Способ контроля зольности угля по рассеянию гамма-излучения

(51) 01 23/22 (2010.01) 01 5/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ гамма-излучения в двух энергетических интервалах спектра, отличающийся тем, что дополнительно на углях с возможными предельными зольностями(минимальной и максимальной) находят критические энергиии , соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения и на каждом контролируемом угле измеряют значение критической энергии , а зольность угля определяют по величине отношения интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале нижек интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале выше совместно с измеренным значением критической энергии . Технический результат заявляемого изобретения состоит в расширении сферы применения способа за счет измерения критической энергиии регистрации рассеянного гамма-излучения в энергетических интервалах, выбираемых с учетом найденных для углей с минимально и максимально возможной зольностью значений критических энергийи .(72) Пак Дмитрий Юрьевич Пак Юрий Николаевич Кравцов Артем Александрович Антонова Елена Сергеевна Брюхов Виктор Иванович(73) Пак Дмитрий Юрьевич Пак Юрий Николаевич(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЗОЛЬНОСТИ УГЛЯ ПО РАССЕЯНИЮ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ(57) Изобретение относится к физическим способам контроля состава и качества вещества и может быть использовано в процессе добычи, переработки и использования углей. Задачей изобретения является повышение чувствительности способа к зольности угля в широком диапазоне ее изменения. Способ контроля зольности угля по рассеянию гамма-излучения, заключающийся в облучении угля гамма-излучением и регистрации рассеянного Изобретение относится к способам анализа вещества с помощью гамма-излучения. Известен способ определения зольности угля,основанный на облучении угля гамма-излучением с энергией выше примерно 100 КэВ и регистрации рассеянного углем гамма-излучения. (Старчик Л.П.,Пак Ю.Н. Ядерно-физические методы контроля качества твердого топлива. М. Недра, 1985, с.44). Недостатком известного способа является значительная погрешность контроля зольности,обусловленная влиянием непостоянства плотности углей на интенсивность рассеянного гаммаизлучения. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ,заключающийся в облучении угля гаммаизлучением с энергией выше примерно 100 КэВ и измерении интенсивностей рассеянного гаммаизлучения в двух энергетических интервалах спектра, по величине отношения которых определяют зольность угля (Филиппов Е.М. Ядерная геофизика, т. 1, Новосибирск Наука, 1973,с. 422). Недостатком известного способа является сравнительно низкая чувствительность способа к зольности, обусловленная тем, что интенсивности рассеянного гамма-излучения в двух энергетических интервалах вторичного спектра качественно одинаково меняются с изменением зольности угля. Это приводит к низкой дифференциации результатов измерений (отношения интенсивностей рассеянного гамма-излучения в двух энергетических интервалах) при колебании зольности угля. Задачей изобретения является повышение чувствительности способа к зольности угля в широком диапазоне ее изменения. Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа. Поставленная задача решается следующим образом. В процессе облучении угля гамма-излучением с энергией выше примерно 100 КэВ и регистрации рассеянного гамма-излучения дополнительно на углях с минимально возможной и максимально возможной зольностью находят критические энергиии Еах, соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения и на каждой контролируемой пробе угля измеряют значение критической энергии Е, а зольность угля определяют по величине отношения интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале нижек интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале выше Еах совместно с измеренным значением критической энергии . При использовании первичного гамма-излучения с энергией примерно выше 100 КэВ основными процессами, формирующими спектр рассеянного гамма-излучения, являются Комптон-эффект и фотоэффект. Комптоновское рассеяние сопровождается непрерывной генерацией гамма-квантов низких энергий, а фотоэлектрическое поглощение приводит 2 к интенсивному поглощению рассеянного гаммаизлучения. В силу взаимодействия этих двух конкурирующих процессов вторичный спектр рассеянного гамма-излучения имеет характерный максимум, который зависит от соотношения вкладов комптоновского рассеяния и фотопоглощения. Положение этого максимума по энергетической шкале спектра называют критической энергией. Измерив спектр рассеянного углем с минимально возможной зольностью гамма-излучения, находят по максимуму спектра критическую энергию./ Измерив спектр рассеянного углем с максимально возможной зольностью гамма-излучения, находят по максимуму спектра критическую энергию Еах. Установлено, что значение критической энергии зависит от эффективного атомного номерасреды. как комплексный параметр угля находится в тесной взаимосвязи с его зольностью. Чем больше зольность угля, тем выше его. Выбор энергетического интервала ниже обусловлен необходимостью достижения преобладающей роли фотоэффекта для угля с минимально возможной зольностью, т.