Способ определения теплотворной способности угля

(51) 01 23/22 (2009.01) 01 23/223 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,84-3,74 МэВ, причем измерение интенсивностей гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и золообразующих элементов проводят при толщине слоя угля менее одной длины свободного пробега быстрых нейтронов, а измерение интенсивности гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода проводят при толщине слоя угля более трех длин свободного пробега быстрых нейтронов, а теплотворную способность определяют по отношению суммы интенсивностей гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода к интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов. Технический результат заявляемого изобретения заключается в увеличении чувствительности и повышении точности определения теплотворной способности за счет дополнительного измерения интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами золообразующих элементов и измерении интенсивностей при двух значениях толщины слоя угля.(72) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич Ельшин Ануар Филатов Егор Аркадьевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Карагандинский государственный технический университет Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОТВОРНОЙ СПОСОБНОСТИ УГЛЯ(57) Изобретение относится к области анализа углей ядерно-физическими методами и может быть использовано для определения теплоты сгорания углей в горно-металлургической и топливноэнергетической отраслях промышленности. Задачей изобретения является увеличение чувствительности и повышение точности определения теплотворной способности углей. Способ определения теплотворной способности угля, основанный на его облучении потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода,отличающийся тем, что дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого 23889 Изобретение относится к области анализа углей ядерно-физическими методами и может быть использовано для определения теплотворной способности углей в горно-металлургической и топливно-энергетической отраслях промышленности. Известен способ определения теплотворной способности угля, основанный на его облучении потоком быстрых нейтронов и регистрации гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода. (Пак Ю.Н., Старчик Л.П., Определение теплотворной способности угля ней тронным гамма-методом. Известия вузов. Горный журнал, 1980, 2, с. 3-5). Недостатком известного способа является сравнительно низкая чувствительность и точность определения теплотворной способности,обусловленная тем, что теплотворная способность оценивается только по содержанию углерода в угле. При сгорании угля основное количество тепла выделяют углерод и водород, а минеральная часть угля, являющаяся балластом, уменьшает теплоту сгорания. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ,основанный на облучении угля потоком быстрых нейтронов и регистрации наряду с гаммаизлучением неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода (4,43 МэВ) и гаммаизлучения, сопровождающего радиационный захват тепловых нейтронов ядрами водорода (2,23 МэВ) и золотобразующих элементов (выше 5 МэВ.) (А.с. СССР, 1975, 01 23/22495947. Недостатком данного способа является низкая точность определения теплотворной способности углей в условиях непостоянства вещественного состава, в частности колебаний содержания железа. Задачей изобретения является увеличение чувствительности и повышении точности в условиях непостоянства вещественного состава, в частности колебаний содержания железа. Технический результат изобретения состоит в увеличении чувствительности и повышении точности определения теплотворной способности углей в условиях значительной изменчивости вещественного состава, в частности содержания железа. Поставленная задача решается следующим образом. В процессе облучения угля потоком быстрых нейтронов регистрируют гамма-излучение не упругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов алюминий - 1,02 МэВ кремний - 1,78 кальций - 3,74 МэВ железо -0,84 МэВ. Указанные элементы составляют основу минеральной (золообразующей) части угля. Углерод,входящий в состав горючей(органической) массы угля, испускает при неупругом рассеянии быстрых нейтронов гаммаизлучение с энергией 4,43 МэВ. Различие в энергетической характеристике гамма-излучения, возникающего при неупругом рассеянии быстрых нейтронов на ядрах горючей угля, позволяет раздельно фиксировать гаммаизлучение от этих двух компонентов угля. Интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ является количественной характеристикой содержания углерода в угле, а интенсивность гаммаизлучения неупругого рассеяния на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,84-3,74 МэВ - характеристикой зольности угля. Значения макроскопических сечений неупругого рассеяния быстрых нейтронов для основных золообразующих элементов практически близки А 1- 0,017 см 2/г 0,011 см 2/г Са - 0,017 см 2/г - 0,016 см 2/г. Поэтому при перераспределении