EA037999B1 - Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива - Google Patents
Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива Download PDFInfo
- Publication number
- EA037999B1 EA037999B1 EA202000088A EA202000088A EA037999B1 EA 037999 B1 EA037999 B1 EA 037999B1 EA 202000088 A EA202000088 A EA 202000088A EA 202000088 A EA202000088 A EA 202000088A EA 037999 B1 EA037999 B1 EA 037999B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mev
- energy
- gamma radiation
- neutron
- fast neutrons
- Prior art date
Links
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000053 physical method Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 29
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 19
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 16
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 9
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001427 incoherent neutron scattering Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/203—Measuring back scattering
- G01N23/204—Measuring back scattering using neutrons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
- G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
- G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
- G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays
- G01V5/12—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging using primary nuclear radiation sources or X-rays using gamma or X-ray sources
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Geophysics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области анализа минерального сырья нейтронно-физическими способами. Оно может быть использовано для контроля качества твердого топлива в геологии, горнодобывающей, металлургической и энергетической отраслях промышленности. Задачей изобретения является повышение чувствительности определения зольности топлива и расширение сферы применения. Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива, основанный на облучении твердого топлива потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,8-3,8 МэВ, отличается тем, что дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ и плотность потока быстрых нейтронов с энергией выше порога неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода (4,8 МэВ), а зольность твердого топлива определяют по величине отношения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов с энергией 0,8-3,8 МэВ к измеренной интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ совместно с измеренной плотностью потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ. Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении чувствительности определения зольности за счет дополнительного измерения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ и плотности потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ.
Description
Изобретение относится к области анализа минерального сырья нейтронно-физическими методами.
Оно может быть использовано для контроля качества твердого топлива в геологии, горнодобывающей, энергетической и металлургической отраслях промышленности.
Известен нейтронный способ определения зольности твердого топлива, основанный на его облучении потоком быстрых нейтронов и измерении отношения интенсивности гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов с энергией выше 5 МэВ к интенсивности гамма-излучения с энергией 4,43 МэВ (авт.св. СССР № 453112, кл. G01N 23/02. 1974 г. Авторы изобретения: Л.П. Старчик, Ю.Н. Пак, Н.И. Борушко), Недостатком известного способа является низкая точность определения качества (зольности) топлива, обусловленная влиянием вещественного состава минеральной (золообразующей) части, в частности колебаний содержания железа в золе и вариаций влажности топлива. Макроскопическое сечение радиационного захвата тепловых нейтронов у железа (2,8-10-2 см2/г) почти в 4 раза выше макроскопического сечения захвата тепловых нейтронов других золообразующих элементов: алюминий, кремний, сера, кальций (~0,7-10-2 см2/г). Поэтому при непостоянстве вещественного состава золы (железо замещается другими элементами) существенно меняется интенсивность гамма-излучения, испускаемого при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами золообразующих элементов: Al - 7,73 МэВ; Si 4,96 МэВ; S - 5,44 МэВ; Ca - 6,41 МэВ; Fe - 7,64 МэВ. Это искажает результаты и вносит погрешность в определении зольности топлива.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, заключающийся в облучении топлива потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,8-3,8 МэВ и плотности потока быстрых нейтронов с энергией выше порога неупругого рассеяния нейтронов на золообразующих элементах (авт.св. СССР. № 635787, кл. G01N 23/22, G01V 5/00, 1978, Авторы изобретения: Ю.Н. Пак, Л.П. Старчик).
Недостатком данного способа является сравнительно невысокая чувствительность к зольности твердого топлива, обусловленная применением лишь одного информативного параметра о золообразующих элементах.
Задачей изобретения является увеличение чувствительности способа к зольности топлива.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения за счет повышения чувствительности в условиях значительной изменчивости качества твердого топлива.
Поставленная задача решается следующим образом.
В процессе облучения твердого топлива потоком быстрых нейтронов дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ.
Твердое топливо содержит органическую и минеральную (золообразующую) массу. В органической (горючей) массе топлива основным тепловыделяющим элементом является углерод. При неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах углерода испускается мгновенное гамма-излучение с энергией 4,43 МэВ. Интенсивность этого гамма-излучения зависит от содержания углерода в топливе, которое находится в обратной зависимости от зольности твердого топлива. Чем ниже зольность топлива (выше содержание углерода), тем выше качество твердого топлива. При изменении качества (зольности) топлива интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов (Al - 2,21 МэВ; Si - 1,78 МэВ; S - 2,24 МэВ; Са - 3,76 МэВ; Fe -0,84 МэВ) с энергией 0,8-3,8 МэВ и интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ меняются в обратной зависимости. Это делает результаты предлагаемого способа более дифференцированными к изменениям зольности топлива. Таким образом, необходимость дополнительного измерения интенсивности гамма-излучения с энергией 4,43 МэВ, испускаемого при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах углерода, обусловлена тем, что содержание углерода, находящееся в обратной зависимости от зольности, является дополнительным информативным параметром качества твердого топлива. Дополнительно предлагается измерять плотность потока быстрых нейтронов в анализируемом топливе, что обусловлено необходимостью учета замедляющей способности топлива при его переменной влажности. Для этого измеряют плотность потока быстрых нейтронов с энергией выше порога неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода (4,8 МэВ).
Существенным отличием изобретения от способа-прототипа является то, что дополнительно измеряют гамма-излучение неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ и плотность потока быстрых нейтронов с энергией выше порога неупругого рассеяния на ядрах углерода (4,8 мэВ), а зольность твердого топлива определяют по величине отношения интенсивности гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов с энергией 0,8-3,8 МэВ к измеренной интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ совместно с измеренной плотностью потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ.
