专利名称：双中子源煤质在线分析仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以D-T及D-D中子发生器为中子源，对煤质进行在线快速分析的仪器，属于核技术应用领域。
背景技术：
用脉冲D-T中子发生器为中子源，在线快速分析煤质(主要包括元素含量以及低位热值、全水分、灰分、挥发份)是核技 术应用领域的一大研究热点。它的原理是用脉冲D-T中子发生器发射的中子辐照煤炭样品，与煤炭中的原子核发生非弹性散射反应(主要包括C、O两种元素)以及辐射俘获反应(其它元素)，并释放出瞬发特征伽马射线。利用特征伽马射线的能量确定元素种类，利用特征伽马射线的总计数计算元素含量，再利用元素含量计算煤炭的低位热值、全水分、灰分以及挥发份。以脉冲周期为300 μ s为例，脉冲D-T中子发生器电源的工作模式一般为电源在O 10 μ S内把220V的电压升高到高压(100KV左右)，D-T中子发生器几乎不释放中子；在10 90 μ s之间保持高压不变，D-T中子发生器释放14MeV快中子；在90 100 μ s内把高压降低到220V，D-T中子发生器几乎不释放中子，但是煤炭样品中还存在快、热中子；在100 300 μ s之间保持低电压(220V左右)，D-T中子发生器不释放中子，煤炭样品在100 220 μ S之间还存在快、热中子，220 300 μ s之间几乎只存在热中子。在10 90 μ s时，D_T中子发生器释放出14MeV快中子，并与煤炭中的原子核发生非弹性散射，慢化后的热中子与煤炭中的原子核发生辐射俘获，这两种伽马射线的叠加谱简称为全谱。所以，全谱的检测时间只有80μ S，俘获谱(辐射俘获所释放的伽马射线谱)的检测时间也只有80 μ s (220 300 μ s)。从上述分析可以看出，以脉冲D-T中子发生器为中子源对煤质进行快速分析有以下两个明显的缺点I.测量时间长在每个检测周期中，全谱和俘获谱的检测时间都只有80μ S，仅为周期的26. 7%，浪费了大量的时间，增加了测量时间。2.系统误差大以检测时间15分钟为例，电源需要在高压和低压之间转换3X IO6次，虽然每次转换所引起的误差很小，但是累计的误差还是较大的。煤炭中C、O两种元素的热中子俘获截面非常小，需要用非弹性散射反应释放出来的伽马射线(非弹谱)来分析其含量。它们的阈值分别为4. SMeV和6. 4MeV，所以通常选择D-T中子发生器(释放的中子能量为14MeV)为中子源。煤炭H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素的热中子俘获截面比较大，一般用俘获谱来分析它们的含量，需要热中子。在煤质分析中，热中子可以来自于快中子的慢化，也可以来自于热中子源。同位素热中子源由于具有不可关断，难防护等缺点，不适合用于煤质的在线分析。D-D中子发射器所释放的中子平均能量为2. 5MeV，远远低于C、O两种元素非弹反应的阈值，与煤炭中其它元素发生非弹反应的截面也很小。当2. 5MeV中子进入煤炭中，经过多次弹性散射，能量降低为热中子，被H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素俘获，并释放出瞬发伽马射线(俘获谱)。所以，D-D中子发射器可以作为煤质分析的热中子源。以直流D-T中子发生器为中子源获得的伽马能谱，和脉冲D-T中子发生器在10 90μ s产生的全谱一样；以直流D-D中子发生器为中子源获得的伽马能谱，和脉冲D-T中子发生器在220 300 μ s产生的俘获谱类似。所以，在煤质的在线分析中，可以用直流D-T发生器和直流D-D中子发生器的组合代替脉冲D-T中子发生器。但是，到目前为止还没有单位对它们进行过具体研究。
发明内容
为了克服现有的“脉冲中子煤质在线分析仪”的不足，本发明提供一种“双中子源煤质在线分析仪”，所要解决的技术问题是缩短检测时间，降低系统误差。
