EA046319B1 - Радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в углях - Google Patents
Радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в углях Download PDFInfo
- Publication number
- EA046319B1 EA046319B1 EA202391998 EA046319B1 EA 046319 B1 EA046319 B1 EA 046319B1 EA 202391998 EA202391998 EA 202391998 EA 046319 B1 EA046319 B1 EA 046319B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- energy
- gamma radiation
- thorium
- natural
- uranium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 14
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 title claims description 10
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 35
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 19
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 claims description 14
- ZLMJMSJWJFRBEC-OUBTZVSYSA-N potassium-40 Chemical compound [40K] ZLMJMSJWJFRBEC-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N thorium Chemical compound [Th] ZSLUVFAKFWKJRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Description
Изобретение относится к физическим способам анализа углей. Оно может быть использовано в процессе разведки, добычи и переработки в горногеологической и энергетической отраслях промышленности.
Известен радиометрический способ исследования углей, основанный на измерении естественного гамма-излучения, испускаемого природными радиоактивными элементами, находящимися в составе углей (Филиппов Е.М. Ядерная разведка полезных ископаемых. Справочник. Киев. Наукова Думка, 1978, с. 588). Естественная радиоактивность ископаемых углей в основном обусловлена тяжелыми радиоактивными элементами уран-238, торий-232 и калий-40.
Распространённость этих природных радионуклидов в различных минералах и горных породах существенно меняется (Ерофеев Л.Я., Вахромеев Г.С, Зинченко B.C. и др. Физика горных пород. Изд-во Томского политехнического института, 2011, с. 520). При этом естественная радиоактивность углей различных месторождений может быть обусловлена различными радионуклидами. Интегрированные данные о содержании основных радионуклидов (интегральная интенсивность естественного гаммаизлучения) зависит от многих факторов (удельная активность радионуклида, зольность углей, степень метаморфизма, возраст и др.). Поэтому интегральный гамма-способ дает лишь качественную информацию о наличии и содержании радионуклидов в углях.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ, основанный на спектрометрии естественного гамма-излучения, испускаемого природными радионуклидами: уран-238, торий-232, калий-40 (Шашкин В. Л., Пруткина М.П. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. М. Атомиздат, 1975, с. 248). Указанные естественные радиоактивные элементы испускают гамма-излучение определенных энергий: U-238 (~1,76 МэВ), Th-232 (~2,62 МэВ), K-40 (~1,46 МэВ). Для урана и тория указаны наиболее интенсивные гамма-линии. Измеряя интенсивность гамма-излучения указанных энергий можно оценивать содержание отдельных радионуклидов в угле.
Недостатком известного способа является сравнительно низкая чувствительность анализа в условиях изменчивости содержания радионуклидов и компонентного состава углей. Это объясняется выбором не оптимальных параметров, в частности энергетических интервалов, выбираемых с точки зрения наибольшей интенсивности гамма-излучения определяемых элементов.
Задачей изобретения является повышение чувствительности определения содержания радиоактивных элементов в широком диапазоне изменения зольности и компонентного состава.
Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа и повышении чувствительности анализа.
Поставленная задача решается следующим образом. В процессе измерения интенсивности естественного гамма-излучения урана, тория и калия-40 дополнительно на стандартных образцах углей с известными содержаниями урана, тория и калия-40 измеряют энергетическое распределение естественного гамма-излучения: в энергетической области калия-40 (~1,46 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(Κ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации K-40; в энергетической области урана-238 (~1,76 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(υ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации U-238; в энергетической области тория-232 (~2,62 МэВ) находят энергетический интервал AE(Th), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации Th-232, в найденных энергетических интервалах ΔΕ(Κ), AE(U). AE(Th) измеряют соответственно интенсивности естественного гамма-излучения калия N1(K), урана N2(U), тория N3(Th), а содержание калия-40, урана-238, тория-232 определяют по измеренным в найденных энергетических интервалах интенсивностям N1(K), N2(U), N3(Th) с учетом коэффициентов вкладов, характеризующих интенсивность гамма-излучения от единичных концентраций K, U, Th в соответствующих энергетических интервалах.
