SU1083100A1

SU1083100A1 - Method and device for fluorescent x-ray radiometric analysis of substance compositition

Info

Publication number: SU1083100A1
Application number: SU833558720A
Authority: SU
Inventors: Михаил Борисович Энкер; Александр Николаевич Лезин; Геннадий Ефимович Колесов; Сергей Юрьевич Коломицин; Николай Петрович Пуха
Original assignee: Казахский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.С.М.Кирова
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1984-03-30

Abstract

1. Способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийс в облучении его и вторичной мишени рентгеновским . или гамма-излучением, регистрации сцинтилл ционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучени определ емого элемента и элементов вторичной мишени и рассе нного исследуемым ,не-, « СОЮЗЙМ 1J 1. A method of fluorescent X-ray radiometric analysis of the composition of a substance, which consists in irradiating it and the secondary target with an X-ray. or gamma radiation, scintillation detection or proportional detector of the characteristic x-ray radiation of the detected element and elements of the secondary target and scattered by the studied, non-, SOYUZYM 1J

Description

Изобретение относитс к флуоресцентному рентгенорадиометрическому анализу, примен емому дл определени содержани элементов в средах сложного состава. Известен способ рентгенорадиометри ческого анализа, в котором исследуемое вещество облучают потоком J -кван тов, регистрируют интенсивности флуоресцентного рентгеновского излучени определ емого элемента и рассе нного излучени пропорциональным или сцинтилл ционным счетчиком, и наход т содержание определ емого элемента по соотноше.нию измеренных интенсивностей Си. При этом способе анализа существен но улучшить точность определени малых содержаний можно за счет снижени величины инструментальной погрешности . Эта погрешность в реальном рентгенорадиометрическом анализаторе св зана в основном с нестабильностью коэффициента преобразовани дифференциального дискриминатора. Наиболее близким к предлагаемому вл етс способ флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающийс в облучении его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением,регистрации сцинтилл ционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучени определ емого элемента и элементов вторичной мишени и рассе нного исследуемым веществом первичного излучени и нахождении содержани определ емого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучени и рассе нного излучени С2.. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство дл рентгеноради метрического анализа вещества, содер жащее источник первичного излучени , расположенный в коллимационном канале вторичные мишени, прободержатель и сцинтилл ционный чИли пропорциональный детектор в коллимационном кана,ле СЗЗ. Излучение вторичной мишени исполь зуют дл стабилизации положени спек тра. Это значительно усложн ет установку , снижает полезную импульсную загрузку спектрометра, но не устран ет дрейф порогов дифференциального дискриминатора. Поэтому определение с достаточной точностью малых содерж ний элементов затруднительно. 1 0 Цель изобретени - повышение точности определени малых содержаний элементов путем уменьшени величины инструментальной составл ющей погрешности . Поставленна цель достигаетс согласно способу флуоресцентного рентгенорадиометрического анализа состава вещества, заключающемус в облучении его и вторичной мишени рентгеновским или гамма-излучением, регистрации сцинтилл ционным или пропорциональным детектором характеристического рентгеновского излучени определ емого элемента и элементов вторичной мишени и рассе нного исследуемым веществом первичного излучени и нахождении содержани определ емого элемента по отношению интенсивностей его характеристического излучени и рассе нного излучени , при котором вторичную мишень изготавливают из двух или более элементов с атомным номером на 1-3 единицы меньше, чем атомный номер определ емого элемента, а интенсивности их характеристического излучени подбирают так, чтобы в области спектра вторичного излучени , где регистрируетс аналитическа Лини определ емого элемента, образовалось плато. В устройстве дл рентгенорадиометрического анализа состава вещества, содержащем источник первичного излучени , расположенный в коллимационном канале, вторичные мишени, прободержатель и сцинтилл ционньй или пропорциональный детектор в коллимационном канале, вторичные мишени расположены в коллимационном канале детектора и выполнены с возможностью регули-. ровани их площадей и расположени относительно оси коллимационного канала. На фиг. 1 изображены спектры вто-. ричного излучени без подсветки (крива ,1) и с подсветкой (крива 2); на фиг. 2 - устройство дл реализации способа. Рассмотрим возможность такой формулировки спектра на примере определени W по К-серии с использованием сцинтилл ционного спектрометра на основе Nal(T), ФЭУ-35 и дифференциального радиометра. Источником первичного излучени служит радионуклид селен-75 активностью 400 мКи. Энергетическое разрешение по линии с энергией 59,6 кэВ (излучение Ат-241) составл ет 14% при сохранении линейности энергетической шкалы. 