專利名稱：脈沖中子煤炭元素含量及工業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，涉及ー種以脈沖D-T中子發(fā)生器為中子源，在線快速分析煤炭主要元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)的裝置。
背景技術(shù)：
用脈沖D-T中子發(fā)生器為中子源在線快速分析煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)是核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。其原理用脈沖D-T中子發(fā)生器發(fā)射的快、熱中子輻照輸煤皮帶上的煤炭，煤炭中的原子核與這些中子發(fā)生非弾性散射和輻射俘獲反應(yīng)，并釋放出瞬發(fā)特征伽馬射線。特征伽馬射線的能量可以確定元素種類，特征伽馬射線的總計(jì)數(shù)可以計(jì)算元素含量，根據(jù)主要元素含量可以實(shí)時(shí)分析出煤炭的發(fā)熱量、全硫、灰分、揮發(fā)份、固定碳、水分等エ業(yè)分析指標(biāo)。常用的幾何配置一般為反射式(D-T中子發(fā)生器和伽馬射線探測(cè)器位于輸煤皮帶的ー側(cè))和透射式(D-T中子發(fā)生器和伽馬射線探測(cè)器位于輸煤皮帶機(jī)的兩側(cè))。由于在線分析的煤炭厚度較大，且不穩(wěn)定，一般采用反射式，即D-T中子發(fā)生器和伽馬射線探測(cè)器位于輸煤皮帶機(jī)的下方。此設(shè)計(jì)不僅能夠消除煤炭厚度的影響，還能提高伽馬射線的測(cè)量效率，提高測(cè)量精度。但此設(shè)計(jì)存在兩個(gè)主要問題
1、D-T中子發(fā)生器和伽馬射線探測(cè)器位于輸煤皮帶機(jī)的ー側(cè)，兩者之間的距離非常小， D-T中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子能量為14. I MeV，如果直接照射到伽馬射線探測(cè)器上，不僅對(duì)其損傷大，還與其內(nèi)部元素發(fā)生核反應(yīng)，產(chǎn)生伽馬射線，影響煤炭元素含量的測(cè)量精度。2、BGO (鍺酸鉍)探測(cè)器是常用的伽馬射線探測(cè)器，其探測(cè)效率受溫度的影響非常大。在線檢測(cè)基本屬于室外檢測(cè)，BGO探測(cè)器的溫度很難控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置， 所要解決的技術(shù)問題是降低BGO探測(cè)器內(nèi)的快中子通量，并使BGO探測(cè)器的工作溫度穩(wěn)定在-4. 50C -5. 5°C之間。為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，主要包括輻射防護(hù)體、輻射防護(hù)體內(nèi)的煤炭輸送通道和探測(cè)裝置，探測(cè)裝置位于煤炭輸送通道的下方；探測(cè)裝置包括中子探測(cè)器、脈沖D-T中子發(fā)生器及BGO探測(cè)器，其特征是脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間依次有鉛板a、聚 こ烯板和鉛板b ；BG0探測(cè)器置于BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)內(nèi)。一般地，本發(fā)明所述的BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)包括杜瓦瓶、蒸汽壓カ式制冷系統(tǒng)和溫度控制器；BG0探測(cè)器置于BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)的杜瓦瓶?jī)?nèi)?！N較佳的方案是，所述脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間的鉛板a、聚こ烯板和鉛板b的厚度分別為6cm、llcm和8cm。所述的輻射防護(hù)體由內(nèi)向外依次包括鉛層、聚こ烯層、鎘層和鐵層。所述煤炭輸送通道包括輸煤皮帶和支撐板。
本發(fā)明技術(shù)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和作用如下
