RU2490674C1

RU2490674C1 - Nuclear-physical method of assaying mining and geological objects and apparatus for realising said method

Info

Publication number: RU2490674C1
Application number: RU2012116873/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Обручков
Original assignee: Александр Иванович Обручков
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-08-20

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: pulsed neutron source is lowered onto the surface of an ore mass and activated; a radiation detector, previously shielded from neutrons, is then lowered at the same point and analytical radiation of the formed isotopes is detected, wherein a radiator, which is located in a protective collimator shield, which prevents direct action on the detectors, which jointly and simultaneously with the radiator are lowered onto a pre-levelled and bared assayed surface, and during operation of the pulse generator record spectra of gamma-radiation of inelastic scattering of fast neutrons, spectra of gamma-radiation of radiation capture of slow neutrons and the flux of scattered neutrons; at the end of the irradiation process, the collimator shield, along with the radiation source and detectors, is raised, moved and lowered such that the gamma-radiation detector is placed on the assayed surface which was exposed with maximum neutron flux density and spectra of gamma-radiation of the formed isotopes are recorded; the obtained measurement results are compared with results of similar measurements on a surface with known content of determined elements and having material composition which is averaged for the investigated object.EFFECT: high quality of assaying mining and geological objects.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к методам неразрушающего контроля элементного состава вещества и предназначен в основном для ревизии на предмет выявления новых полезных элементов добытых в процессе извлечения из недр и попавших в отвалы «пустой» породы. Такие элементы при разведке и оценке месторождения в определенное время не представляли практического интереса из-за отсутствия на них промышленного спроса. Они могут присутствовать и в кондиционных рудах и проходить все этапы технологической переработки и частично даже извлекаться (на их извлечение не акцентировалось основное внимание). Ядерно-физическое опробование может выполняться и на хвостохранилищах перерабатывающих предприятий. Метод может оказаться незаменимым при выполнении поисковых и разведочных работ на такие месторождения. В последнее время большой промышленный интерес возник к элементам редко метальной группы, образующей редко земельные металлы (РЗМ), включая иттрий и скандий. Они не образуют отдельных месторождений и обычно входят в состав руд на другие элементы.The invention relates to methods for non-destructive testing of the elemental composition of a substance and is intended mainly for revision to identify new useful elements mined in the process of extraction from the bowels and dumped in waste rock. Such elements during exploration and evaluation of the deposit at a certain time were not of practical interest due to the lack of industrial demand for them. They can also be present in conditioned ores and go through all stages of technological processing and even partially be extracted (their extraction was not focused on). Nuclear-physical testing can be carried out at tailings of processing plants. The method may be indispensable when performing prospecting and exploration work on such deposits. Recently, great industrial interest has arisen in the elements of the rarely metal group, which rarely forms earth metals (REM), including yttrium and scandium. They do not form separate deposits and are usually part of ores for other elements.

В литературе широко освещены ядерно-физические методы контроля состава вещества, где специально подготовленные пробы подвергаются нейтронной активации в ядерных реакторах и ли их подергают облучению с использованием нейтронных генераторов. Они могут также активироваться жестким тормозным гамма-излучением на ускорителях. Практическая реализация таких методов требует предварительного отбора проб и их подготовка (дробления, сушка, усреднения). Кроме того пробы должны быть доставлены на объект облучения, выдержки и измерения. Все это снижает оперативность (эксспресность) получения информации. В то же время ядерно-активационные методы обладают низким порогом обнаружения, высокой точностью, воспроизводимостью получаемых результатов.Nuclear physics methods for controlling the composition of a substance are widely covered in the literature, where specially prepared samples undergo neutron activation in nuclear reactors and whether they are irradiated using neutron generators. They can also be activated by hard inhibitory gamma radiation at accelerators. The practical implementation of such methods requires preliminary sampling and their preparation (crushing, drying, averaging). In addition, samples should be delivered to the object of exposure, exposure and measurement. All this reduces the efficiency (expressness) of information. At the same time, nuclear-activation methods have a low detection threshold, high accuracy, reproducibility of the results.

Аналогом ядерно-физического способа опробования может являться активационный анализ вообще и конкретно нейтронно-активационный. Во всех случаях для его осуществления необходимо наличие первичного излучателя и детектора аналитической линии. Обычно активационный анализ выполняется с небольшими навесками, которые активируются в реакторах или в зонах мишеней большеточных ускорителей. После чего облученные пробы могут, выдерживаться и за тем регистрируется энергетический спектр излучения образовавшихся изотопов. Перенесения лабораторных методов непосредственно на горно-геологические объекты не всегда будет правомочно из-за возникновения большого количества факторов, искажающих конечные результаты.An analogue of the nuclear-physical testing method can be an activation analysis in general and specifically a neutron-activation one. In all cases, its implementation requires the presence of a primary emitter and an analytic line detector. Usually, activation analysis is performed with small weights that are activated in reactors or in target zones of large-scale accelerators. After that, the irradiated samples can be aged and then the energy spectrum of the radiation of the formed isotopes is recorded. Transfer of laboratory methods directly to mining and geological objects will not always be legal due to the emergence of a large number of factors that distort the final results.

