EA044472B1 - Способ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых - Google Patents
Способ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых Download PDFInfo
- Publication number
- EA044472B1 EA044472B1 EA202390083 EA044472B1 EA 044472 B1 EA044472 B1 EA 044472B1 EA 202390083 EA202390083 EA 202390083 EA 044472 B1 EA044472 B1 EA 044472B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- mev
- intensity
- energy
- ash content
- measured
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 title claims description 7
- 239000011707 mineral Substances 0.000 title claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 15
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 11
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 1,3-Diphenylbenzene Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1 YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- QPKGRLIYJGBKJL-UHFFFAOYSA-N 5-(dimethylsulfamoyl)-n-(5-methyl-1,3-thiazol-2-yl)-2-pyrrolidin-1-ylbenzamide Chemical compound N=1C=C(C)SC=1NC(=O)C1=CC(S(=O)(=O)N(C)C)=CC=C1N1CCCC1 QPKGRLIYJGBKJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 claims 1
- 208000021302 gastroesophageal reflux disease Diseases 0.000 claims 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 claims 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 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
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001730 gamma-ray spectroscopy Methods 0.000 description 1
- CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N methane;molecular oxygen Chemical compound C.O=O CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к ядерно-физическим способам анализа качества твердых полезных ископаемых, в частности оценки качества твердого топлива по импульсной нейтронной гамма спектрометрии. Оно может быть использовано для определения качества топлива в процессе его добычи, переработки в горно-металлургической отрасли и в геолого-геофизических исследованиях.
Известен способ контроля качества с использованием импульсного источника нейтронов, заключающийся в измерении гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии (ГИНР) быстрых нейтронов на ядрах углерода и кислорода (заводская лаборатория, 1979, №8, с. 729-730). В данном способе, известном как углеродно-кислородный способ (способ С\О отношения) измеряется гамма-излучение, возникающее при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах углерода и кислорода. Углерод рассматривается как индикаторный параметр, свидетельствующий о наличии органической части топлива, находящийся в обратной зависимости от его зольности, а кислород как параметр, косвенно связанный с минеральной массой.
Недостатком известного способа является сравнительно низкая чувствительность к зольности и значительная погрешность, обусловленная тем, что кислород в ископаемых углях находится не только в минеральной (золообразующей) массе, но и в его органической.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на облучении твердого топлива импульсным потоком быстрых нейтронов и измерении величины С/О - отношения интенсивности ГИНР быстрых нейтронов ядрами углерода с энергией 4,43 МэВ и кислорода с энергией 6,1 МэВ и интенсивности ГИНР быстрых нейтронов ядрами породообразующих (золообразующих) элементов (Al, Si, S, Са, Fe) с энергией (0,84-3,73) МэВ. (Патент РК №34289, 2020. Способ контроля зольности угля. Авторы: Пак Ю.Н., Пак Д.Ю., Акопян Н.С. и др.).
Недостатком известного способа является невысокая чувствительность к зольности топлива, обусловленная тем, что используются инструментальные сигналы, возникающие только при неупругом рассеянии быстрых нейтронов. Макроскопические сечения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода, кислорода и золообразующих элементов невелики и слабая их дифференциация.
Задачей изобретения является повышение чувствительности определения зольности в широком диапазоне ее изменения.
Технический результат изобретения состоит в повышении чувствительности и расширении сферы применения в условиях значительной изменчивости зольности и вещественного состава топлива.
Поставленная задача решается следующим образом. В процессе облучения анализируемого топлива импульсным потоком быстрых нейтронов от импульсного генератора нейтронов и измерения величины отношения С/О - отношения интенсивностей ГИНР быстрых нейтронов ядрами углерода (С) и кислорода (О), а также гамма-излучения с энергией 0,84-3,73 МэВ, возникающего при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов, дополнительно на стандартных образцах твердого топлива с минимальной и максимальной зольностью: измеряют спектры нейтронного гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) тепловых нейтронов с энергией (4,93-7,72) МэВ при различном времени задержки, находят энергетический интервал АЕ в области (4,93-7,72) МэВ, при котором обеспечивается максимальная контрастность интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, выбирают время задержки t таким, чтобы обеспечить максимальную контрастность измеренной в найденном энергетическом интервале АЕ интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, а зольность твердого топлива определяют по отношению величины С/О к интенсивности ГИНР с энергией (0,84-3,73) МэВ совместно с интенсивностью ГИРЗ, измеренной в найденном энергетическом интервале АЕ при выбранном времени задержки.
