专利名称：脉冲中子煤炭元素含量及工业分析指标在线分析装置的制作方法
技术领域：
本发明属于核技术应用领域，涉及ー种以脉冲D-T中子发生器为中子源，在线快速分析煤炭主要元素含量及エ业分析指标的装置。
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炭元素含量及エ业分析指标是核技术应用领域的研究热点之一。其原理用脉冲D-T中子发生器发射的快、热中子辐照输煤皮带上的煤炭，煤炭中的原子核与这些中子发生非弾性散射和辐射俘获反应，并释放出瞬发特征伽马射线。特征伽马射线的能量可以确定元素种类，特征伽马射线的总计数可以计算元素含量，根据主要元素含量可以实时分析出煤炭的发热量、全硫、灰分、挥发份、固定碳、水分等エ业分析指标。常用的几何配置一般为反射式(D-T中子发生器和伽马射线探測器位于输煤皮带的ー侧)和透射式(D-T中子发生器和伽马射线探測器位于输煤皮带机的两侧)。由于在线分析的煤炭厚度较大，且不稳定，一般采用反射式，即D-T中子发生器和伽马射线探测器位于输煤皮带机的下方。此设计不仅能够消除煤炭厚度的影响，还能提高伽马射线的测量效率，提高测量精度。但此设计存在两个主要问题
1、D-T中子发生器和伽马射线探測器位于输煤皮带机的ー侧，两者之间的距离非常小， D-T中子发生器产生的中子能量为14. I MeV，如果直接照射到伽马射线探測器上，不仅对其损伤大，还与其内部元素发生核反应，产生伽马射线，影响煤炭元素含量的測量精度。2、BGO (锗酸铋)探测器是常用的伽马射线探測器，其探測效率受温度的影响非常大。在线检测基本属于室外检测，BGO探測器的温度很难控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置， 所要解决的技术问题是降低BGO探測器内的快中子通量，并使BGO探測器的工作温度稳定在-4. 50C -5. 5°C之间。为了实现上述目标，本发明解决其技术问题所采用的技术方案脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置，主要包括辐射防护体、辐射防护体内的煤炭输送通道和探測装置，探測装置位于煤炭输送通道的下方；探測装置包括中子探測器、脉冲D-T中子发生器及BGO探測器，其特征是脉冲D-T中子发生器与BGO探測器之间依次有铅板a、聚 こ烯板和铅板b ；BG0探測器置于BGO探測器恒温控制系统内。一般地，本发明所述的BGO探測器恒温控制系统包括杜瓦瓶、蒸汽压カ式制冷系统和温度控制器；BG0探測器置于BGO探測器恒温控制系统的杜瓦瓶内。—种较佳的方案是，所述脉冲D-T中子发生器与BGO探測器之间的铅板a、聚こ烯板和铅板b的厚度分别为6cm、llcm和8cm。所述的辐射防护体由内向外依次包括铅层、聚こ烯层、镉层和铁层。所述煤炭输送通道包括输煤皮带和支撑板。
本发明技术的设计特点和作用如下
I.辐射防护体主要由铅层，聚こ烯层，镉层以及铁层组成，可以使本装置周围的辐射剂量满足国家GB18871-2002《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》的要求。铅层既可以快速使中子能量从14. I MeV降低到2 MeV左右，还可以屏蔽聚こ烯中的碳、氧特征伽马射线，防止其进入BGO探測器影响煤炭中碳、氧的測量精度。聚こ烯层能够进ー步慢化、热化中子，同时也能吸收部分热中子，剰余的热中子将被镉层吸收。铁层既可以保护装置内部的器件，还能够屏蔽伽马射线，減少装置周围的辐射剂量。2. BGO探測器放置BGO探測器恒温控制系统内，可以利用蒸汽压カ式制冷系统， 杜瓦瓶和温度控制器使其温度稳定在-4. 50C '5. 5°C之间。BGO探测器的温度保持在此范围内，既可以提高BGO探測器的探测效率，还可以防止伽马能谱峰位随BGO探測器的温度变化而发生漂移。3.脉冲D-T中子发生器和BGO探測器之间依次放置的铅板a，聚こ烯板和铅板 b，既可以降低BGO探測器内的快中子通量，还能够屏蔽聚こ烯板中的碳、氧特征伽马射线， 防止其进入BGO探測器影响煤炭中碳、氧的測量精度。D-T中子发生器产生的中子能量为 14. IMeV，如果直接照射到BGO探測器上，不仅对探測器的损伤大，还将与其内部的氧发生非弾性散射反应，释放出特征伽马射线，严重低影响了煤炭中的氧元素測量精度。铅板a的厚度为6cm，可以使大部分中子的能量迅速降低到2 MeV，然后再用Ilcm厚的聚こ烯板以及 8cm厚的铅板b对这些中子进ー步慢化、吸收。和没有铅板a，聚こ烯板和铅板b比，能够到达BGO探测器的中子约为9. 1%，能量高于6. 4MeV (氧元素的非弹性散射反应阈值)的中子低于0. 8%。本发明的有益效果是，通过设计BGO探測器恒温控制系统和脉冲D-T中子发生器与BGO探測器之间的铅板a，聚こ烯板和铅板b，可以提高探测效率，避免峰位漂移，降低BGO 探測器内的中子通量，減少聚こ烯板内的碳、氧特征伽马射线进入BGO探測器，从而大幅度地提高了煤炭元素分析的精度，从而提高了エ业分析指标的精度，使其达到在线检测的要求。
