EA038855B1 - Способ двухзондового исследования сложных веществ - Google Patents
Способ двухзондового исследования сложных веществ Download PDFInfo
- Publication number
- EA038855B1 EA038855B1 EA202000059A EA202000059A EA038855B1 EA 038855 B1 EA038855 B1 EA 038855B1 EA 202000059 A EA202000059 A EA 202000059A EA 202000059 A EA202000059 A EA 202000059A EA 038855 B1 EA038855 B1 EA 038855B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- gamma radiation
- probe
- substance
- energy
- atomic number
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- G01N23/223—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 irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/04—Prospecting or detecting by the use of nuclear radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for well-logging
- G01V5/08—Prospecting or detecting by the use of nuclear 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 nuclear 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
Description
Изобретение относится к ядерно-геофизическим способам анализа сложных веществ. Оно может быть использовано для определения плотности и эффективного атомного номера различных горных пород и руд в горнодобывающей, металлургической и других отраслях промышленности.
Широко известен селективный гамма-гамма метод, заключающийся в облучении сложных веществ гамма-излучением и регистрации рассеянного веществом гамма-излучения (Гамма-методы в рудной геологии, под ред. А.П. Очкура. Л.: Недра, 1976, с. 91). Данный способ нашел широкое применение для оценки вещественного состава различных руд по эффективному атомному номеру. Недостатком известного способа является значительная погрешность определения сложных веществ в условиях переменной плотности.
Известен также плотностной гамма-гамма метод, основанный на облучении сложных веществ высокоэнергетическим гамма-излучением и регистрации рассеянного веществом гамма-излучения (Пак Ю.Н., Пак Д.Ю. Ядерные технологии в геофизических исследованиях. Учебник. Караганда. Изд-во КарГТУ, 2016. - 346 с.). Недостатком данного способа является невысокая чувствительность к плотности и зависимость от изменчивости вещественного состава, в частности эффективного атомного номера сложного вещества.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ раздельного определения плотности и эффективного атомного номера сложных веществ, основанный на облучении вещества высокоэнергетическим гамма-излучением и регистрации рассеянного гамма-излучения двумя зондами, регистрирующими преимущественно однократно рассеянное гамма-излучение (малый зонд) и многократно рассеянное гамма-излучение (большой зонд) (Инновационный патент РК № 28371. Способ анализа состава вещества. Авторы: Пак Ю.Н., Пак Д.Ю., Иманов М.О. и др. Зарегистрирован в Гос. Реестре изобретений РК 19.03.2014).
Недостатком известного способа является относительно низкая чувствительность к эффективному атомному номеру и плотности в условиях значительной изменчивости вещественного состава.
Задачей изобретения является повышение чувствительности определения эффективного атомного номера и плотности в широком диапазоне их изменений.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа.
Поставленная задача решается следующим образом.
В процессе облучения сложного вещества высокоэнергетическим гамма-излучением и регистрации рассеянного гамма-излучения двумя зондами дополнительно на стандартных образцах вещества со средними значениями эффективного атомного номера измеряют интенсивности рассеянного гаммаизлучения в зависимости от его энергии при малой длине зонда L и большой длине зонда L2, находят критические энергии E1 и Е2, соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения, в области выше E1 находят энергетический интервал AE1, при котором достигается минимальная чувствительность к эффективному атомному номеру, в области ниже Е2 находят энергетический интервал АЕ2, при котором достигается максимальная чувствительность к эффективному номеру, на исследуемом веществе сложного состава измеряют: при малой длине зонда интенсивность рассеянного гамма-излучения N1 в найденном энергетическом интервале AE1, при большой длине зонда интенсивность рассеянного гамма-излучения N2 в найденном энергетическом интервале АЕ2, плотность сложного вещества определяют по измеренной интенсивности N1, а эффективный атомный номер сложного вещества определяют по отношению измеренных интенсивностей N2/N1.
Экспериментальными исследованиями закономерностей изменения энергетического распределения рассеянного гама-излучения в зависимости от длины зонда (расстояние от источника гамма-излучения до детектора) и эффективного атомного номера сложного вещества установлено, что критическая энергия, соответствующая максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения, сложным образом зависит от длины зонда и исследуемого вещества. При малой длине зонда в детектор попадает преимущественно однократно рассеянное гамма-излучение. При большой длине зонда детектор фиксирует преимущественно многократно рассеянное гамма-излучение. Поэтому в спектральном распределении рассеянного гаммаизлучения, измеренного при малой длине зонда, значение критической энергии выше, чем в случае большой длины зонда. Такое смещение критической энергии вполне закономерно.