为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案是(I)检测时间的缩短为了缩短检测时间，分别建立了全谱检测系统和俘获谱检测系统。全谱检测系统主要包括直流D-T中子发生器，BGO探测器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。俘获谱检测系统主要包括直流D-D中子发生器，BGO探测器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。全谱和俘获谱同时进入一台计算机内，通过处理后输出煤质的各项指标。和“脉冲中子煤质在线分析仪”相比，检测时间缩短了 73. 3%。(2)系统误差的降低为了屏蔽D-T中子发生器内部物质与中子作用产生的非弹伽马射线进入煤箱和BGO探测器，D-T中子发生器和煤箱之间有8cm厚的铅，如果铅太厚，屏蔽伽马射线的效果虽然好，但进入煤箱的快中子少，不利于检测碳、氧两种元素；如果铅太薄，起不到屏蔽伽马射线的作用。在全谱的检测中，碳、氧两种元素的特征伽马射线数在煤层厚度为6. 2cm, 5. 3cm时分别达到最大值。因此，煤层的厚度在5. 3cm到6. 2cm之间比较适宜。经过多次试验，煤层的厚度选择为6. 0cm。在俘获谱的测量中，Si、Al、Fe、Ca、Mg的特征伽马射线数在煤层厚度分别为
10.1cm、I. 5cm、10. 4cm、11. 6cm、9. 8cm时达到最大值。因此，当煤层厚度为IOcm左右时,Si、Fe、Ca、Mg的伽马计数达到最佳值；当煤层厚度为I. 5cm时，铝的伽马计数达到最佳值。由于铝的热中子俘获截面比较大(232mb)，伽马计数多(是其它元素特征伽马计数的2. 2 105. O倍)，所以煤层厚度最终选择为10cm。在煤炭的传输过程中，煤层厚度一般都超过10cm，为了满足全谱和俘获谱的检测，本发明利用了两个BGO定位器。为了消除全谱和俘获谱之间的干扰，两个BGO定位器间的距离超过3m。
下面结合附图和实施例，进一步对本发明进行说明。附图I是本发明的结构方框图。图I中，I.直流D-D中子发生器，2.煤炭传输带，3.铅，4.直流D-T中子发生器，5.BGO探测器，6. BGO探测器，7. BGO定位器，8. BGO定位器，9.主放大器，10.多道卡(MCA)，
11.主放大器，12. MCA，13.计算机，14.煤炭。附图2是BGO定位器的立体透视图。
具体实施例方式图I中，煤炭传输带(2)和煤炭(14)自左向右匀速运动，BGO定位器(7)使BGO探测器(5)与直流D-D中子发生器(I)的轴线重合，并使两者之间的煤层厚度保持在IOcm不变。直流D-D中子发生器(I)产生的2.5MeV中子辐照在煤炭(14)内，所产生的俘获谱由BGO探测器(5)探测，经电缆传输到主放大器(9)，放大后经电缆传输到多道卡(10)，多道卡(10)按射线能量对其进行接受，并存储在计算机(13)内。直流D-T中子发生器(4)与煤炭传输带⑵之间有8cm厚的铅(3)，BGO定位器
(8)使BGO探测器(6)与直流D-T中子发生器(4)的轴线重合，并使两者之间的距离保持在14cm不变。直流D-T中子发生器(4)产生的14MeV中子辐照在煤炭(14)内，所产生的全谱由BGO探测器(6)探测，经电缆传输到主放大器(11)，放大后经电缆传输到多道卡(12)，多道卡(12)按射线能量对其进行接受，并存储在计算机(13)内。检测结束后，计算机(13)同时处理全谱和俘获谱的数据，然后输出煤质的各项指标。
权利要求
1.一种双中子源煤质在线分析仪，BGO探测器(5)放置在BGO定位器(7)内，与直流D-D中子发生器⑴的轴线重合，BGO探测器(6)放置在BGO定位器⑶内，与直流D-T中子发生器(4)的轴线重合，其特征是直流D-D中子发生器(I)和BGO探测器(5)用于测量俘获谱，直流D-T中子发生器(4)和BGO探测器(6)用于测量全谱。
2.根据权利要求I所述的双中子源煤质在线分析仪，其特征是以直流D-D中子发生器⑴为中子源测量俘获谱，BGO探测器(5)与直流D-D中子发生器(I)之间的煤层厚度为 IOcm0
3.根据权利要求I所述的双中子源煤质在线分析仪，其特征是以直流D-T中子发生器⑷为中子源测量全谱，BGO探测器(6)与直流D-T中子发生器⑷之间有6cm的煤层和8cm厚的铅(3)。
全文摘要
一种能够在线、快速、准确分析煤质的双中子源煤质在线分析仪。用直流D-T中子发生器和直流D-D中子发生器代替脉冲D-T中子发生器，可以缩短73.3％的测量时间。BGO探测器放置在BGO定位器内，与直流D-D中子发生器间有10cm厚的煤炭，此设计可以降低俘获谱的测量误差。另一个BGO探测器也放置在其定位器内，与直流D-T中子发生器之间有6cm厚的煤炭和8cm厚的铅，此设计可以降低全谱的测量误差。8cm厚的铅可以屏蔽中子发生器内部物质与中子作用产生的伽马射线进入BGO探测器，使测量精度有较大的提高。
文档编号G01N23/22GK102980904SQ201110261688
公开日2013年3月20日 申请日期2011年9月6日 优先权日2011年9月6日
发明者程道文, 李鑫, 韩冬, 王璐, 董小刚, 韦韧, 向鹏, 孙正昊, 兰民 申请人:长春工业大学