В качестве близкого аналога опробования можно принять принцип, реализуемый в устройстве SU 1702775, где с помощью винтовой передачи на поверхность горнорудной массы поочередно опускается генератор нейтронов и детектор, регистрирующий аналитические линии излучения образовавшихся изотопов. Здесь метод хотя и применим для экспресс-анализа в шахтных вагонетках, но для условий открытой поверхности такой вид опробования практически не применим. Денудационные процессы на открытой поверхности могут существенно изменять распределение РЗМ. Для исключения влияния этого эффекта необходимо обнажать исследуемую поверхность опробования. Активацию многих элементов (таких, как золото) можно осуществлять с помощью тормозное гамма-излучение высокой энергии. В шахтных условия для экспресс анализа получения такого излучения очень затруднительно, а на поверхности в принципе можно это осуществить, располагая его на автотранспорте или прицепе. Можно значительно улучшить качество опробования, если непосредственно в процессе активации регистрировать спектры гамма-излучения неупругого рассеяние быстрых нейтронов и спектры излучения захвата тепловых нейтронов. Интенсивность линий каждого вида излучений пропорционально количеств ядер определяемых элементов.As a close analogue of testing, we can take the principle implemented in the SU 1702775 device, where, using a helical transmission to the surface of the ore mass, the neutron generator and detector, which registers the analytical emission lines of the formed isotopes, are alternately lowered. Here, although the method is applicable for express analysis in mine trolleys, this type of testing is practically not applicable for open surface conditions. Denudation processes on an open surface can significantly change the distribution of rare-earth metals. To exclude the effect of this effect, it is necessary to expose the test surface. The activation of many elements (such as gold) can be accomplished using high energy inhibitory gamma radiation. In mine conditions, it is very difficult to expressly obtain such radiation in a mining environment, and on the surface, in principle, this can be done by locating it on vehicles or trailers. The quality of testing can be significantly improved by directly registering in the process of activation the gamma-ray spectra of inelastic scattering of fast neutrons and the emission spectra of thermal neutron capture. The intensity of the lines of each type of radiation is proportional to the number of nuclei of the determined elements.

В качестве прототипа способа можно использовать принцип действия устройства для нейтронно-активационного анализа (SU 1702775), где нейтронный излучатель в защитном контейнере на тросах опускают на горнорудную массу, загруженную в шахтную вагонетку и за время t_об. активируют ее. После облучения нейтронный генератор поднимают и смещают, а на это место устанавливают детектор излучения и регистрируют спектр гамма-излучения, образовавшихся изотопов за период t_из.. Время перемещения излучателя и детектора будет характеризовать «остывания» t_ост. точки облучения, когда мешающие короткоживущие изотопы частично распадутся. При таком способе опробовании возможно существенное влияние рельефа поверхности горнорудной массы, а выравнивание поверхности в шахтных условиях затруднено. Здесь невозможно одновременно с активацией вести регистрацию потока рассеянных нейтронов.As a prototype of the method, you can use the principle of the device for neutron activation analysis (SU 1702775), where the neutron emitter in a protective container on the cables is lowered onto the ore mass loaded into the mine carriage and for a time t _rev. activate it. After irradiation, the neutron generator is lifted and displaced, and a radiation detector is installed at this place and the spectrum of gamma radiation generated by isotopes during the period t _{from is} recorded _. . The travel time of the emitter and detector will characterize the "cooling" t _stop. irradiation points when interfering short-lived isotopes partially decay. With this method of testing, a significant influence of the surface topography of the ore mass is possible, and surface leveling in mine conditions is difficult. Here it is impossible to simultaneously register the scattered neutron flux simultaneously with activation.

Устранением этих недостатков является целью, которая раскрывается в заявляемом изобретении, где излучатель, находящийся в защите, исключающей прямое воздействие, на систему детекторов, которые совместно и одновременно опускают, на предварительно выровненную и обнаженную поверхность, опробуемого объекта, где во время работы импульсного излучателя ведут регистрацию спектров гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов, спектры излучения радиационного захвата тепловых нейтронов и поток рассеянных нейтронов. После окончания процесса облучения защитный экран вместе с источник излучения и детекторы поднимают и перемещают так, чтобы детектор, регистрирующий спектр излучения изотопов, при повторном опускании на поверхность объекта попал на точку с максимальной активацией. Полученные результаты измерений сопоставляются с данными градуирования на поверхности с известным содержанием определяемых элементов и имеющими вещественный состав, усредненный для изучаемого объекта.The elimination of these disadvantages is the goal that is disclosed in the claimed invention, where the emitter, which is protected, excluding direct impact, on the system of detectors, which are simultaneously and simultaneously lowered, on a pre-aligned and exposed surface of the tested object, where during operation of the pulse emitter lead registration of gamma radiation spectra of inelastic scattering of fast neutrons, radiation spectra of radiation capture of thermal neutrons and the flux of scattered neutrons. After the end of the irradiation process, the protective shield, together with the radiation source and detectors, is raised and moved so that the detector recording the isotope emission spectrum, when it is lowered again to the surface of the object, reaches the point with maximum activation. The obtained measurement results are compared with the calibration data on the surface with a known content of the elements being determined and having a material composition averaged for the studied object.