Энергетическое распределение естественного гамма-излучения урана, тория и калия-40 представляет собой сложный спектр, включающий множество гамма-линий урана и тория. Имеет место наложение отдельных гамма-линий урана и тория. Ввиду сложности аппаратурной функции гамма-спектрометров наиболее характерные гамма-линии располагаются на фоне непрерывного комптоновского распределения более высокоэнергетического гамма-излучения тория (~2,62 МэВ). Все это актуализирует научнообоснованный подход к выбору оптимального энергетического интервала (ΔΕ) в области характерных гамма-линий урана, тория и калия.
На стандартных образцах угля с известными содержаниями урана, тория и калия-40 измеряют энергетическое распределение естественного гамма-излучения и находят энергетический интервал ΔΕ(Κ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации Κ-40, энергетический интервал ΔΕ(υ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации U-238, энергетический интервал ΔΕ(ΤΕ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гаммаизлучения при изменении концентрации Th-232.
- 1 046319
Такой подход к выбору оптимальных энергетических интервалов позволяет существенно повысить чувствительность анализа.
Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах углей с известными содержаниями урана, тория и калия-40 измеряют энергетическое распределение естественного гамма-излучения: в энергетической области калия-40 (-1,46 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(Κ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации K-40; в энергетической области урана-238 (-1,76 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ^), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации U-238; в энергетической области тория232 (-2,62 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(^), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации Th-232, в найденных энергетических интервалах ΔΕ(Κ), ΔΕ^), ΔΕ(^) измеряют соответственно интенсивности естественного гамма-излучения калия N1(K), урана N2(U), тория N3(Th), а содержание калия-40, урана-238, тория-232 определяют по измеренным в найденных энергетических интервалах интенсивностям N1(K), N2(U), N3(Th) с учетом коэффициентов вкладов, характеризующих интенсивность гамма-излучения от единичных концентраций K, U, Th в соответствующих энергетических интервалах.
Предлагаемый способ оценки содержания природных радиоактивных элементов апробирован на углях Экибастузского и Карагандинского месторождений. Зольность углей варьировала в интервале 1847%. Анализируемые пробы угля крупностью до 100 мм размещались в цилиндрической кювете диаметром и высотой 80 см. Детектор располагался по оси кюветы на глубине 40 см. Геометрия измерений и выбранные размеры измерительной кюветы обеспечивали максимальную эффективность регистрации естественного гамма-излучения радионуклидов Th-232, U-238 и K-40.
Энергетическое распределение естественного гамма-излучения измерялось многоканальным спектрометром АИ-1024.
Оптимальные энергетические интервалы ΔΕ(Κ), ΔΕ^), ΔΕ(^), найденные с точки зрения максимальной чувствительности, составили: ΔΕ(Κ)=1,21-1,66 МэВ, AE(U)=1,56-2,11 МэВ, ΔΕ(^)=2,32-2,96 МэВ.
В процессе испытаний проанализировано 18 проб углей, в которых зольность менялась в диапазоне 18-47%. На каждой пробе измерялись интенсивности гамма-излучения в найденных энергетических интервалах ΔΕ(Κ), AE(l I) и ΔΕ(^), содержание радиоактивных элементов определяли по измеренным интенсивностям N1(K), N2(U) и N3(Th) с учетом коэффициентов вкладов от единичных концентраций K, U, Th.
Сопоставительные данные о метрологических характеристиках предлагаемого способа и известного (прототипа) представлены в таблице._______________________________________________
| Способ | Диапазон изменения зольности, % | Относительная чувствительность проц. / Бк/кг |
| Прототип | 18-47 | 3,7 |
| Предлагаемый | 18-47 | 5,8 |
Предлагаемый радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в угле в сравнении с известным способом обладает повышенной чувстительностью определения естественных радионуклидов в широком диапазоне изменения зольности, что расширяет сферу применения способа.