Пример осуществления способа.
Анализируемая проба твердого топлива массой около 16 кг облучается потоком быстрых нейтронов от Po-Be источника нейтронов. Измерения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быст
- 1 037999 рых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ, гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,8-3,8 МэВ и плотности потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ проводят в геометрии на просвет. Используется многоканальный анализатор АИ-1024 и система детекторов гамма-излучения и быстрых нейтронов. Зольность твердого топлива определяют по величине отношения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,8-3,8 МэВ к измеренной интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ совместно с измеренной плотностью потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ. Дополнительно измеренная интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ позволяет повысить чувствительность способа. Дополнительно измеряемая плотность потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ служит корректирующим параметром, позволяющим минимизировать влияние переменной влажности на результаты определения зольности твердого топлива.
В таблице представлены сопоставительные данные о чувствительности определения зольности топлива, которая оценивалась как относительное в процентах приращение показаний при единичном (на 1 абс.%) изменении зольности топлива в интервале 9-34%.
| Способ | Чувствительность, проц./%абс. |
| Предлагаемый | 1,72 |
| Прототип | 1,14 |
Таким образом, предлагаемый нейтронно-физический способ контроля качества в сравнении с прототипом выгодно отличается повышенной чувствительностью к зольности, что существенно расширяет сферу его применения
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯНейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива, основанный на облучении твердого топлива потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,8-3,8 МэВ, отличающийся тем, что дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ и плотность потока быстрых нейтронов с энергией выше порога неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода (4,8 МэВ), а зольность твердого топлива определяют по величине отношения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов с энергией 0,8-3,8 МэВ к измеренной интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ совместно с измеренной плотностью потока быстрых нейтронов с энергией выше 4,8 МэВ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000088A EA037999B1 (ru) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000088A EA037999B1 (ru) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202000088A2 EA202000088A2 (ru) | 2021-06-21 |
| EA037999B1 true EA037999B1 (ru) | 2021-06-22 |
Family
ID=76807400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202000088A EA037999B1 (ru) | 2020-02-12 | 2020-02-12 | Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA037999B1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4152596A (en) * | 1977-07-05 | 1979-05-01 | Mdh Industries, Inc. | Apparatus for reducing pulse pileup in an elemental analyzer measuring gamma rays arising from neutron capture in bulk substances |
| ZA795087B (en) * | 1978-10-02 | 1981-04-29 | Atomic Energy Authority Uk | Measurement of the ash content of coal |
| SU984491A1 (ru) * | 1981-04-07 | 1982-12-30 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых Министерства угольной промышленности СССР | Устройство дл анализа качества сыпучих материалов на ленте конвейера |
| WO2016007265A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Sabia Inc. | Prompt gamma neutron activation substance analyzers |
-
2020
- 2020-02-12 EA EA202000088A patent/EA037999B1/ru unknown
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4152596A (en) * | 1977-07-05 | 1979-05-01 | Mdh Industries, Inc. | Apparatus for reducing pulse pileup in an elemental analyzer measuring gamma rays arising from neutron capture in bulk substances |
| ZA795087B (en) * | 1978-10-02 | 1981-04-29 | Atomic Energy Authority Uk | Measurement of the ash content of coal |
| SU984491A1 (ru) * | 1981-04-07 | 1982-12-30 | Комплексный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых Министерства угольной промышленности СССР | Устройство дл анализа качества сыпучих материалов на ленте конвейера |
| WO2016007265A1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-01-14 | Sabia Inc. | Prompt gamma neutron activation substance analyzers |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202000088A2 (ru) | 2021-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4090074A (en) | Analysis of coal | |
| US9099211B2 (en) | Prompt gamma-ray detection apparatus for analyzing chemical materials using femtosecond pulse laser-induced neutrons | |
| EA037999B1 (ru) | Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива | |
| CA1165018A (en) | Analysis of coal | |
| EA044472B1 (ru) | Способ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых | |
| AU772405B2 (en) | Method and apparatus for on line analysis | |
| EA046310B1 (ru) | Нейтронно-физический способ определения пирита в угле | |
| Pak et al. | Neutron gamma-method for monitoring ash content of coal | |
| RU2432571C1 (ru) | Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для определения эффективного атомного номера материала | |
| Zhang et al. | High precision synchronous detection method for multi-gas detection using a single laser | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| EA039075B1 (ru) | Нейтронный-гамма способ контроля качества угля | |
| EA042425B1 (ru) | Инструментальный способ контроля влажности минерального сырья сложного состава | |
| EA038411B1 (ru) | Гамма-альбедный способ определения плотности руд сложного состава | |
| EA042865B1 (ru) | Нейтронный способ оценки качества угля | |
| De-shan et al. | Detection of low caloric power of coal by pulse fast-thermal neutron analysis | |
| EA038002B1 (ru) | Способ контроля качества твердого топлива | |
| EA042354B1 (ru) | Нейтронный способ двухзондового измерения влажности сложного вещества | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| EA042340B1 (ru) | Способ инструментального анализа сернистости угля | |
| Roy et al. | Determination of moisture content in coal using pulsed fast thermal neutron activation technique | |
| EA044857B1 (ru) | Ядерно-геофизический способ анализа руд | |
| Cywicka-Jakiel | Fast-neutron and gamma-ray transmission method for coke-humidity determination | |
| Pak et al. | Neutron-radioisotope monitoring of the heat of combustion of solid fuel | |
| SU531466A1 (ru) | Способ определени влажности и зольности углей и кокса |