下面结合附图和实施例，进ー步对本发明进行说明。附图I是本发明实施例在线分析装置的截面结构示意图；图2是实施例中BGO探测器恒温控制系统的结构示意图。图中，I-镉层；2_铅层；3_中子探測器；4_脉冲D-T中子发生器；5_铅板a ;6_聚 こ烯板；7_铅板b ;8-BG0探測器恒温控制系统；9-BG0探測器;10_聚乙烯层;11_铁层； 12-输煤皮带；13_煤炭；14_支撑板；15-杜瓦瓶；16_蒸汽压カ式制冷系统；17-温度控制器。
具体实施例方式实施例本实施例结构，如附图I所示，主要包括辐射防护体、辐射防护体内的煤炭输送通道和探測装置，探測装置位于煤炭输送通道的下方；探測装置包括中子探測器
(3)、脉冲D-T中子发生器(4)及BGO探測器(9)，其主要改进是脉冲D-T中子发生器(4)与BGO探测器(9)之间依次有铅板a (5)、聚こ烯板(6)和铅板b (7)；BG0探测器(9)置于BGO 探測器恒温控制系统(8)内。实施例中，如附图I所示，辐射防护体由内到外依次是铅层(2)，聚こ烯层(10)，镉层(I)和铁层(11)，其它部件都位于铅层(2)的内部。煤炭(13)位于输煤皮带(12)的上方，输煤皮带(12)在支撑板(14)上沿垂直纸面向里的方向滑动。中子探測器(3)，脉冲D-T 中子发生器(4)，铅板a (5)，聚こ烯板(6)，铅板b (7)以及BGO探測器(9)都位于支撑板
(14)的下方,被支撑板(14)保护着。图2中，BGO探測器恒温控制系统(8)是由杜瓦瓶(15)、蒸汽压カ式制冷系统(16) 和温度控制器(17)构成的。BGO探測器(9)位于杜瓦瓶(15)内，温度保持在-4. 5°C _5. 5°C 之间。脉冲D-T中子发生器(4)产生的中子，如果能够进入煤炭(13)，将与煤炭(13)内部的原子核发生核反应；如果射向BGO探測器(9)，在传播过程中依次被铅板a (5)，聚こ烯板(6)，铅板b (7)慢化、吸收，到达BGO探測器(9)的中子能量几乎都小于氧元素非弾性散射反应的阈值，对煤炭氧含量的測量几乎没有影响；射向其它方向的中子依次被铅层(2)， 聚こ烯层(10)，镉层(1)，铁层(11)慢化吸收。煤炭(13)中的元素与中子作用产生的特征伽马射线，如果射向BGO探测器(9)， 将被BGO探測器(9)探測，并用于计算煤炭元素的含量；如果射向其它方向，将依次被铅层
(2)，聚こ烯层(10)，镉层(1)，铁层(11)吸收。聚こ烯层(10)中的碳、氧两种元素与中子作用产生的特征伽马射线，如果射向 BGO探測器(9)，将被铅板b (7)吸收，无法到达BGO探測器(9);如果射向其它方向，将被吸收，对测量精度没有影响。聚こ烯板(6)中的碳、氧两种元素与中子作用产生的特征伽马射线，如果射向铅层
(2)内部，将被铅层(2)吸收，不影响测量精度；如果射向其它方向，也将被吸收。
权利要求
1.脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置，包括辐射防护体、辐射防护体内的煤炭输送通道和探測装置，探測装置位于煤炭输送通道的下方；探測装置包括中子探測器、脉冲D-T中子发生器及BGO探測器，其特征是脉冲D-T中子发生器与BGO探測器之间依次有铅板a、聚こ烯板和铅板b ；BG0探測器置于BGO探測器恒温控制系统内。
2.根据权利要求I所述的脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置，其特征是BGO探測器恒温控制系统包括杜瓦瓶、蒸汽压カ式制冷系统和温度控制器。
3.根据权利要求I或2所述的脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置， 其特征是BGO探測器置于BGO探測器恒温控制系统的杜瓦瓶内。
4.根据权利要求I所述的脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置，其特征是脉冲D-T中子发生器与BGO探測器之间的铅板a、聚こ烯板和铅板b的厚度分别为6cm、 Ilcm 和 8cm。
5.根据权利要求I所述的脉冲中子煤炭元素含量及エ业分析指标在线分析装置，其特征是辐射防护体由内向外依次包括铅层、聚こ烯层、镉层和铁层。
6.根据权利要求I所述的脉冲中子煤炭元素含量及ェ业分析指标在线分析装置，其特征是煤炭输送通道包括输煤皮带和支撑板。
全文摘要
本发明属于核技术应用技术领域，涉及脉冲中子煤炭元素含量及工业分析指标在线分析装置。包括辐射防护体、辐射防护体内的煤炭输送通道和探测装置，探测装置位于煤炭输送通道的下方；探测装置包括中子探测器、脉冲D-T中子发生器及BGO探测器，其特征是脉冲D-T中子发生器与BGO探测器之间依次有铅板a、聚乙烯板和铅板b；BGO探测器置于BGO探测器恒温控制系统内，温度保持在-4.5℃~-5.5℃之间。本发明不受煤种变化、输煤皮带速度、煤层厚度变化、煤炭粒度等参数影响，煤质参数测量精度高。
文档编号G01N23/06GK102608141SQ20121007980
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月23日 优先权日2012年3月23日
发明者张国栋, 李仁刚, 程道文, 谷德山, 黄向阳 申请人:南京龙源环保有限公司