Прототипом устройства, реализующий предлагаемый способ, может служить изобретение SU 1702775. Оно содержит детектор гамма-излучения и источник нейтронного излучения, находящийся в защитном экране-коллиматоре (ЭК), исключающий прямое попадание его в детектор, Они закреплены на подвижной каретке, смещающейся с помощью винтовой пары, и они повешены тросами к каретке, что обеспечивает поочередный их подъем и спуск в тоже место на поверхности изучаемого объекта. Здесь детектор гамма-излучения работает только, после прекращения активации, когда он опущен из защиты на активируемую точку на поверхности горнорудной массы. Детектор не полностью функционально используется, так при его конструктивном совмещении с нейтронным генератором и одновременном спуске на поверхность горнорудной массы возможна регистрация рассеянного нейтронного излучения, что позволит расширить возможности активационного анализа и достичь существенно более низкую величину погрешности. Подвеска детектора и импульсного нейтронного генератора (ИНГ) на тросах может создавать колебания особенно при их смещении, что ухудшит геометрию измерений или при стабилизации увеличит время экспресс-анализа. Отмеченные недостатки устранены в предлагаемом изобретении, сущность которого заключается в том, что для выполнения экспрессного опробования поверхности система импульсный источник излучения детектор в защитном экране-коллиматоре (ЭК) установлена на отдельном колесном прицепе. Внутри ЭК расположен ИНГ, окруженный защитным материалом (борированный полиэтилен в кадмиевом экране) за контуром защиты установлены спектрометрические гамма-детектор высокого энергетического разрешения и при спущенном на поверхность горном или геологическом объекте одновременно вести импульсное облучение и регистрацию в определенные периоды между импульсами спектра гамма-излучения. Спуск и подъем ЭК по направляющим осуществляется через реечную зубчатую передачу, у которой горизонтальные зубчатые рейки закреплены на двух концах вилки, перемещаемых ходовым винтом по направляющим и соединенной с гайкой винтовой передачи, эти рейки вращают зубчатые колеса неподвижно крепящиеся к каретке и тем самым обеспечивающие перемещение вертикальных зубчатых реек, жестко крепящихся с двух сторон к ЭК и тем самым выполняется спуск-подъем его. После облучения и подъема ЭК фиксируется, а вилка соединяется с кареткой и вращающий ходовой винт смещает каретку на расстояние, чтобы гамма-детектор мог опустится в точку максимальной активации поверхности опробуемого объекта и регистрировать спектр гамма-излучения образовавшихся изотопов, для обеспечения радиационной безопасности расстояние между прицепом с излучателем и тягачем с обслуживающем персоналом соединены жестким водилом с изменяемой длиной.The prototype of a device that implements the proposed method can be the invention SU 1702775. It contains a gamma-ray detector and a neutron radiation source located in a protective screen-collimator (EC), preventing it from directly entering the detector. They are mounted on a movable carriage displaced by screw pair, and they are hung by ropes to the carriage, which ensures their alternate rise and descent to the same place on the surface of the studied object. Here, the gamma-ray detector only works after the activation ceases, when it is lowered from the protection to the activated point on the surface of the ore mass. The detector is not fully functionally used, so when it is structurally combined with a neutron generator and simultaneously lowered to the surface of the ore mass, scattered neutron radiation can be recorded, which will expand the possibilities of activation analysis and achieve a significantly lower error value. The suspension of the detector and the pulsed neutron generator (ING) on the cables can create oscillations, especially when they are displaced, which will worsen the geometry of the measurements or increase the time of express analysis during stabilization. The noted disadvantages are eliminated in the present invention, the essence of which lies in the fact that to perform rapid surface testing, the system uses a pulsed radiation source detector in a protective screen-collimator (EC) mounted on a separate wheeled trailer. Inside the EC there is an ING surrounded by a protective material (borated polyethylene in a cadmium screen), a high energy resolution spectrometric gamma-detector is installed behind the protection circuit, and when a mountain or geological object is lowered to the surface, simultaneously conduct pulsed irradiation and registration at certain periods between pulses of the gamma radiation spectrum . Lowering and lifting the EC along the guides is carried out through the rack and pinion gear, in which the horizontal gear racks are fixed at two ends of the fork, moved by the lead screw along the guides and connected to the screw gear nut, these racks rotate the gears fixedly attached to the carriage and thereby ensure the movement of vertical gear racks rigidly fastened on both sides to the EC and thereby carry out its descent. After irradiation and lifting, the EC is fixed, and the fork connects to the carriage and the rotary spindle moves the carriage a distance so that the gamma detector can lower to the point of maximum activation of the surface of the test object and record the gamma radiation spectrum of the formed isotopes, to ensure radiation safety, the distance between the trailer with a radiator and a tractor with maintenance personnel are connected by a rigid carrier with a variable length.