I.輻射防護(hù)體主要由鉛層，聚こ烯層，鎘層以及鐵層組成，可以使本裝置周圍的輻射劑量滿足國(guó)家GB18871-2002《電離輻射防護(hù)與輻射源安全基本標(biāo)準(zhǔn)》的要求。鉛層既可以快速使中子能量從14. I MeV降低到2 MeV左右，還可以屏蔽聚こ烯中的碳、氧特征伽馬射線，防止其進(jìn)入BGO探測(cè)器影響煤炭中碳、氧的測(cè)量精度。聚こ烯層能夠進(jìn)ー步慢化、熱化中子，同時(shí)也能吸收部分熱中子，剰余的熱中子將被鎘層吸收。鐵層既可以保護(hù)裝置內(nèi)部的器件，還能夠屏蔽伽馬射線，減少裝置周圍的輻射劑量。2. BGO探測(cè)器放置BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)內(nèi)，可以利用蒸汽壓カ式制冷系統(tǒng)， 杜瓦瓶和溫度控制器使其溫度穩(wěn)定在-4. 50C '5. 5°C之間。BGO探測(cè)器的溫度保持在此范圍內(nèi)，既可以提高BGO探測(cè)器的探測(cè)效率，還可以防止伽馬能譜峰位隨BGO探測(cè)器的溫度變化而發(fā)生漂移。3.脈沖D-T中子發(fā)生器和BGO探測(cè)器之間依次放置的鉛板a，聚こ烯板和鉛板 b，既可以降低BGO探測(cè)器內(nèi)的快中子通量，還能夠屏蔽聚こ烯板中的碳、氧特征伽馬射線， 防止其進(jìn)入BGO探測(cè)器影響煤炭中碳、氧的測(cè)量精度。D-T中子發(fā)生器產(chǎn)生的中子能量為 14. IMeV，如果直接照射到BGO探測(cè)器上，不僅對(duì)探測(cè)器的損傷大，還將與其內(nèi)部的氧發(fā)生非弾性散射反應(yīng)，釋放出特征伽馬射線，嚴(yán)重低影響了煤炭中的氧元素測(cè)量精度。鉛板a的厚度為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厚的鉛板b對(duì)這些中子進(jìn)ー步慢化、吸收。和沒有鉛板a，聚こ烯板和鉛板b比，能夠到達(dá)BGO探測(cè)器的中子約為9. 1%，能量高于6. 4MeV (氧元素的非彈性散射反應(yīng)閾值)的中子低于0. 8%。本發(fā)明的有益效果是，通過設(shè)計(jì)BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)和脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間的鉛板a，聚こ烯板和鉛板b，可以提高探測(cè)效率，避免峰位漂移，降低BGO 探測(cè)器內(nèi)的中子通量，減少聚こ烯板內(nèi)的碳、氧特征伽馬射線進(jìn)入BGO探測(cè)器，從而大幅度地提高了煤炭元素分析的精度，從而提高了エ業(yè)分析指標(biāo)的精度，使其達(dá)到在線檢測(cè)的要求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，進(jìn)ー步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。附圖I是本發(fā)明實(shí)施例在線分析裝置的截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是實(shí)施例中BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I-鎘層；2_鉛層；3_中子探測(cè)器；4_脈沖D-T中子發(fā)生器；5_鉛板a ;6_聚 こ烯板；7_鉛板b ;8-BG0探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)；9-BG0探測(cè)器;10_聚乙烯層;11_鐵層； 12-輸煤皮帶；13_煤炭；14_支撐板；15-杜瓦瓶；16_蒸汽壓カ式制冷系統(tǒng)；17-溫度控制器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例本實(shí)施例結(jié)構(gòu)，如附圖I所示，主要包括輻射防護(hù)體、輻射防護(hù)體內(nèi)的煤炭輸送通道和探測(cè)裝置，探測(cè)裝置位于煤炭輸送通道的下方；探測(cè)裝置包括中子探測(cè)器
(3)、脈沖D-T中子發(fā)生器(4)及BGO探測(cè)器(9)，其主要改進(jìn)是脈沖D-T中子發(fā)生器(4)與BGO探測(cè)器(9)之間依次有鉛板a (5)、聚こ烯板(6)和鉛板b (7)；BG0探測(cè)器(9)置于BGO 探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)(8)內(nèi)。實(shí)施例中，如附圖I所示，輻射防護(hù)體由內(nèi)到外依次是鉛層(2)，聚こ烯層(10)，鎘層(I)和鐵層(11)，其它部件都位于鉛層(2)的內(nèi)部。煤炭(13)位于輸煤皮帶(12)的上方，輸煤皮帶(12)在支撐板(14)上沿垂直紙面向里的方向滑動(dòng)。中子探測(cè)器(3)，脈沖D-T 中子發(fā)生器(4)，鉛板a (5)，聚こ烯板(6)，鉛板b (7)以及BGO探測(cè)器(9)都位于支撐板