е. с минимальным значением. Выбор энергетического интервала выше Еах обусловлен необходимостью достижения преобладающей роли комптон-эффекта для угля с максимально возможной зольностью, т.е. с максимальным значением. Таким образом, интенсивность рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале нижебудет преимущественной функциейи в меньшей степени плотности угля, а интенсивность рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале выше Еах будет преимущественной функцией плотности и в меньшей степениугля. Величина отношения этих интенсивностейбудет зависеть от, т.е. от зольности угля. Для повышения чувствительности способа к зольности предложено величину указанного отношения интенсивностейнормировать на значение измеренной критической энергии. В качестве аналитического параметра выбрано отношение, в числителе которого величина указанного отношения интенсивностей , в знаменателе - значение измеренной критической энергии . Такая нормировка делает результаты более дифференцированными к изменениям зольности. Например, с увеличением зольности угля числитель аналитического параметра уменьшается, а знаменатель- возрастает. Это делает дробь / более контрастной к зольности. Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на углях с минимально и максимально возможной зольностью находят критические энергиии Еах,соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения. На углях с неизвестной зольностью измеряют значение критической энергииа зольность угля определяют по величине отношенияинтенсивности рассеянного гаммаизлучения в энергетическом интервале нижек интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале выше Е х,нормированного на значение измеренной критической энергии . Пример осуществления способа. Исследуемый уголь толщиной около 25 см (измерения в насыщенных слоях) облучается коллимированным потоком гамма-излучения с энергией выше примерно 100 КэВ (источник -75). Регистрация рассеянного гамма-излучения осуществляется сцинтилляционным детектором на основеразмером 4030 мм. Спектральное распределение вторичного излучения выполняется многоканальным анализатором АИ-1024. Геометрические условия(расстояние от источника до детектора, высота воздушного зазора между зондом и поверхностью среды) выбираются из условия максимального смещения критической На выбранных углях среднего вещественного состава с минимально возможной зольностью 7 и максимально возможной зольностью 46 измеряют спектры рассеянного гамма-излучения и находят критические энергиии Еах, соответственно равные 50,4 КэВ и 75,2 КэВ. Исходя из этого выбирают ширину энергетического интервала ниже- (30-50 КэВ) и выше Еах- (78-110 КэВ). На угле неизвестной зольности измеряют значение критической энергии , а зольность определяют по аналитическому параметру /Е, где- отношение интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 30-50 КэВ (ниже ) к интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 78-110 КэВ (выше Еах). В таблице приведены сопоставительные данные о чувствительности, полученные путем измерения двух образцовых проб угля с зольностью 12,6 и 28,6. Под чувствительностью принимается относительное в процентах приращение аналитического параметра ( или /Е) при единичном изменении зольности (на 1 абс). Предлагаемый способ в сравнении с прототипом выгодно отличается повышенной чувствительностью к зольности, что существенно расширяет сферу его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ контроля зольности угля по рассеянию гамма-излучения, заключающийся в облучении угля гамма-излучением и регистрации рассеянного гамма-излучения в двух энергетических интервалах спектра, отличающийся тем, что дополнительно на(минимальной и максимальной) находят критические энергиии Еах, соответствующие максимуму в спектре рассеянного гамма-излучения и на каждом контролируемом угле измеряют значение критической энергии , а зольность угля определяют по величине отношения интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале нижек интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале выше Еах совместно с измеренным значением критической энергии .