На фиг.1 представлен измерительный комплекс, выполняющий ядерно-физическое опробование поверхности. На фиг.2 показано непосредственно облучающее и регистрирующее устройство при боковом рассмотрении, а на фиг.3 - вид этого устройства сверху.Figure 1 presents the measuring complex that performs nuclear-physical testing of the surface. Figure 2 shows the directly irradiating and recording device when viewed from the side, and figure 3 is a top view of this device.

Требование к обнаружению редкоземельных металлов (РЗМ) с низким содержанием накладывает свой отпечаток и на конструкцию активационного и детектирующего комплекса. Здесь необходимо использовать излучатель с максимальным выходом, что в свою очередь потребует достаточно мощный источник высокого напряжения. Источник излучения должен иметь надежную защиту, обеспечивающий радиационную безопасность в окружающем пространстве и конструкция защиты должна создавать направленность излучения на опробуемую поверхность. Выполнение таких требований возможно при условии использования массивных ЭК, которые могут быть только перевозимые. Они поэтому монтируются на прицепе, который тянет автомобиль высокой проходимости. На основании прицепа 1, имеющим вырез, внутри которого может перемещаться защитный ЭК 2. Внутри его установлен ИНГ 3 с направленностью испускания импульсного излучения нейтронов вертикально вниз. К боковой поверхности ЭК 2 в осевой плоскости по направлению перемещения прицепа, крепится детектор гамма-излучения 4 с высоким энергетическим разрешением. С противоположной стороны ЭК 2 в той же плоскости крепится зонд 5 с двумя детекторами первичного излучения, испускаемого ИНГом 3. Зонд 5 состоит из двух нейтронных счетчиков, расположенных на расстоянии L (длина зонда). Детекторы 4, 5 и излучатель 3 находятся на одной оси и при перемещении прицепа их траектории над опробуемой поверхностью совпадают. ЭК 2 крепится на каретке 6 и ролики на кронштейнах 7 позволяют ему перемещаться вверх, вниз с сохранением взаимной ориентировки составных частей. Каретка 6 на роликах 8 по направляющим, закрепленным на основании прицепа 1, может перемещаться. На защитном ЭК 2 с двух сторон, с боков закреплены зубчатые вертикальные рейки 9, каждая из которых связана с соответствующими зубчатыми колесами 10, крепящимися к каретке 6. Одна часть зубчатого колеса 10 контактирует с вертикальной зубчатой рейкой 9, а другая с зубчатыми горизонтальными концами 11 вилки 12, перемещающейся на роликах 13. Вилка скреплена с гайкой 14, перемещаемой ходовым винтом 15 по направляющим на роликах 16 с помощью электромотора 17. Для перемещения каретки 6 с ЭК 2 на вилке 12 установлен электромагнитный фиксатор 18, связывающий (скрепляющий) вилку 12 и каретку 6 и позволяющий перемещать каретку 6 с помощью ходового винта 15 в пределах выреза на основании прицепа 1. Основание 1 установлено на рессорной подвеске и на колесных парах 19, позволяющих, позволяющий осуществлять его разворот. Прицеп с помощью жесткого водила 20 присоединяется к тянущему автомобилю 21, имеющему два отделения, где в одном находится энергетическая установка 22, в другом регистрирующая, обрабатывающая и управляющая аппаратура 23. Питание, результаты изменений, сигналы управления подаются по кабелю 24. Аппаратура, находящаяся в ЭК 2 сверху закрыта защитной крышкой 25, здесь же в зоне мишени (точке излучения) находится монитор, контролирующий выход излучателя (на рисунке не показан). Кузов перекрыт специальной защитой 26, исключающей воздействие метеофакторов. Управление и фиксация положений ЭК 2, каретки 6 и вилки 12 выполняется с помощью концевых выключателей 27 (некоторые на фигурах не показаны).The requirement for the detection of rare-earth metals (REM) with a low content leaves its mark on the design of the activation and detection complex. Here it is necessary to use a radiator with a maximum output, which in turn will require a sufficiently powerful source of high voltage. The radiation source must have reliable protection, ensuring radiation safety in the surrounding space and the design of the protection should create radiation directivity to the tested surface. Fulfillment of such requirements is possible subject to the use of massive EC, which can only be transported. They are therefore mounted on a trailer that pulls a cross-country vehicle. Based on the trailer 1, having a cutout, inside which the protective EC 2 can move. ING 3 is installed inside it with the directivity of the emission of pulsed neutron radiation vertically downward. To the lateral surface of EC 2 in the axial plane in the direction of movement of the trailer, a gamma radiation detector 4 is attached with a high energy resolution. On the opposite side of EC 2 in the same plane is attached a probe 5 with two detectors of the primary radiation emitted by ING 3. The probe 5 consists of two neutron counters located at a distance L (probe length). Detectors 4, 5 and emitter 3 are on the same axis and when moving the trailer, their paths above the surface to be tested coincide. EC 2 is mounted on the carriage 6 and the rollers on the brackets 7 allow it to move up and down while maintaining the relative orientation of the components. The carriage 6 on the rollers 8 along the guides mounted on the base of the trailer 1 can be moved. On the protective EC 2 on both sides, vertical gear racks 9 are fixed on each side, each of which is connected with the corresponding gear wheels 10 attached to the carriage 6. One part of the gear wheel 10 is in contact with the vertical gear rack 9, and the other with the horizontal gear ends 11 forks 12 moving on rollers 13. The fork is fastened with a nut 14, moved by a lead screw 15 along the guides on the rollers 16 using an electric motor 17. To move the carriage 6 with EC 2, an electromagnetic lock 18 is installed on the fork 12, which binds ( plyayuschy) the plug 12 and the carriage 6 and allows to move the carriage 6 by a threaded spindle 15 within the notch on the basis of the trailer 1. The base 1 is mounted on a spring suspension and the wheel pairs 19, allowing that allows for its reversal. The trailer, with the help of a rigid carrier 20, is connected to the pulling car 21, which has two compartments, where the power plant 22 is located in one, the recording, processing and control equipment 23 in the other. Power, the results of changes, control signals are transmitted via cable 24. The equipment located in EC 2 is closed from above by a protective cover 25, here in the target zone (radiation point) there is a monitor that controls the output of the emitter (not shown in the figure). The body is blocked by special protection 26, excluding the impact of meteorological factors. Management and fixation of the provisions of EC 2, carriage 6 and plug 12 is performed using limit switches 27 (some are not shown in the figures).