золообразующих элементов в минеральной массе угля, в частности изменении содержания железа в золе, интенсивность гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,84 - 3,74 МэВ не меняется, что обеспечивает точность определения теплоты сгорания. Необходимость измерений интенсивностей вторичного гамма - излучения при двух значениях толщины слоя угля вызвана следующим. В спектре нейтронногогамма излучения пик неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода (4,43 МэВ) выделяется на фоне непрерывного комптоновского распределения более высокоэнергетического гаммаизлучения, вы званного радиационным захватом тепловых нейтронов ядрами золообразующих элементов, с энергией выше 5 МэВ. При измерениях, выполненных при малой толщине слоя угля (менее одной длины свободного пробега быстрых нейтронов в угле) комптоновский вклад мешающего гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов в области линии углерода (4,43 МэВ) будет незначительным, что повышает чувствительность. При измерениях,выполненных при большой толщине слоя (более трех длин свободного пробега быстрых нейтронов в угле), заметную роль играет радиационный захват тепловых нейтронов, а, следовательно, вклад мешающего гамма-излучения в области линии углерода будет значительным, что снижает чувствительность. Поэтому измерение интенсивностей гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и золообразующих элементов проводят при малой толщине слоя угля, а измерение интенсивности гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода - при большой толщине слоя угля. Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,84-3,74 МэВ, причем измерение интенсивностей гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и золообразующих элементов проводят при толщине слоя угля менее одной длины свободного пробега быстрых нейтронов, а измерение интенсивности гамма 2 23889 излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода проводят при толщине слоя угля более трех длин свободного пробега быстрых нейтронов, а теплотворную способность определяют по отношению суммы интенсивностей гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода к интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов. Пример осуществления способа. Проба угля облучается потоком быстрых нейтронов, например от радионуклидного Ро-Веисточника нейтронов. Регистрация гамма-излучения осуществляется с помощью сцинтилляционного детектора ,размещенного в защитный кожух из эпоксидной смолы с бором. Между источником и детектором расположен экран из свинца, практически полностью ослабляющий прямое гамма-излучение нейтронного источника. Измерение интенсивностей гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода с энергией 4,43 МэВ и золообразующих элементов с энергией 0,84-3,74 МэВ проводили при толщине слоя угля 8 см, а измерение интенсивности гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода с энергией 2,23 МэВ - при толщине 36 см. Длина свободного пробега быстрых нейтронов РоВеисточника составляет около 10 см. Теплоту сгорания угля определяли по отношению, в числителе которого - интенсивности гаммаизлучений неупругого рассеяния нейтронов на ядрах углерода и радиационного захвата ядрами водорода, а в знаменателе - интенсивность гаммаизлучения неупругого рассеяния на ядрах золообразующих элементов. В таблице представлены данные о чувствительности и погрешности способов. Таблица Способ Предлагаемый 4,2 Прототип 2,8 Чувствительность способов оценивалась как относительное в процентах приращение показаний способа при единичном (на 106 Дж/кг) изменении теплоты сгорания угля. Среднеквадратическая погрешность определения теплоты сгорания находилась путем измерений угольных проб, в которых содержание железа в золе колебалось в интервале 2-13. Предлагаемый способ определения теплотворной способности характеризуется повышенной чувствительностью и точностью в условиях изменчивости вещественного состава, что расширяет сферу его использования. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ определения теплотворной способности угля, основанный на его облучении потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода, 3,8105 Дж/кг 6,1105 Дж/кг отличающийся тем, что дополнительно измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов с энергией 0,84-3,74 МэВ, причем измерение интенсивностей гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и золообразующих элементов проводят при толщине слоя угля менее одной длины свободного пробега быстрых нейтронов, а измерение интенсивности гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода проводят при толщине слоя угля более трех длин свободного пробега быстрых нейтронов, а теплотворную способность определяют по отношению суммы интенсивностей гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах углерода и радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами водорода к интенсивности гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов на ядрах золообразующих элементов.