Исследованиями выявлено также закономерное смещение критической энергии при изменении эффективного атомного номера анализируемого вещества, что объясняется конкурирующими процессами взаимодействия гамма-излучения, в частности вероятность фотоэлектрического поглощения гаммаизлучения увеличивается с ростом вещества и обратно пропорциональна энергии гамма-излучения, а вероятность комптоновского рассеяния гамма-излучения, преобладающая при больших энергиях, пропорциональна плотности вещества и слабо зависит от вещества. Эти обстоятельства использованы для повышения чувствительности к эффективному атомному номеру и плотности вещества. Критическая энергия (максимум энергетического распределения рассеянного гамма-излучения) смещается в область меньших энергий при увеличении эффективного атомного номера вещества и его плотности. Подобный сдвиг критической энергии происходит при переходе от измерений с малым зондом к измерениям большим зондом.
- 1 038855
При малой длине зонда (не более длины свободного пробега первичного гамма-излучения) энергетический интервал ΔΕ1, найденный в области выше E1, с точки зрения минимальной чувствительности к веществу позволяет повысить чувствительность к плотности и минимизировать влияние переменного вещественного состава.
При большой длине зонда (не менее трех длин свободного пробега первичного гамма-излучения) энергетический интервал ΔΕ2, найденный в области ниже Е2, с точки зрения максимальной чувствительности к веществу позволяет повысить чувствительность к эффективному атомному номеру и минимизировать влияние переменной плотности за счет нормировки измеренных интенсивностей (отношения интенсивностей N2/N1).
Интенсивность рассеянного гамма-излучения N1 в найденном энергетическом интервале ΔΕ1 (заинверсионная область спектрального распределения), измеренная при малой длине зонда L1, и интенсивность рассеянного гамма-излучения N2 в найденном энергетическом интервале ΔΕ2 (доинверсионная область спектрального распределения), измеренная при большой длине зонда L2, являются ключевыми информативными параметрами, повышающими чувствительность к эффективному атомному номеру и плотности вещества в большом диапазоне их изменения, что существенно расширяет сферу применения способа.
Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах вещества со средними значениями эффективного атомного номера измеряют интенсивности рассеянного гамма-излучения в зависимости от его энергии при малой длине зонда L1 и большой длине зонда L2, находят критические энергии E1 и Е2, соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения, в области выше E1 находят энергетический интервал ΔΕ1, при котором достигается минимальная чувствительность к эффективному атомному номеру, в области ниже Е2 находят энергетический интервал ΔΕ2, при котором достигается максимальная чувствительность к эффективному номеру, на исследуемом веществе сложного состава измеряют: при малой длине зонда интенсивность рассеянного гамма-излучения N1 в найденном энергетическом интервале ΔΒ1, при большой длине зонда интенсивность рассеянного гамма-излучения N2 в найденном энергетическом интервале ΔΕ2, плотность сложного вещества определяют по измеренной интенсивности N1, а эффективный атомный номер сложного вещества определяют по отношению измеренных интенсивностей N2/N1.
Экспериментальная апробация способа выполнена на примере двухзондового исследования баритовых руд. В качестве источника первичного гама-излучения выбран радионуклид цезий-137 (660 кэВ). Насыпная плотность руд менялась в пределах 2,6-4,7 г/см3. Эффективный атомный номер менялся в пределах 14,2-24,8.
Оптимальные параметры коллимированного зонда (угол коллимации детектора, высота воздушного зазора между зондом и поверхностью руды) выбраны с точки зрения максимальной дифференциации энергетических спектров рассеянного гамма-излучения от вещественного состава руд. Длина малого зонда 8,5 см, длина большого зонда 29 см. Оптимальный энергетический интервал ΔΕ1, выбранный при малой длине зонда, составил 50 кэВ, оптимальный энергетический интервал ΔΕ2, выбранный при большой длине зонда, составил 85 кэВ.
В таблице представлены сопоставительные данные о чувствительности предлагаемого способа и способа-прототипа.
| Способ | Диапазон изменения: г/см3 | Чувствительность к эффективному атомному номеру проц. / 1 г/см3 | Чувствительность к плотности, проц. / 1 г/см3 |
| Предлагаемый | 15,5 | 11,4 | |
| Прототип | 12,6 | 9,4 |
Предлагаемый способ двухзондового исследования сложных веществ характеризуется повышенной чувствительностью к эффективному атомному номеру и плотности вещества в большом диапазоне их изменения, что существенно расширяет сферу применения способа.