Способ ядерно-физического опробования реализуется в работе устройства, приведенном на фиг.1-3. Как ранее было указано, основное назначение способа - это ревизия отвалов «пустых» пород, хвостохранилищ перерабатывающих предприятий на предмет обнаружения и оценки содержания РЗМ. Для исключения возможного искажения результатов верхний слой поверхности снимают на глубину 10-20 см с помощью бульдозера. Прицеп с основанием 1 соединенный с автомобилем 21, с помощью водила 20, раздвинутый на расстояние, обеспечивающее радиационную безопасность персоналу в отсеке 23. Автомобиль 21 выставляет прицеп на первую точку измерения, то есть подводит так его, чтобы излучатель 3 расположился вместе с ЭК над точкой измерения. Программно включается электродвигатель 17, вращается ходовой винт 15, гайка 14 на роликах 16 вместе с вилкой 12 и ее роликами 13 начинает перемещаться, при этом электромагнитом 18 разрывают связь между вилкой 12 и кареткой 6. Зубчатые оконечности (горизонтальные рейки) 11 на вилке 12 начинает вращать зубчатые колеса 10, а те с двух сторон через вертикальные зубчатые рейки 9 начинают опускать ЭК 2, с находящимися в нем излучателем 3, детектором гамма-излучения 4 и зондом 5. При спуске положение экрана-коллиматора 2 стабилизировано роликами на кронштейнах 7. По достижению поверхности опробования срабатывает концевой выключатель 27 и двигатель 17 выключается и устройства облучения и регистрации готово начать процесс опробования, но прежде уточним методику измерений и обоснуем применимость вида излучателя. Основой вопрос стоит, что следует выбирать в качестве излучателя? Критерием выбора может служить порог обнаружения элемента, представительность измерений портативность измерительной аппаратуры и обеспечение радиационной безопасности. Здесь можно использовать компактные ускорители, позволяющие получать интенсивные потоки тормозного гамма-излучения, позволяющие вести ревизию отвалов на предприятиях горной добычи золота, где реализуется фотоядерный активационный анализ, также он может применяться и опробования на бериллий и дейтерий. Гамма активационные методы достаточно энергоемки и сложные. На практике широко могут использоваться (ИНГ), с их помощью возможна реализация сразу нескольких нейтронных способов; регистрируя спектры гамма- излучения неупругого рассеяние быстрых нейтронов, спектры гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов, спектры гамма-излучения изотопов, образовавшихся в результате нейтронной активации и временное распределение потока рассеянных нейтронов. Нейтронные генераторы, достаточно портативны, максимальный выход при этом может достигать 5*10¹¹ нейтрон/с. Регистрируя аналитические параметры несколькими методами, возможна оценка содержания с существенно более высокой точностью. Поэтому в дальнейшем рассматриваем нейтронно-активационный вариант опробования с применением ИНГ с регулируемым выходом.The method of nuclear-physical testing is implemented in the operation of the device shown in figures 1-3. As previously indicated, the main purpose of the method is the audit of dumps of "empty" rocks, tailings of processing plants for the detection and evaluation of the content of rare-earth metals. To exclude possible distortion of the results, the upper surface layer is removed to a depth of 10-20 cm using a bulldozer. A trailer with a base 1 connected to the car 21, with the help of a carrier 20, spaced apart by a distance, ensuring radiation safety to the personnel in compartment 23. The car 21 puts the trailer at the first measurement point, that is, brings it so that the emitter 3 is located with the EC above the point measurements. The motor 17 is turned on programmatically, the spindle 15 rotates, the nut 14 on the rollers 16 together with the fork 12 and its rollers 13 begins to move, while the electromagnet 18 breaks the connection between the fork 12 and the carriage 6. The gear ends (horizontal rails) 11 on the fork 12 starts rotate the gears 10, and those on both sides through the vertical gear racks 9 begin to lower the EC 2, with the emitter 3 in it, the gamma radiation detector 4 and the probe 5. During descent, the position of the collimator screen 2 is stabilized by the rollers on the brackets 7. to achieve a surface sampling limit switch 27 and the motor 17 is turned off and irradiation unit and is ready to begin the registration process testing but before the measurement procedure will update and justify the applicability type emitter. The main question is, what should be chosen as a radiator? The selection criterion may serve as an element detection threshold, representativeness of measurements, portability of measuring equipment and ensuring radiation safety. Here you can use compact accelerators that allow you to receive intense fluxes of inhibitory gamma radiation, which allows you to audit dumps at gold mining enterprises, which implements photonuclear activation analysis, and it can also be tested on beryllium and deuterium. Gamma activation methods are quite energy intensive and complex. In practice (ING) can be widely used, with their help it is possible to implement several neutron methods at once; recording gamma radiation spectra of inelastic fast neutron scattering, gamma radiation spectra of radiation capture of thermal neutrons, gamma radiation spectra of isotopes formed as a result of neutron activation and temporal distribution of scattered neutron flux. Neutron generators are quite portable, with a maximum output of up to 5 * 10 ¹¹ neutrons / s. By registering the analytical parameters by several methods, it is possible to evaluate the content with significantly higher accuracy. Therefore, in the future, we consider a neutron-activation version of testing using ING with a controlled output.

