierende der Probe und ihrer Halterung auftretende Compton- Probe dienenden, aus Blei bestehendem ersten Kolli-Streuung des kontinuierlichen Erregerstrahlungsspek- mator, einen vorzugsweise als Szintillationszähler austrums begrenzt, die einen erheblichen Störpegel für gebildeten Strahlungsdetektor, der in einem zum

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ersten Kollimator unter einem beispielsweise rechten die Amplitudendifferenz bzw. der Abstand D zwi-Winkel stehenden zweiten Kollimator angebracht ist sehen den Symmetrieachsen a_k und a_c bzw. zwischen und eine mit dem Detektor verbundene Zählanord- der Symmetrieachse der auf die K-Linien zurückzunung. Der spektrale Empfindlichkeitsbereich und die führenden Spitze und der maximalen Ordinate der Kristallgröße des Detektors sind so bemessen, daß er 5 am nahesten gelegenen, auf die Streustrahlung zufür die Ä-Fluoreszenzstrahlung empfindlicher ist als rückzuführenden Spitze wenigstens gleich der doppelfür die Compton-Streustrahlung. Erfindungsgemäß ten Halbwertsbreite L der auf die Jf-Linien des zu sind ein Strahlungsfilter am Ausgang des ersten Kolli- analysierenden Elements zurückzuführenden Impulsmators und eine Wandverkleidung an der Innenwand spitze ist.

des zweiten Kollimators aus einem die ^-Fluoreszenz- io Die Tatsache, daß beim erfindungsgemäßen Verstrahlung des Bleis absorbierenden Material ange- fahren mit monoenergetischer /-Strahlung (mit einbracht, und die Zählanordnung besteht aus zwei zelnen Linien) gearbeitet wird, stellt gegenüber Ver-Zählkreisen, von denen der eine einen Einkanal-Im- fahren mit Anregung durch ein beispielsweise mit pulshöhenselektor aufweist, der nur die der X-Linie einer Röntgenröhre erzeugtes kontinuierliches Phodes zu analysierenden Elements entsprechenden Im- 15 tonenspektrum einen wesentlichen Vorteil dar. Hierpulse durchläßt, und der andere einen Impulshöhen- durch erreicht man insbesondere einen sehr kleinen diskriminator, der nur die vom Compton-Effekt her- Störuntergrund gegenüber der zu messenden Linie, rührenden Impulse durchläßt. Weiter ist eine Vor- was eine wesentlich höhere Genauigkeit ergibt,
richtung zur Verhältnisbildung, mit der beide Zähl- Die Energie der anregenden y-Strahlung soll nicht kreise verbunden sind, vorgesehen. so zu hoch sein, da einerseits der Photoabsorptions-

AIs y-Strahlenquelle wird insbesondere das Radio- koeffizient des schweren Elements mit zunehmender

isotop Iridium-192 verwendet. Das Strahlungsfilter Energie der Erregerstrahlung rasch abnimmt und an-

am Ausgang des ersten Kollimators und die Wand- dererseits der direkt vom Detektor aufgenommene

verkleidung an der Innenwand des zweiten Kollima- Störpegel um so größer ist, je energiereicher die von

tors besteht vorzugsweise aus Cadmium. »5 der Strahlenquelle ausgesandten y-Strahlen sind; auch

Die Erfindung ist in den Zeichnungen an Hand werden bei einer zu starken Erhöhung der y-Strah-

von Ausführungsbeispielen veranschaulicht. Es zeigt lungsenergie die Abmessungen der untersuchten Zone

F i g. 1 eine Röntgenfluoreszenzanalysenvorrich- weniger genau begrenzt,

tung, Aus all diesen Gründen verwendet man vorteilhaft

F i g. 2 ein Spektrum der beim Verfahren auf die 3° Iridium-192, das im wesentlichen zwei Gruppen von

Detektoren auftreffenden Strahlung, y-Strahlen aussendet: Die Energie der einen Gruppe

F i g. 3 ein Blockschaltbild für eine Zählanordnung, liegt um 308 keV und die Energie der anderen