Claims (1)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ двухзондового исследования сложных веществ, основанный на его облучении гаммаизлучением и регистрации рассеянного гамма-излучения двумя зондами, отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах вещества со средними значениями эффективного атомного номера измеряют интенсивности рассеянного гамма-излучения в зависимости от его энергии при малой длине зонда L1 и большой длине зонда L2, находят критические энергии E1 и Е2, соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения, в области выше E1 находят энергетический интервал AE1, при котором достигается минимальная чувствительность к эффективному атомному номеру, в области ниже Е2 находят энергетический интервал ΔΕ2, при котором достигается максимальная чувствительность к эффективному номеру, на исследуемом веществе сложного состава измеряют: при малой длине зонда ин- 2 038855 тенсивность рассеянного гамма-излучения Nj в найденном энергетическом интервале АЕЬ при большой длине зонда интенсивность рассеянного гамма-излучения N2 в найденном энергетическом интервале АЕ2, плотность сложного вещества определяют по измеренной интенсивности Nj, а эффективный атомный номер сложного вещества определяют по отношению измеренных интенсивностей Ν2/Νι.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000059A EA038855B1 (ru) | 2020-01-02 | 2020-01-02 | Способ двухзондового исследования сложных веществ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA202000059A EA038855B1 (ru) | 2020-01-02 | 2020-01-02 | Способ двухзондового исследования сложных веществ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA202000059A1 EA202000059A1 (ru) | 2021-07-30 |
| EA038855B1 true EA038855B1 (ru) | 2021-10-28 |
Family
ID=77443252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA202000059A EA038855B1 (ru) | 2020-01-02 | 2020-01-02 | Способ двухзондового исследования сложных веществ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA038855B1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA795087B (en) * | 1978-10-02 | 1981-04-29 | Atomic Energy Authority Uk | Measurement of the ash content of coal |
| AU2008237582A1 (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Precision Energy Services, Inc. | Borehole tester apparatus and methods for using nuclear electromagnetic radiation to determine fluid properties |
-
2020
- 2020-01-02 EA EA202000059A patent/EA038855B1/ru unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA795087B (en) * | 1978-10-02 | 1981-04-29 | Atomic Energy Authority Uk | Measurement of the ash content of coal |
| AU2008237582A1 (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Precision Energy Services, Inc. | Borehole tester apparatus and methods for using nuclear electromagnetic radiation to determine fluid properties |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA202000059A1 (ru) | 2021-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU852185A3 (ru) | Способ определени зольностиугл | |
| US4566114A (en) | X- and γ-Ray techniques for determination of the ash content of coal | |
| RU2636401C1 (ru) | Способ определения содержания ванадия и редкоземельных элементов по гамма-активности осадочных пород | |
| Rusakov et al. | Sedimentation rates in different facies–genetic types of bottom sediments in the Kara Sea: Evidence from the 210 Pb and 137 Cs radionuclides | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| Bolshakov et al. | Application of tagged neutron method for element analysis of phosphorus ore | |
| Lim | Recent developments in neutron-induced gamma activation for on-line multielemental analysis in industry | |
| RU2367933C1 (ru) | Способ определения концентрации серы в нефти и нефтепродуктах | |
| EA044857B1 (ru) | Ядерно-геофизический способ анализа руд | |
| EA034998B1 (ru) | Способ анализа многокомпонентного вещества | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| EA042305B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа горно-металлургического сырья | |
| EA044767B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа минерального сырья | |
| EA042425B1 (ru) | Инструментальный способ контроля влажности минерального сырья сложного состава | |
| EA042340B1 (ru) | Способ инструментального анализа сернистости угля | |
| SU171482A1 (ru) | ||
| EA038411B1 (ru) | Гамма-альбедный способ определения плотности руд сложного состава | |
| RU2436077C1 (ru) | Способ определения содержания химических элементов в материалах | |
| Săbău et al. | Microprobe U-Th-PbT Dating of Monazite: Top-Down, Bottom-Up or au Rebours? | |
| EA044540B1 (ru) | Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля | |
| RU100626U1 (ru) | Датчик для измерения и контроля эффективного атомного номера материала | |
| EA042354B1 (ru) | Нейтронный способ двухзондового измерения влажности сложного вещества | |
| RU2154537C1 (ru) | Способ рентгенорадиометрической сепарации минерализованной массы | |
| EA045771B1 (ru) | Гамма-спектрометрический способ анализа руд сложного состава | |
| EA046032B1 (ru) | Гамма-альбедный способ контроля эффективного атомного номера сложного вещества |