ЭК 2 достигнув поверхности опробуемого объекта, концевым выключателем 27, выключает двигатель17 и одновременно включается ИНГ 3, где начинают испускаться нейтронные импульсы длительностью - 1÷2 мкс. После каждого импульса нейтронов, детектором 4 в течение 10 мкс регистрируется спектр гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов и заносится в память управляющего компьютера. В период от 10 мкс до 2-3 мс детектор 4 регистрирует спектр гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов и отдельно также заносится в память компьютера, одновременно с этим зонд 5, где каждым нейтронным детектором регистрируется временное распределение потока рассеянных нейтронов пределах от 100 мкс до 1.5 мс и заносится по отдельности в память компьютера. Накопление результатов регистрации ведется в течение заданного, оптимального интервала времени облучения. Затем двигатель реверсируется и включается, ходовой винт 15 вращается в обратную направлении, гайка 14 смещается в сторону двигателя 17, прокатывая ролик 16 по направляющим, горизонтальная зубчатая рейка 11 на вилке 12, вращает зубчатое колесо 10, а оно перемещает вертикальную зубчатую рейку 9 вверх и начинает поднимать ЭК 2. Достигнув верхнего положения, он фиксируется, электромагнитная защелка 18 соединяет рамку 6 с вилкой 12 и ЭК 2 вместе с рамкой перемещается на расстояние d. Защелка 18 срабатывает, разрывается связь рамки 6 и вилки 12 и движущаяся вилка горизонтальной зубчатой рейкой 11 поворачивает зубчатое колесо 10 и через вертикальную рейку 9 опускает ЭК 2 на облученную поверхность, чтобы детектор 4 установился точно на точку облучения ИНГом 3 при этом двигатель 17 концевым выключателем 27 останавливается. После этого включается регистрация спектра гамма-излучения образовавшихся изотопов. При этом ИНГ 3 и зонд 5 не включаются и не регистрируют информацию (она отсутствует). Регистрацию спектра ведут непрерывно в течении оптимально установленного времени. После окончания регистрации активационного эффекта, включается реверсированный двигатель 17 и в обратном порядке ЭК 2 приводится в исходное состояние с фиксацией электромагнитной защелкой 18. За тем автомобиль 21 тянет, с помощью водила 20, прицеп, катящийся на колесах 19 на следующую точку опробования.EC 2 having reached the surface of the object under test, with the limit switch 27, turns off the engine17 and simultaneously turns on ING 3, where neutron pulses with a duration of 1 ÷ 2 μs begin to be emitted. After each neutron pulse, detector 4 for 10 μs registers the gamma radiation spectrum of inelastic scattering of fast neutrons and is stored in the memory of the control computer. In the period from 10 μs to 2-3 ms, detector 4 registers the gamma-radiation spectrum of radiation capture of thermal neutrons and is also separately stored in the computer memory, simultaneously with probe 5, where each neutron detector records the temporal distribution of scattered neutron flux ranging from 100 μs to 1.5 ms and is entered separately into the computer's memory. The accumulation of registration results is carried out over a given, optimal interval of exposure time. Then the engine is reversed and turned on, the spindle 15 rotates in the opposite direction, the nut 14 is shifted towards the engine 17, rolling the roller 16 along the guides, the horizontal gear rack 11 on the fork 12, rotates the gear wheel 10, and it moves the vertical gear rack 9 up and starts to raise EC 2. Having reached the upper position, it is fixed, the electromagnetic latch 18 connects the frame 6 to the plug 12 and EC 2 together with the frame moves a distance d. The latch 18 is activated, the connection between the frame 6 and the fork 12 is broken and the moving fork with the horizontal gear rack 11 rotates the gear wheel 10 and lowers the EC 2 through the vertical rail 9 on the irradiated surface so that the detector 4 is positioned exactly on the point of irradiation INGom 3 with the motor 17 with a limit switch 27 stops. After this, the registration of the gamma-ray spectrum of the resulting isotopes is turned on. In this case, ING 3 and probe 5 are not included and do not register information (it is absent). The spectrum is recorded continuously for an optimal time. After registration of the activation effect is completed, the reversed engine 17 is turned on and the EC 2 is returned in the initial state with fixation by the electromagnetic latch 18. Then, the car 21 pulls, using the carrier 20, a trailer rolling on wheels 19 to the next test point.