Данное исследование финансируется Комитетом науки Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан (грант № AP 19678770).
Claims (1)
- Радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в углях, основанный на измерении естественного гамма-излучения, испускаемого природными радиоактивными элементами, отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах углей с известными содержаниями урана, тория и калия-40 измеряют энергетическое распределение естественного гамма-излучения: в энергетической области калия-40 (-1,46 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(Κ), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации K-40; в энергетической области урана-238 (-1,76 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ^), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гамма-излучения при изменении концентрации U-238; в энергетической области тория-232 (-2,62 МэВ) находят энергетический интервал ΔΕ(^), при котором обеспечивается максимальная чувствительность интенсивности гаммаизлучения при изменении концентрации Th-232, в найденных энергетических интервалах ΔΕ(Κ), ΔΕ^), ΔΕ(^) измеряют соответственно интенсивности естественного гамма-излучения калия N1(K), урана N2(U), тория N3(Th), a содержание калия-40, урана-238, тория-232 определяют по измеренным в найден- 2 046319 ных энергетических интервалах интенсивностям N1(K), N2(U), N3(Th) с учетом коэффициентов вкладов, характеризующих интенсивность гамма-излучения от единичных концентраций K, U, Th в соответствующих энергетических интервалах.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA046319B1 true EA046319B1 (ru) | 2024-02-28 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Danišík et al. | Seeing is believing: Visualization of He distribution in zircon and implications for thermal history reconstruction on single crystals | |
| RU2636401C1 (ru) | Способ определения содержания ванадия и редкоземельных элементов по гамма-активности осадочных пород | |
| EA046319B1 (ru) | Радиометрический способ оценки содержания природных радиоактивных элементов в углях | |
| Hult et al. | Quantification of uranium-238 in environmental samples using gamma-ray spectrometry | |
| Kiran et al. | Experimental and simulated study of detector collimation for a portable 3 ″× 3 ″NaI (Tl) detector system for in-situ measurements | |
| EA044540B1 (ru) | Ядерно-радиометрический способ контроля качества угля | |
| RU2432571C1 (ru) | Способ рентгеноспектрального определения эффективного атомного номера материала и устройство для определения эффективного атомного номера материала | |
| EA045116B1 (ru) | Радиометрический способ контроля качества угля | |
| Kim et al. | Uranium enrichment determination using a new analysis code for the U XKα region: HyperGam-U | |
| RU2612051C1 (ru) | Анализатор тяжелых элементов | |
| Pontecorvo | Radioactivity analyses of oil well samples | |
| Rey-Ronco et al. | Mathematical study to improve the sensitivity in the neutron activation analysis of fluorspar | |
| EA042865B1 (ru) | Нейтронный способ оценки качества угля | |
| Pak et al. | Neutron gamma-method for monitoring ash content of coal | |
| EA038855B1 (ru) | Способ двухзондового исследования сложных веществ | |
| EA039341B1 (ru) | Способ рентгенофлуоресцентного анализа угля | |
| Gafrey | Comparative studies of crude oils from some selected oil fields in Ghana using spectroscopic techniques | |
| Alonso-Sánchez et al. | Design for an asymmetrical cyclic neutron activation process for determining fluorite grade in fluorspar concentrate | |
| EA042337B1 (ru) | Способ элементного анализа угля | |
| Akimova | Spectrometric characteristics of different types of Kornyn granites | |
| EA034998B1 (ru) | Способ анализа многокомпонентного вещества | |
| Riel et al. | Spectrum of radiation background under water | |
| Maden et al. | Determination of the genesis of tertiary aged volcanic rocks in the gümüşhane (Ne Türkiye) with gamma ray spectrometer method | |
| Rey-Ronco et al. | A neutron activation technique based on deferred gamma rays applied to the quantification of fluorine in fluorspar mining samples | |
| Smith et al. | Viability of UF6 cylinder verification using the hybrid enrichment verification array |