F i g. 4 eine Vorrichtung zum Sortieren von Mine- Gruppe bei 470 keV. Iridium-192 läßt sich im übri-

ralien. gen leicht beschaffen und zeichnet sich durch einen

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- 35 einfachen Transport aus. Caesium-137 kann gleichfahrens verwendet man eine in F i g. 1 dargestellte falls verwendet werden. Es hat den Vorteil einer sehr Vorrichtung mit Rückstreugeometrie. Eine y-Strah- langen Lebensdauer, führt jedoch zu einem höheren lenquelle 1 bestrahlt eine Probe 2 (im Bedarfsfall Gewicht der Vorrichtung und zu einer geringeren durch eine Halterung bzw. einen Träger 3 mit einem Empfindlichkeit der Messungen,
gewissen Absorptionsvermögen). Die dabei angeregte 40 Man eliminiert die ^-Linien des Blei oder des X-Strahlung 4 und die rückgestreute y-Strahlung 5 sonstigen die Abschirmung (oder den Kollimator) des werden vom Proportionaldetektor 6 empfangen, der die Strahlenquelle tragenden Blockes bildenden Matebeispielsweise ein Szintillationszähler sein kann. Eine rials sowie den größeren Teil der in dieser Abschir-Bleiabschirmung 7 geeigneter Abmessungen schützt mung gestreuten y-Strahlung mit Hilfe eines Schirms den Detektor 6 vor direkter Bestrahlung durch die 45 bzw. Strahlungsfilters 10, dessen Material und Dicke Strahlenquelle und begrenzt die Abmessungen des geeignet gewählt werden. Dieses Filter 10 ist am Aus-Erregerstrahlbündels. Ein beim Detektor 6 angeord- gang des (ersten) Kollimator-Trägerblockes für die neter Kollimator 8 trägt zur Begrenzung der zu ana- Strahlenquelle so angeordnet, daß die austretende lysierenden Zone 9 bei und schützt den Detektor 6 Strahlung gefiltert wird. Man eliminiert auf diese gegenüber an der Einrichtung gestreuten y-Strahlen. 50 Weise Photonen, deren Energie gleich, etwas kleiner

Das /-Strahlen aussendende Isotop der Strahlen- oder etwas größer als die der X-Linie des zu analy-

quelle 1 wird so ausgewählt, daß die Hauptenergie sierenden Elements ist und die teilweise durch den

der durch den Compton-Effekt in Richtung auf den Compton-Effekt durch die Probe und ihre Halterung

Detektor gestreuten Photonen, die vom Winkel λ in Richtung auf den Detektor gestreut würden. Die

zwischen der Richtung der y-Strahlen und der Rieh- 55 Streuung in dem genannten Energiebereich erfolgt

tung der Achse des Detektors 6 abhängt, klar über ohne große Energieänderung und trägt zu dem Stör-

der Energie der K-Linien des zu analysierenden pegel unter den auf die X-Linien des zu analysieren-

schweren Elements liegt. Die der Compton-Streu- den Elements zurückzuführenden Impulsspitzen bei

strahlung entsprechende Spitze des vom Detektor ge- und beeinträchtigt daher die Genauigkeit der Mes-

lieferten Impulsspektrums ist dann deutlich von der 60 sung. Außerdem sollen die charakteristischen

Impulsspitze verschieden, die von den K-Linien des X-Linien der Elemente, die dieses Filter bilden, eine

zu analysierenden Elements herrührt. Man erkennt Energie aufweisen, die klar unter der Energie der

diese Impulsspitzen, wenn man die Verteilung der X-Linien des zu analysierenden Elements liegt, so

Impulse pro Sekunde (N/s) in einem gegebenen Am- daß sie der Detektor voneinander trennen kann. Das

plitudenintervall in Abhängigkeit von ihrer Ampli- 65 für das erwähnte Filter verwendete Material ist bei-

tude A (ausgedrückt beispielsweise in Volt) aufträgt. spielsweise Cadmium. Durch dieses Material wird in

F i g. 2 zeigt ein derartiges Strahlungsspektrum. besonders starkem Maße der Störpegel eliminiert, der

Die beiden Spitzen sind deutlich unterscheidbar, da bei der Bestimmung schwerer Elemente auftritt.