Опробование можно вести по точкам, как уже описано выше. При этом в какой мере теряется оперативность получения информации (производительность опробования), но обеспечивается радиационная безопасность и снижается погрешность получаемых результатов. Для непрерывного опробования ЭК 2 нельзя опускать непосредственно на поверхность объекта и регистрацию информации вести между нейтронными импульсами, то есть ИНГ 3 должен быть низкочастотным и должен быть учет взаимовклада спектров гамма-излучения неупругого рассеяния, радиационного захвата и активированных изотопов. Регистрацию спектров изотопов начинают только, после отсутствия потока тепловых нейтронов, то есть приблизительно через 3÷5 мс. Время уточняется непосредственно на конкретном объекте. В процессе регистрации работы ИНГа 3 ведется контроль выхода нейтронов по показаниям мониторного канала, расположенного внутри ЭК 2, но так чтобы отсутствовало влияние на него рассеянного потока нейтронов от опробуемого пространства.Testing can be done at points, as already described above. At the same time, to what extent the efficiency of obtaining information (testing performance) is lost, but radiation safety is ensured and the error in the results obtained is reduced. For continuous testing, EC 2 cannot be lowered directly onto the object’s surface and information must be recorded between neutron pulses, that is, ING 3 must be low-frequency and account must be taken of the mutual contribution of gamma radiation spectra of inelastic scattering, radiation capture, and activated isotopes. The registration of isotope spectra begins only after the absence of a thermal neutron flux, that is, after approximately 3–5 ms. Time is specified directly at a specific object. In the process of recording the work of ING 3, the neutron yield is monitored according to the indications of a monitor channel located inside EC 2, but so that there is no influence of the diffused neutron flux from the sampled space on it.

Перед началом и после окончания прицеп устанавливается на поверхность эталонных моделей с известным содержанием элементов, на которые ведется опробование. Количество моделей определяется диапазоном ожидаемых содержаний и вариацией вещественного состава руд на участках исследуемом месторождении. Одну из моделей формируют, как нулевую, где полезный компонент отсутствует, но общий вещественный состав этой модели характеризует данное месторождение. Конструкции моделей выполнены с возможность наезда прицепа на них и выполнения всех тех операций, что ранее уже были описаны при измерениях на точках опробования. Эталонные модели изготовляются на основе бетонных смесей. При опробовании моделей определяют пересчетные коэффициенты, то есть величину интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов в интервале спектра соответствующей аналитической линии, также оценивают пересчетный коэффициент по гамма-излучению радиационного захвата, Здесь же оценивают выход нейтронов по мониторному каналу и определяют нейтронные параметры вещественного состава модели по величине декремента затухания потока тепловых нейтронов. Здесь же определяют пересчетный коэффициент случая активации изотопов, образующихся из аналитических элементов. Спектры гамма-излучения аналитических элементов могут быть осложнены присутствием (наложением) других элементов, для однозначного выделения полезной информации необходимо учитывать влияние по нескольким энергетическим интервалам. На нулевой модели определяют величину фона, который при интерпретации результатов опробования также учитывают.Before and after the trailer is installed on the surface of the reference models with a known content of the elements being tested. The number of models is determined by the range of expected contents and the variation of the material composition of the ores in the areas of the studied deposit. One of the models is formed as zero, where the useful component is absent, but the general material composition of this model characterizes this field. Model designs are made with the possibility of a trailer hitting them and performing all those operations that were previously described when measuring at the test points. Reference models are made on the basis of concrete mixtures. When testing the models, the conversion factors are determined, that is, the magnitude of the intensity of gamma radiation of inelastic scattering of fast neutrons in the spectrum interval of the corresponding analytical line, the conversion coefficient is also estimated from the gamma radiation of radiation capture. Here, the neutron yield is estimated from the monitor channel and the neutron parameters of the material composition are determined models by the magnitude of the attenuation decrement of the thermal neutron flux. Here, the conversion coefficient of the case of activation of isotopes formed from analytical elements is determined. The gamma-ray spectra of analytical elements can be complicated by the presence (overlap) of other elements, for the unambiguous selection of useful information, it is necessary to take into account the effect over several energy intervals. On the null model, the background value is determined, which is also taken into account when interpreting the results of testing.