31 Сравнительно низка разрешающа способность спектрометра приводит к наложению в приборном спектре пика вылета от неко1ерентного рассе нного излучени с энергией 124 кэВ, 138 кэ максимума обусловленного некогерентным рассе нием линии 96 кэВ (обозначим их суммарную интенсивность J и характеристическим излучением опре дел емого элемента . Приборный спектр становитс сложным и при близ ких к пороговым концентраци м опреде л емого элемента в пробе в рабочем канале спектрометра (при определении вольфрама, например, рабочий канал настроен на интервал энергий 55,461 ,9 кэВ) вно выраженного максимума счета (фиг. 1, крива 1) не наблюдаетс , измерени провод тс на склоне пика 3 , Так при определении вольфрама изменение коэффициента усилени (или порога дискриминации U) на +2% приводит к флуктуаци м скорости счета на . С другой стороны, при использоваНИИ анализатора импульсов с посто нной шириной дифференциального окна цена канала также будет зависеть от и и, хот и менее заметно (в при веденном примере ошибка в измерений скорости счета вследствие изменени цены канала составит +27„} . Учитыва , что реальна статистическа погрешность измерений не превышает 0,1-0,2%, требуетс стабилизаци или настройка К и Ид с точностью не хуж 0,02-0,04%, что практически выполнимо лишь при использовании многоканальных систем с машинной обработкой приборных спектров. Прием формировани вторичного спектра дл снижени Vj, заключаетс в искусственном .добавлении в него фотонов определенных энергий так,. чтобы рационально видоизменить форму спектра в рабочем кангше (область а-с( на фиг. 1). Спектральна добавка излучени должна обладать определенными свойствами, основными из которы вл ютс : в области oi-oi спектра на эталоне с близким к Д содержанием определ емого элемента дополнительные линии создают плато; скорост счета на плато должна падать при уве личении UA так, чтобы Э.З/йK . ЭЗ/сМ1д компенсировалось изменением цены канала ЭЕ/зеУд в шкале сигналов детектора; вклад дополнительного из0 4 лучени в общую скорость счета в рабочем канале- должен быть минимальным. Перечисленным услови м отвечает характеристическое излучение двух и более мишet eй с ZiZ,, возбуждаемых рассе нным пробой первичным излучением , но не возбуждаемых аналитической линией, т.е. энергии К-скачков мишеней Е II удовлетвор ют м Е . . Е . Е. , где E.J, Е д.; - энергии аналитической линии и первичного излучени соответственно . Толщина и площадь мишеней, располагаемых в коллиматоре вторичного излучени , подобраны так, что приборный спектр суммарного вторичного излучени пробы C,jy 0,010% и мишеней в области энергий а-см прин л вид, показанный на фиг. 1, крива 2. В этом случае изменение коэффициента усили прибора или порога дискриминации анализатора на приводит к 0,02% погрешности измерени аналитической линии. При работе по способу спектральных отношений основна погрешность в определении аналитического параметра п -З- обусловлена неточностью определени некогерентного рассе нного пробой излучени Здц. Относительна чувствительность метода S составл ет 220% и уменьшаетс незначительно (15%) по сравнению с традиционным вариантом измерений. Расчетное значение пороговой чувствительности РРМ определени вольфрама при V 0,3% составл ет 0,006%W. Проведенна оценка подтверждена результатами испытаний методики анализа вольфрамовых руд. В классе содержаний 0,02-0,05% среднеквадратична погрешность единичного определени (врем анализа 5 мин) составл ет по предлагаемой методике 17%, что соответствует пороговой концентрациИО,006%К. Устройство пpeдcтaвд ef собой свинцовый датчик 3, в котором размещен источник 4 первичного излучени и выполнены каналы-коллиматоры дл формировани первичных 5 и вторичных 6 пучков излучений. В коллимационном канале 6 вторичного излучени расположены два микрометрических винта 7, к поверхности которых приклеены мишени 8. Враща микрометрический винт 7, можно измен ть положение мишеней 8 относительноThe invention relates to a fluorescent X-ray radiometric analysis used to determine the content of elements in media of complex composition. A known X-ray radiometric analysis method in which the test substance is irradiated with a stream of J-quanta, records the intensity of the fluorescent X-rays of the element being detected and the scattered radiation is proportional or scintillating the counter, and find the content of the element being determined by the ratio of the measured intensities C. With this method of analysis, it is possible to significantly improve the accuracy of the determination of small contents by reducing the magnitude of the instrumental error. This error in the real X-ray radiometric analyzer is mainly due to the instability of the transformation coefficient of the differential discriminator. The closest to the present invention is a method for fluorescent X-ray radiometric analysis of the composition of a substance, which consists in irradiating it and the secondary target with x-rays or gamma rays, registering with the scintillation or proportional detector the characteristic x-rays of the detected element and the elements of the secondary target and scattered by the test substance of the primary radiation and finding the content of the element being determined in relation to the intensity of its characteristic radiation scattered radiation C2 .. The closest to the proposed apparatus is rentgenoradi metric analysis substance contains zhaschee primary radiation source disposed in the secondary channel collimation target sample carrier and Chile proportional scintillation detector collimation Kan, les SPZ. The radiation of the secondary target is used to stabilize the position of the spectrum. This greatly complicates the installation, reduces the useful pulse loading of the spectrometer, but does not eliminate the drift of the thresholds of the differential discriminator. Therefore, the determination with sufficient accuracy of small contents of elements is difficult. 