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Das Detektorelement wird so gewählt, daß es die der Gehalt an schwerem Element. Die Dichte spielt Anzeige der zu analysierenden üC-Linien begünstigt eine kleine Rolle durch die Differenz der Absorption und nur einen tragbaren Teil der durch den Comp- der angeregten ^-Strahlung und der gestreuten Strahton-Effekt an der Probe und ihrer Halterung gestreu- lung vor dem Verlassen der Probe. Der Fachmann ten y-Strahlung anzeigt. Wenn der Detektor ein Szin- 5 wird daher zweckmäßig die Tiefe abschätzen, bis zu tillator ist, verwendet man zweckmäßig einen Kristall, der die Messung durchzuführen ist. dessen Dicke (in Richtung der Nachweisachse) für Das gleiche Verhältnis hängt nur wenig von der

einen Nachweis der zu messenden X-Linie mit gutem Zusammensetzung der Matrix ab, da der Koeffizient μ₀ Wirkungsgrad (von beispielsweise 80%), der Streu- im wesentlichen von der Energie der Photonen abstrahlung dagegen mit kleinerem Wirkungsgrad aus- io hängt und nur wenig von der Ordnungszahl der EIereicht. Man muß jedoch sicherstellen, daß die Dicke mente, die den Absorber bilden. Im Falle von Wasser dieses Szintillators nicht zu gering ist, damit nicht der oder wasserstoffhaltigen Stoffen ist der Faktor μ,. Nachweis bzw. Empfang gestreuter y-Strahlen eine (ausgedrückt in cm²/g) jedoch leicht erhöht. Dieses Anhäufung von Impulsen niedriger Energie durch Verhältnis kann jedoch dadurch geändert sein, daß unvollständige Absorption der entsprechenden Photo- 15 in der Probe Elemente vorhanden sind, die für die elektronen im Szintillator zur Folge hat. X-Linien des zu analysierenden Elements einen er-

Die Innenseite des Kollimators, der vor dem De- höhten Photoabsorptionskoeffizienten aufweisen, tektor angeordnet ist, sowie die Innenseite der den Bei der Analyse von Schwermetallen, die in Grund-

Detektor umgebenden Abschirmung ist mit einer materialien von geringer Ordnungszahl enthalten Wandverkleidung 11 versehen, durch welche die ao sind, haben Änderungen der chemischen Zusammendurch die in Richtung auf den Detektor gestreute setzung dieses Grundmaterials ebenso wie Änderuny-Strahlung angeregten !^-Linien der die Abschir- gen seiner Dichte keinen großen Einfluß auf das urmung bildenden schweren Elemente wieder absor- sprüngliche Verhältnis zwischen den !^-Linien und biert werden, so daß sie der Detektor nicht nach- der durch Compton-Effekt gestreuten Strahlung, weisen kann. Diese Vorsichtsmaßnahme dient gleich- 35 Durch die Verhältnisbildung wird die Bestimmung falls dem Zweck, das Verhältnis zwischen Signal und des zu analysierenden Elements unabhängig von einer Störpegel zu verbessern. Abnahme der Radioaktivität der Strahlenquelle, da

Die Bestimmung des Anteils des betreffenden die Intensität der X-Linie ebenso wie die Intensität schweren Elements könnte zwar allein mit Hilfe der der Streustrahlung durch die sinkende Aktivität der Intensität der entsprechenden Z-Linie vorgenommen 30 verwendeten Strahlenquelle beeinflußt wird. Auch bei werden, sie erfolgt jedoch durch Feststellung des einem Austausch der Strahlenquelle bleibt beispiels-Verhältnisses dieser Intensität zur Gesamtintensität weise die Eichung des Geräts weiterhin gültig, wenn der durch Compton-Effekt gestreuten und nach- eine Strahlenquelle gleicher Art wie die vorhergewiesenen Strahlung. Man kann ferner auch das gehende eingesetzt wird. Man kann sogar ein radio-Verhältnis der Intensität der X-Linie des zu analy- ₃₅ aktives Isotop mit verhältnismäßig kurzer Halbwertssierenden Elements zur Gesamtzahl der vom Detek- zeit verwenden, unter der Voraussetzung, daß es ertor gelieferten Impulse oder zur Maximalintensität setzt wird, sobald die statistischen Schwankungen der der stärksten Impulsspitze der durch Compton-Effekt Zahl der vom Detektor aufgenommenen Photonen gestreuten Strahlung bilden. Die Intensität der störend werden und die Genauigkeit beeinträchtigen, IC-Linie wird dabei hergeleitet aus der empfangenen 40 Die Messung des erwähnten Verhältnisses ermög-Impulsrate in einem Impulshöhenbereich geeigneter licht es, der Tatsache Rechnung zu tragen, daß der Breite, welcher der maximalen Intensität der if-Linie Beitrag zu dem unter den Impulsspitzen liegenden des zu analysierenden Elements entspricht. Störpegel, der auf die durch den Compton-Effekt ge-