Экспериментальными исследованиями установлено, что минеральная (золообразующая) часть твердого топлива большинства месторождений в основном состоит из соединений алюминия, кремния, серы, кальция и железа. Суммарное содержание этих соединений составляет устойчивую часть минеральной массы, определяющей качество топлива.
При неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах углерода возникает гамма-излучение с энергией 4,43 МэВ, а на ядрах кислорода - 6,1 МэВ.
При неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах основных золообразующих элементов испускается гамма-излучение с энергией (0,84-3,73) МэВ (Al - 2,21 МэВ; Si - 1,78 МэВ; S - 2,24 МэВ; Са - 3,73 МэВ; Fe - 0,4 МэВ).
Макроскопические сечения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами отмеченных элементов невелики и слабо дифференцированы. Это не способствует достижению высокой чувствительности способа.
Для повышения чувствительности к зольности дополнительно измеряют гамма-излучение возникающее при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами золообразующих элементов (Al - 7,72 МэВ; Si - 4,93 МэВ; S - 5,42 МэВ; Са - 6,44 МэВ; Fe - 7,64 МэВ). Макроскопическое сечение радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами углерода и кислорода ничтожно малы. Для того, чтобы снизить
-
Claims (1)
- влияние нейтронно-замедляющих свойств на интенсивность ГИРЗ выбирают время задержки более времени замедления быстрых нейтронов в исследуемой среде. Кроме того, выбор времени задержки t важен с точки зрения обеспечения высокой дифференциации измеряемой интенсивности ГИРЗ в условиях значительной изменчивости зольности топлива.Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно дополнительно на стандартных образцах твердого топлива с минимальной и максимальной зольностью: измеряют спектры нейтронного гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) тепловых нейтронов в энергетической области (4,93-7,72) МэВ при различном времени задержки, находят энергетический интервал Δε в области (4,93-7,72) МэВ, при котором обеспечивается максимальная контрастность интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, выбирают время задержки t таким, чтобы обеспечить максимальную контрастность измеренной в найденном энергетическом интервале ΔΕ интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, а зольность твердого топлива определяют по отношению величины С/О к интенсивности ГИНР с энергией (0,84-3,73) МэВ совместно с интенсивностью ГИРЗ, измеренной в найденном энергетическом интервале ΔΕ при выбранном времени задержки t.Пример реализации предлагаемого изобретения. Исследования выполнены на твердом топливе, зольность которого менялась в интервале 16-46%. Масса анализируемых проб около 32 кг. Крупность материала варьировала в диапазоне 0-13 мм. Использовался импульсный генератор нейтронов НГИ-1 (14 МэВ) с выходом нейтронов 2·109 нейтр./с. В качестве детектора гамма-излучения применен сцинтиллятор (терфенил в полистироле) в сочетании с временным фотоумножителем. Гамма-излучение, возникающее при неупругом рассеянии быстрых нейтронов, регистрировалось в момент нейтронного импульса в течение 30 мкс. Этим самым минимизировано возмущающее влияние гамма-излучения, возникающего при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами породообразующих элементов. На стандартных образцах топлива с минимальной (10%) и максимальной (46%) зольностью измеряют спектры нейтронного гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов в энергетической области (4,93-7,72) МэВ при различном времени задержки, находят энергетический интервал ΔΕ в области (4,93-7,72) МэВ и время задержки, при которых обеспечивается максимальная контрастность измеренной в найденном энергетическом интервале ΔΕ интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов. Длина зонда выбрана равной 50 см. Найден оптимальный энергетический интервал ΔΕ=(4,42-7,21) МэВ. Выбрано оптимальное время задержки t=600 мкс.На исследуемом топливе в импульсном режиме измеряют величину отношения С/О - отношение интенсивности ГИНР на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ к интенсивности ГИНР на ядрах кислорода с энергией 6,1 МэВ и интенсивность ГИНР на ядрах золообразующих элементов с энергией (0,84-3,73) МэВ. После временной паузы (времени задержки) 600 мкс измеряли интенсивность ГИРЗ в найденном энергетическом интервале ΔΕ=(4,42-7,21) МэВ. Зольность твердого топлива определяли по отношению величины С/О к интенсивности ГИНР с энергией (0,84-3,73) МэВ совместно интенсивностью ГИРЗ, измеренной в найденном энергетическом интервале ΔΕ при выбранном времени задержки t.