1 0 The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the small contents of elements by reducing the magnitude of the instrumental component of the error. The goal is achieved according to the method of fluorescent X-ray radiometric analysis of the composition of a substance, which consists in irradiating it and the secondary target with x-ray or gamma radiation, registering with the scintillation or proportional detector the characteristic x-ray radiation of the element being detected and the elements of the secondary target and scattered by the substance under investigation and finding the content of the element being determined in relation to the intensity of its characteristic radiation and scattered radiation, in which the secondary target is made of two or more elements with an atomic number of 1-3 units less than the atomic number of the element being determined, and the intensities of their characteristic radiation are selected so that in the region of the secondary radiation spectrum where the analytical The line of a definable element formed a plateau. In a device for X-ray radiometric analysis of the composition of a substance containing a source of primary radiation, located in the collimation channel, secondary targets, a sample holder and a scintillation or proportional detector in the collimation channel, the secondary targets are located in the collimation channel of the detector and are adjustable. their area and location relative to the axis of the collimation channel. FIG. 1 shows the spectra of the second. radiation without illumination (curve, 1) and with illumination (curve 2); in fig. 2 - a device for implementing the method. Let us consider the possibility of such a spectral formulation by the example of determining the W from the K-series using a scintillation spectrometer based on Nal (T), PMT-35, and a differential radiometer. The source of primary radiation is the selenium-75 radionuclide with an activity of 400 mCi. The energy resolution of the line with an energy of 59.6 keV (At-241 radiation) is 14% while maintaining the linearity of the energy scale. 31 The comparatively low resolution of the spectrometer leads to an overlap in the instrument spectrum of the peak of emission from incoherent scattered radiation with an energy of 124 keV, 138 ke of the maximum due to the incoherent scattering line of 96 keV (we denote their total intensity J and the characteristic radiation of the element being determined. Instrument spectrum It also becomes difficult to close to threshold concentrations of a certain element in a sample in the working channel of the spectrometer (in determining tungsten, for example, the working channel is tuned over the energy interval 55.461, 9 keV), an explicitly pronounced maximum of the count (Fig. 1, curve 1) is not observed, measurements are made on the slope of peak 3. On the other hand, when using a pulse analyzer with a constant differential window width, the price of a channel will also depend on and, although less noticeable (in the example, the error in measurements of counting rate due to a change in the channel price will be +27 „} . Taking into account that the real statistical error of measurements does not exceed 0.1-0.2%, stabilization or adjustment of K and Id is required with an accuracy not of 0.02-0.04%, which is practically feasible only when using multichannel systems with machine processing spectra. The reception of the formation of the secondary spectrum to reduce Vj consists in artificially adding photons of certain energies into it, so that. in order to rationally modify the shape of the spectrum in the working range (region ac) (in Fig. 1). The spectral radiation additive must have certain properties, the main of which are: in the oi-oi region of the spectrum on the reference with a close to D content of the element being determined additional lines create a plateau; the counting rate on the plateau should decrease as the UA increases so that E3 / Q. EZ / cM1d is compensated by the change in the price of the EE / ZeU channel in the scale of the detector signals; the contribution of the additional 4 rays to the total count rate in the working channel-d The conditions listed are met by the characteristic radiation of two or more mice e ZiZ, excited by the scattered breakdown by the primary radiation, but not excited by the analytical line, i.e., the K-jump energy of the E II target is satisfied by E. E. E., where EJ, E d., Are the energies of the analytical line and primary radiation, respectively. The thickness and area of targets located in the secondary radiation collimator are selected so that the instrument spectrum of the total secondary radiation of sample C, jy is 0.010% and targets in the region energies a-cm p The view shown in FIG. 1, curve 2. In this case, the change in the coefficient of the instrument force or the discrimination threshold of the analyzer does not lead to a 0.02% error in measuring the analytical line. When working according to the method of spectral ratios, the main error in determining the analytical parameter n-3 is due to the inaccuracy of determining the incoherent scattered radiation from Jdc. The relative sensitivity of method S is 220% and decreases slightly (15%) compared with the traditional measurement option. The calculated threshold sensitivity of the PMP for the determination of tungsten at V 0.3% is 0.006% W. The assessment is confirmed by the results of tests of the method of analysis of tungsten ores. In the class of contents of 0.02-0.05%, the standard error of a single determination (analysis time 5 min) is 17% according to the proposed method, which corresponds to a threshold concentration of AI, 006% K. The device is an ef lead sensor 3, in which the source 4 of the primary radiation is placed and the collimator channels are made to form the primary 5 and secondary 6 beams of radiation. In the collimation channel 6 of the secondary radiation, there are two micrometric screws 7, to the surface of which the targets 8 are glued. By rotating the micrometric screw 7, the position of the targets 8 relative to