Die Wände des Behälters oder der sonstigen Halte- streute Strahlung zurückzuführen ist, beinahe prorung der Probe bestehen zweckmäßig aus leichten 45 portional der Gesamtstärke des Spektrums der geMaterialien, wie Aluminium oder Kunststoffen von streuten Strahlung ist.

wenigen Millimetern Dicke; sie können jedoch auch Das erwähnte Verhältnis hängt im übrigen auch

aus anderen üblichen Metallen bestehen, sofern die nicht sehr von den Abmessungen und der Form der Dicke gewisse Grenzen nicht übersteigt. untersuchten Probe ab; es bleibt gleich

Das erfindungsgemäße Verfahren, das sich mit _5o

einer Vorrichtung durchführen läßt, wie sie in Fig. 1 £. ^τω

schematisch veranschaulicht ist, weist zahlreiche Vor- μο

teile auf. Das Verhältnis der Intensität der £-Fluo-

reszenzstrahlung des zu analysierenden Elements, die selbst wenn die Probe kleiner als das von dem Gerät man aufnimmt, zur Intensität der gestreuten und auf- ₅₅ wahrgenommene Meßvolumen ist. genommenen Strahlung hängt nicht oder nur wenig Die Vorteile des neuen Röntgenfluoreszenzanaly-

von der Dichte der Probe ab. Dieses Verhältnis ent- senverfahrens wurden vorstehend erläutert. Man spricht kann die Genauigkeit der Messungen noch durch zu-

_T _ω sätzliche Vorsichtsmaßregeln verbessern:

k · 60 Jedesmal, wenn dies möglich ist und der Gehalt

^" an schwerem Element nicht zu groß ist, kann man

die Anordnung so treffen, daß kein Teil der Halte-

Hierbei ist k eine Konstante der Vorrichtung, die rung gleichzeitig von der Strahlungsquelle und vom unter anderem von ihrer Geometrie abhängt; τ ist der Detektor aus »gesehen« wird. Man vermeidet auf Photoabsorptionskoeffizient des zu analysierenden 65 diese Weise, daß die Halterung der Probe das VerElements für die von der Strahlenquelle ausgesandte hältnis zwischen der Stärke der X-Linie und der y-Strahlung, μ_ε ist der Compton-Absorptionskoeffi- Stärke der gestreuten Strahlung beeinflußt, zient der Probe für die gleiche Strahlung, und ω ist Man kann ferner immer dann, wenn dies möglich

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ist, Untersuchungsproben von etwa konstanten Ab- gen, wobei das Mineral im Innern eines Rohres in

messungen wählen, die man unter gleichen geome- Suspension strömen kann.

irischen Bedingungen untersucht. Auch durch diese Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen

Maßnahme wird die Empfindlichkeit des Geräts er- Verfahrens betrifft das automatische Sortieren von

höht. 5 Bleimineralien zum Zweck der Eliminierung von tau-

Die Querabmessungen des zur Anregung verwen- bem Gestein. Diese Bleimineralien weisen im allgedeten r-Strahlenbündels, die durch die Abmessungen meinen eine Quarzgrundlage auf und enthalten in der Kollimatorbohrung im Trägerblock der Strahlen- veränderlichen Anteilen Pyrit und Blende. Die Unterquelle bestimmt werden, werden möglichst in der suchung muß den größten Teil der Gesteinsbrocken gleichen Größenordnung wie die von einer Unter- io und nicht nur eine Oberflächenschicht erfassen, suchung erfaßte Oberfläche der kleinsten Probe ge- Außerdem muß die gesamte Produktion überwacht wählt, und zwar so klein wie möglich. Auf diese werden. Zur Durchführung dieser Sortierung steht Weise läßt sich der Winkel α genauer bestimmen, und bisher nur das Flotationsverfahren zur Verfügung, es können die /-Strahlen weitestgehend eliminiert Die in F i g. 4 in einer Aufsicht schematisch darwerden, die durch andere Materialien als die zu unter- 15 gestellte Anordnung ermöglicht es, diese Schwierigsuchende Probe in Richtung auf den Detektor ge- keiten zu beseitigen,
streut werden. Die Anordnung enthält zwei Meßköpfe 22, die auf