В таблице представлены сопоставительные метрологические характеристики предлагаемого изобретения и прототипа.Способ Диапазон изменения зольности, % Чувствительность, проц./% абс.Прототип 16Л6 1,77Предлагаемый 16Л6 2,36Предлагаемый способ импульсного нейтронного зондирования характеризуется повышенной чувствительностью к зольности в условиях ее значительной изменчивости, что существенно расширяет сферу применения данного изобретения.ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯСпособ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых, основанный на облучении среды импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрации гаммаизлучения неупругого рассеяния (ГИНР) быстрых нейтронов на ядрах углерода и кислорода (величина отношения С/О) и золообразующих элементов (Al, Si, S, Ca, Fe), отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах твердого топлива с минимальной и максимальной зольностью: измеряют спектры нейтронного гамма-излучения радиационного захвата (ГИРЗ) тепловых нейтронов в энергетической области (4,93-7,72) МэВ при различном времени задержки, находят энергетический интервал ΔΕ в области (4,93-7,72) МэВ, при котором обеспечивается максимальная контрастность интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, выбирают время задержки t таким, чтобы обеспечить максимальную контрастность измеренной в найденном энергетиче- 2 044472 ском интервале ΔΕ интенсивности ГИРЗ от стандартных образцов с минимальной и максимальной зольностью, а зольность твердого топлива определяют по отношению величины С/О к интенсивности ГИНР с энергией (0,84-3,73) МэВ совместно с интенсивностью ГИРЗ, измеренной в найденном энергетическом интервале ΔΕ при выбранном времени задержки t.Евразийская патентная организация, ЕАПВРоссия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA044472B1 true EA044472B1 (ru) | 2023-08-30 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4566114A (en) | X- and γ-Ray techniques for determination of the ash content of coal | |
| Paris et al. | Discrimination of moist oil shale and limestone using laser induced breakdown spectroscopy | |
| EA044472B1 (ru) | Способ импульсного нейтронного зондирования для оценки качества твердых полезных ископаемых | |
| RU2468195C1 (ru) | Способ определения местоположения фронта внутрипластового горения в нефтяных залежах | |
| EA037999B1 (ru) | Нейтронно-физический способ контроля качества твердого топлива | |
| EA042340B1 (ru) | Способ инструментального анализа сернистости угля | |
| EA046310B1 (ru) | Нейтронно-физический способ определения пирита в угле | |
| Borsaru et al. | Bulk analysis using nuclear techniques | |
| EA042425B1 (ru) | Инструментальный способ контроля влажности минерального сырья сложного состава | |
| RU2432571C1 (ru) | Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для определения эффективного атомного номера материала | |
| EA042865B1 (ru) | Нейтронный способ оценки качества угля | |
| EA042354B1 (ru) | Нейтронный способ двухзондового измерения влажности сложного вещества | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| EA044929B1 (ru) | Инструментальный способ определения выхода летучих веществ в твердом топливе | |
| EA044767B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа минерального сырья | |
| EA044857B1 (ru) | Ядерно-геофизический способ анализа руд | |
| EA034998B1 (ru) | Способ анализа многокомпонентного вещества | |
| EA044540B1 (ru) | Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля | |
| EA039075B1 (ru) | Нейтронный-гамма способ контроля качества угля | |
| Pak et al. | Neutron gamma-method for monitoring ash content of coal | |
| EA038411B1 (ru) | Гамма-альбедный способ определения плотности руд сложного состава | |
| EA042305B1 (ru) | Гамма-альбедный способ анализа горно-металлургического сырья | |
| EA035021B1 (ru) | Способ контроля влажности руды сложного состава | |
| AU772405B2 (en) | Method and apparatus for on line analysis |