оси коллимационного канала 6, а тем самым и площадь мишени 8, облучаемую вторичным излучением. Микрометрические винты 7 выполнены из материала с большим Z дл защиты детектора 9 от пр мого излучени источника 4. .the axis of the collimation channel 6, and thus the area of the target 8, irradiated by secondary radiation. Micrometer screws 7 are made of a material with a large Z to protect detector 9 from direct radiation from source 4..

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Гамма или рентгеновские кванты, испускаемые источником 4, проход через коллиматор 5, облучают пробу 10. Поток излучени от пробы через коллиматор 6 попадает в детектор 9. Часть этого потока попадает на мишен 8, вызыва их вторичное излучение, которое также регистрируетс детекTof )OM 9 и трансформирует приборный спектр.Gamma or X-ray quanta emitted by the source 4, the passage through the collimator 5, irradiate the sample 10. The radiation flux from the sample through the collimator 6 enters the detector 9. Part of this stream hits target 8, causing their secondary radiation, which is also detected by the detector) OM 9 and transforms the instrument spectrum.

Враща микрометрический винт 7 ,,измен ем интенсивность излучени от мишени 8. Использу в качестве мишеней 8 элементы, энергии К-краев поглощени которых меньше энергии рассе нного пробой излучени , можно осу ществить добавку фотонов определенных энергий так, чтобы рациональноBy rotating the micrometer screw 7, we change the radiation intensity from the target 8. Using 8 elements as targets, the energy of the K-absorption edges of which is less than the energy of the scattered radiation, it is possible to add photons of certain energies so that

видоизменить форму приборного спектра в интересующей нас области энергий .modify the shape of the instrument spectrum in the energy region of interest.

Так при определении вольфрама по К-серии с использованием сцинтилл ционного спектрометра и источника первичного излучени селен-75 характеристическое излучение вольфрама накладываетс на склон рассе нного пробой излучени . Вз в в качестве мишеней соединени иттерби и тантала, можно сформировать плато в области характеристического излучени вольфрама во вторичном спектре пробы, не содержащей вольфрама.Thus, when determining tungsten from the K-series using a scintillation spectrometer and a source of primary radiation, selenium-75, the characteristic radiation of tungsten is superimposed on the slope of the scattered radiation breakdown. Taking as targets the compounds of ytterbium and tantalum, it is possible to form a plateau in the region of the characteristic radiation of tungsten in the secondary spectrum of a sample that does not contain tungsten.

Вз в в качестве мишени хороший рассеиватель, можно видоизменить спектр в области энергий рассе нного от пробы излучени .If you take a good scatterer as a target, you can modify the spectrum in the energy range of the radiation scattered from the sample.

По сравнению с прототипом предлагаемые способ и устройство дл ег реализации при гораздо более просто технической реализации позвол ют получить большую точность определени мальлх -содержаний элементов. Предлагаемый способ внедрен,дл определени содержаний олова и вольфрама.Compared with the prototype, the proposed method and device for its implementation with much simpler technical implementation allows to obtain greater accuracy in determining the content of the elements. The proposed method is implemented to determine the contents of tin and tungsten.

Мотн. вд.Motn. in

, КМл51.9 , Kml51.9

го 5ЧМ f3./5CHM f3./

ше(кэ8higher (ke8

9090

s s

..2..2

Claims

1. The method of fluorescence x-ray analysis of the composition of the substance, which consists in irradiating it and the secondary target with X-ray. or gamma radiation, registration by a scintillation or proportional detector of the characteristic x-ray radiation of the determined element and the elements of the secondary target and scattered by the investigated primary matter and finding the content of the determined element in relation to the intensities of its characteristic radiation and scattered radiation, characterized in that, with the purpose of increasing the accuracy of determining the low contents of elements by reducing the instrumental component of the error, secondary target made of two or more elements with atomic number by 1-3 units lower than the atomic number of the element, and the intensity of their characteristic radiation is selected so that in the spectrum of the secondary radiation, § where recorded analytical line of the element, formed plateau.

2. A device for x-ray radiometric analysis of the composition of the substance, containing a primary radiation source located in the collimation channel, secondary targets, a sample holder and a scintillation or proportional detector in the collimation channel, characterized in that, in order to reduce the analysis error, secondary targets located in the collimation channel of the detector and configured to control their areas and location relative to the axis of the collimation channel.

1083100 2

The invention relates to fluorescence x-ray analysis used to determine the content of elements in complex media