Результаты опробования сразу же предварительно оценивают в аналитико-управляющей лаборатории 23, которые в последующем будут уточнены после окончанию рабочей смены, а также по результатам заверки опробования другими методами, например, валовым или бороздовым. Поправка вводится, если статистически обосновано наличие систематической погрешности.The test results are immediately preliminarily evaluated in the analytical and control laboratory 23, which will subsequently be refined after the end of the work shift, as well as according to the results of the test verification by other methods, for example, gross or furrow. An amendment is introduced if the presence of a systematic error is statistically justified.

Предлагаемое изобретение может практически реализовано: автомобили, прицепы серийно выпускаются промышленностью, механические детали оборудования не требуют сложных прецизионных станков, импульсные нейтронные генераторы выпускаются, промышленностью в России и за рубежом. Детекторы гамм-излучения на основе особо чистого германия (ОЧГ) и нейтронные счетчики с наполнителем ³Не тоже выпускаются промышленностью.The present invention can be practically implemented: cars, trailers are mass-produced by industry, mechanical parts of the equipment do not require complex precision machines, pulsed neutron generators are produced, industry in Russia and abroad. Gamma-ray detectors based on highly pure germanium (FGG) and neutron counters with a filler ³ Not also available in industry.

Экономическая целесообразность практического применения предлагаемого изобретения является оперативное получения информации по распределению РЗМ в старых шахтных отвалах, что позволит планировать их дальнейшую переработку и вовлечение в высокотехнологические процессы. Применение глубоко проникающего для активации среды излучения и регистрация высокоэнергетического гамма-излучения позволит обеспечить представительность единичного определения содержания на каждой точке опробования, что отличает предлагаемый способ от существующих на настоящий момент.The economic feasibility of the practical application of the invention is the prompt receipt of information on the distribution of rare-earth metals in old mine dumps, which will allow them to plan further processing and involvement in high-tech processes. The use of radiation that penetrates deeply to activate the medium and the registration of high-energy gamma radiation will ensure representativeness of a single determination of the content at each sampling point, which distinguishes the proposed method from the existing ones.

Claims

1. The nuclear-physical method of testing mining and geological objects and a device for its implementation, which consists in the fact that a pulsed neutron source is lowered to the surface of the ore mass and activated, and then a radiation detector is lowered to the same place, previously protected from neutrons, and register the analytical radiation of the formed isotopes, characterized in that the emitter is located in a protective screen-collimator, eliminating the direct effect on the recording detectors, which are jointly and simultaneously Together with the emitter, they are lowered onto a pre-aligned and exposed test surface, and during the operation of the pulsed generator, the gamma radiation spectra of inelastic scattering of fast neutrons, the gamma radiation spectra of radiation capture of thermal neutrons and the scattered neutron flux are recorded, after the screen-collimator is irradiated together with a radiation source and detectors raise, move and lower it so that the gamma-ray detector is installed on the test surface, where irradiation was carried out with the maximum neutron flux density, and the gamma-ray spectra of the formed isotopes are recorded, the obtained measurement results are compared with the results of similar measurements on the surface with a known content of the elements being determined and having a material composition averaged for the studied object.

2. A device for testing mining and geological objects, containing a system with a pulsed neutron source located in a protective screen-collimator that excludes direct neutrons from entering the detector, a carriage associated with a helical gear, which provides their alternate descent and rise to the same place on the surface of the object under study, characterized in that, in order to perform rapid surface testing, the source-detector system in the protective screen is mounted on a separate wheeled trailer and contains several children ctors and when the object is lowered onto the surface to be tested, it simultaneously irradiates and registers the gamma radiation spectra of inelastic scattering of fast neutrons, the gamma radiation spectra of thermal neutron capture, the descent and elevation of the collimator screen along the guides is carried out through a rack gear, where horizontal gear racks are fixed at two ends forks moving along the guides and connected to the screw drive nut, these racks rotate the gears fixedly attached to the carriage, and thereby ensuring They move vertical gear rails rigidly attached on both sides to the protective screen-collimator, and lower and raise it with the emitter-detector system, after irradiation and raising the collimator screen, the carriage is connected to the plug using an electromagnetic lock, and the spindle can displace the carriage along the trailer axis at a distance so that the detector can descend to the point of maximum neutron flux density on the test surface of the object and record the gamma-ray spectra of the resulting isotopes, for both baking radiation safety distance between the emitter and the trailer with the tractor with service personnel connected rigid carrier with a variable length.