(14)的下方,被支撐板(14)保護(hù)著。圖2中，BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)(8)是由杜瓦瓶(15)、蒸汽壓カ式制冷系統(tǒng)(16) 和溫度控制器(17)構(gòu)成的。BGO探測(cè)器(9)位于杜瓦瓶(15)內(nèi)，溫度保持在-4. 5°C _5. 5°C 之間。脈沖D-T中子發(fā)生器(4)產(chǎn)生的中子，如果能夠進(jìn)入煤炭(13)，將與煤炭(13)內(nèi)部的原子核發(fā)生核反應(yīng)；如果射向BGO探測(cè)器(9)，在傳播過程中依次被鉛板a (5)，聚こ烯板(6)，鉛板b (7)慢化、吸收，到達(dá)BGO探測(cè)器(9)的中子能量幾乎都小于氧元素非弾性散射反應(yīng)的閾值，對(duì)煤炭氧含量的測(cè)量幾乎沒有影響；射向其它方向的中子依次被鉛層(2)， 聚こ烯層(10)，鎘層(1)，鐵層(11)慢化吸收。煤炭(13)中的元素與中子作用產(chǎn)生的特征伽馬射線，如果射向BGO探測(cè)器(9)， 將被BGO探測(cè)器(9)探測(cè)，并用于計(jì)算煤炭元素的含量；如果射向其它方向，將依次被鉛層
(2)，聚こ烯層(10)，鎘層(1)，鐵層(11)吸收。聚こ烯層(10)中的碳、氧兩種元素與中子作用產(chǎn)生的特征伽馬射線，如果射向 BGO探測(cè)器(9)，將被鉛板b (7)吸收，無法到達(dá)BGO探測(cè)器(9);如果射向其它方向，將被吸收，對(duì)測(cè)量精度沒有影響。聚こ烯板(6)中的碳、氧兩種元素與中子作用產(chǎn)生的特征伽馬射線，如果射向鉛層
(2)內(nèi)部，將被鉛層(2)吸收，不影響測(cè)量精度；如果射向其它方向，也將被吸收。
權(quán)利要求
1.脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，包括輻射防護(hù)體、輻射防護(hù)體內(nèi)的煤炭輸送通道和探測(cè)裝置，探測(cè)裝置位于煤炭輸送通道的下方；探測(cè)裝置包括中子探測(cè)器、脈沖D-T中子發(fā)生器及BGO探測(cè)器，其特征是脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間依次有鉛板a、聚こ烯板和鉛板b ；BG0探測(cè)器置于BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，其特征是BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)包括杜瓦瓶、蒸汽壓カ式制冷系統(tǒng)和溫度控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置， 其特征是BGO探測(cè)器置于BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)的杜瓦瓶?jī)?nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，其特征是脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間的鉛板a、聚こ烯板和鉛板b的厚度分別為6cm、 Ilcm 和 8cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖中子煤炭元素含量及エ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，其特征是輻射防護(hù)體由內(nèi)向外依次包括鉛層、聚こ烯層、鎘層和鐵層。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈沖中子煤炭元素含量及ェ業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置，其特征是煤炭輸送通道包括輸煤皮帶和支撐板。
全文摘要
本發(fā)明屬于核技術(shù)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及脈沖中子煤炭元素含量及工業(yè)分析指標(biāo)在線分析裝置。包括輻射防護(hù)體、輻射防護(hù)體內(nèi)的煤炭輸送通道和探測(cè)裝置，探測(cè)裝置位于煤炭輸送通道的下方；探測(cè)裝置包括中子探測(cè)器、脈沖D-T中子發(fā)生器及BGO探測(cè)器，其特征是脈沖D-T中子發(fā)生器與BGO探測(cè)器之間依次有鉛板a、聚乙烯板和鉛板b；BGO探測(cè)器置于BGO探測(cè)器恒溫控制系統(tǒng)內(nèi)，溫度保持在-4.5℃~-5.5℃之間。本發(fā)明不受煤種變化、輸煤皮帶速度、煤層厚度變化、煤炭粒度等參數(shù)影響，煤質(zhì)參數(shù)測(cè)量精度高。
文檔編號(hào)G01N23/06GK102608141SQ20121007980
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者張國(guó)棟, 李仁剛, 程道文, 谷德山, 黃向陽 申請(qǐng)人:南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司