Wenn die Probe ein Störelement enthält, das die beiden Seiten einer Rinne 23 angeordnet sind, durch X-Linien des zu analysierenden Elements stark ab- die sich die Gesteinsbrocken 24 nacheinander hinsorbiert, so erhöht man die Genauigkeit, indem man 20 durchbewegen. Die beiden Meßköpfe sind identisch dieses Störelement jeweils dann, wenn dies möglich und in der Art aufgebaut, wie dies vorstehend an ist, gesondert analysiert, so daß man die Resultate Hand der F i g. 1 erläutert wurde. Die Strahlenquelle entsprechend korrigieren kann. besteht aus Iridium-192. Die Achsen der Strahlen-Ais Ausführungsbeispiel wird im folgenden eine quellen und der Detektoren begrenzen vier Untererfindungsgemäße Vorrichtung erläutert, die zur 25 suchungszonen. Die Winkel zwischen den Achsen Analyse von Blei und zur Gewinnung von Bleierz der Strahlenquellen und den Achsen der beiden Dedient, tektoren betragen 90°, so daß keine störende gegen-

Es sei angenommen, daß das Verfahren dazu Ver- seitige Beeinflussung zwischen den beiden Meßblökwendung findet, Blei zu analysieren, das in Quarz- ken zu befürchten ist. Diese Anordnung ermöglicht Bleiglanz-Mischungen enthalten ist. Zu diesem 30 die Untersuchung sowohl sehr großer Gesteinsbrok-Zweck wird ein Meßkopf verwendet, wie er in F i g. 1 ken als auch Körner mittlerer Größe. An die Szintilveranschaulicht ist. Die /-Strahlenquelle wird durch lationsdetektoren ist jeweils eine elektronische Schal-Iridium-192 in einer üblichen Form gebildet. tung entsprechend F i g. 3 angeschlossen. Die Aus-

Der Detektor 6 ist ein Szintillationszähler mit gangswerte der Vergleichseinheiten 21 der beiden

einem Natriumjodidkristall. Die Kollimatoren 7 und 8 35 Meßketten können gegebenenfalls in geeigneter

bestehen aus Blei. Der Schirm 10 sowie die Abschir- Weise kombiniert werden, um einen Mittelwert des

mung 11 werden durch Cadmiumfolien von 0,8 mm Bleigehalts des betreffenden Gesteinsbrockens zu lie-

Stärke gebildet. fern. Die Sortierschwellen zur Abscheidung des tau-

Die in F i g. 3 dargestellte elektronische Anlage ben Gesteins werden experimentell bestimmt,
enthält einen Hochspannungsgenerator 12, einen 40 Bei einer anderen Variante wird nur ein einziger Linearverstärker 13 für die Impulse, der an den De- einfacher Meßkopf mit einem einzigen Detektor betektor 14 des Meßkopfes angeschlossen ist. Ferner nutzt, an den sich daher auch nur eine Meßkette anenthält die Schaltung einen Einkanal-Impulshöhen- schließt. Diese Ausführung genügt zur Kontrolle des selektor 15, eine Zählstufe 16 und einen Integrator Bleigehalts von Gesteinsbrocken mittlerer oder klei-17. Die aus den Bauteilen 15, 16 und 17 bestehende 45 ner Größe.

Anordnung zählt die Impulse, die in einem engen Unter Zugrundelegung des erfindungsgemäßen Impulshöhenbereich liegen, welcher der auf die Verfahrens kann man auch eine Vorrichtung entwik-X-Linien des Bleies zurückzuführenden Impulsspitze kein, mit der der mittlere Gehalt eines über ein entspricht. Der Impulshöhendiskriminator 18 nimmt Transportband laufenden gebrochenen Minerals mit alle die Impulse auf, die über einem bestimmten 50 Hilfe eines einzigen Meßkopfes bestimmt wird, der Schwellwert liegen; diese Impulse werden bei 19 und über oder unter dem Transportband angeordnet ist, 20 gezählt und integriert; die aus den Elementen 18, wobei ferner eine automatische Wiegevorrichtung 19 und 20 bestehende Schaltungsgruppe dient zur vorgesehen ist, die das Gewicht des auf einer beBerücksichtigung des Compton-Effekts. Die durch stimmten Länge des Transportbandes befindlichen die Elemente 17 und 20 gelieferten Werte werden 55 Materials bestimmt.

einer Vorrichtung 21 zugeführt, die das Verhältnis Eine weitere Anwendung des erfindungsgemäßen

aus beiden bildet und damit ein Maß für den Blei- Verfahrens besteht darin, das Vorhandensein von

gehalt liefert. Uran in zirkulierenden Lösungen oder Aufschläm-

Die Streuung der mit Hilfe der beschriebenen Vor- mungen mit Hilfe eines Systems zu analysieren, das

richtung erzielten Meßergebnisse zeigt, daß man den 60 der zur Analyse von Blei in Quarz-Bleiglanz-Mischun-

Bleiglanzgehalt der Proben bis auf besser als 0,5 °/o, gen verwendeten Anordnung entspricht. Die Messung

beispielsweise also zu 5 ±0,5%, bestimmen kann. kann mit einer Genauigkeit von über 0,5 % durch-

Diese Genauigkeit trägt bereits Änderungen der geführt werden.

Korngröße um einen Faktor 3 Rechnung, ferner mög- Es ist ferner möglich, in Lösungen oder Auflichen Änderungen der Dichte um 20% sowie be- 65 schlämmungen, die von anderen Schwermetallen frei trächtlichen Änderungen des Gehalts an Pyrit und sind, den Gehalt an Plutonium in Absolutwerten auf Blende. über 0,5% genau zu bestimmen.

Die Analyse kann vollständig automatisch erfol- Eine andere Anwendungsmöglichkeit des erfin-

dungsgemäßen Verfahrens besteht darin, den Wolframgehalt in Stählen zu bestimmen. Die Abmessungen der Probe oder des Teiles spielen hierbei keine Rolle. Man kann diese Analyse mit einer Genauigkeit von über 0,5 V» vornehmen.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in der Bestimmung von Tantal in Tantal-Niob-Mischungen und in Tantalstählen, ferner in der Analyse von Hafnium in Zirkonium, in der Bestimmung seltener Erden in ihren Mineralien, von Quecksilber in seinen Mineralien usw.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung des Gehaltes einer Probe an schweren Elementen durch Messung ihrer optisch angeregten K_a- oder ^-RöntgenfluoreszenzHnien, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Anregung die so monochromatische y-Strahlung eines Radioisotops verwendet, deren Energie mehrere Male höher ist als diejenige der !^-Strahlung des zu bestimmenden Elements und daß man sowohl die Intensität I_K der angeregten Z-Strahlung als auch die Intensität I_c der Compton-Streustrahlung bestimmt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer monochromatischen -/-Strahlenquelle in einem zur Ausrichtung der y-Strahlen auf die zu analysierende Probe dienenden, aus Blei bestehenden ersten Kollimator, mit einem vorzugsweise als Szintillationszähler ausgebildeten Strahlungsdetektor, der in einem zum ersten Kollimator unter einem beispielsweise rechten Winkel stehenden zweiten Kollimator angebracht ist und dessen spektraler Empfindlichkeitsbereich und Kristallgröße so bemessen sind, daß er für die üT-Fluoreszenzstrahlung empfindlicher ist als für die Compton-Streustrahlung, und mit einer mit dem Detektor verbundenen Zählanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlungsfilter (10) am Ausgang des ersten Kollimators (7) und eine Wandverkleidung (11) an der Innenwand des zweiten Kollimators (8) aus einem die .K-Huoreszenzstrahlung des Bleis absorbierenden Material angebracht sind und daß die Zählanordnung aus zwei Zählkreisen (15-16-17 bzw. 18-19-20) besteht, von denen der eine einen Einkanal-Impulshöhenselektor (15) aufweist, der nur die der Jüi-Linie des zu analysierenden Elements entsprechenden Impulse durchläßt, und der andere einen Impulshöhendiskriminator (18), der nur die vom Compton-Effekt herrührenden Impulse durchläßt, sowie eine Vorrichtung (21) zur Verhältnisbildung, mit der beide Zählkreise (15-16-17 bzw. 18-19-20) verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen