Нейтронный способ определения содержания серы в углях

(51) 01 23/00 (2010.01) 01 23/22 (2010.01) 01 5/00 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ регистрации гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами серы и железа,отличающийся тем, что дополнительно в момент импульса быстрых нейтронов измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергий 3,73 МэВ, а содержание серы определяют по величине отношенияинтенсивностей гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа с энергией 7,64 МэВ и ядрами серы с энергией 5,44 МэВ совместно с измеренной интенсивностью гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ. Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении чувствительности определения серы и расширение сферы применения в условиях значительных вариаций содержания серы за счет дополнительного измерения в момент импульса быстрых нейтронов интенсивности гаммаизлучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергий 3,73 МэВ.(72) Пак Дмитрий Юрьевич Пак Юрий Николаевич Карабалинова Фарида(73) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич(56) Карташев Е.Р., Штань А.С. Нейтронные методы непрерывного анализа состава вещества. М. Атомиздат, 1978, с. 128(54) НЕЙТРОННЫЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ СЕРЫ В УГЛЯХ(57) Изобретение относится к области анализа углей нейтронными способами и может быть использовано для определения содержания серы в углях в горнодобывающей, металлургической и энергетической отраслях промышленности. Задачей изобретения является повышение чувствительности определения серы и расширение сферы применения. Нейтронный способ определения содержания серы в угле, основанный на его облучении импульсным потоком быстрых нейтронов и Изобретение относится к физическим способам анализа вещественного состава, а именно к нейтронным способам определения содержания серы в углях. Известен нейтронный способ определения содержания серы в углях, заключающийся в облучении угля потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения, возникающего при радиационном захвате тепловых нейтронов ядрами серы с энергией 5,44 МэВ (Карташев Е.Р., Штань А.С. Нейтронные методы непрерывного анализа состава вещества. М. Атомиздат, 1978, с. 128). Недостатком известного способа является низкая точность определения содержания серы, вызванная слабой чувствительностью способа к сере и сильным влиянием переменной влажности, при которой меняется замедляющая способность угля,плотность потока тепловых нейтронов и интенсивность гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами серы с энергией 5,44 МэВ. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является импульсный нейтронный способ, основанный на облучении угля импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами серы с энергией 5,44 МэВ и железа с энергией 7,64 МэВ. Причем регистрацию гамма-излучения осуществляют при времени задержки после нейтронного импульса,превышающим время замедления быстрых нейтронов в угле. Недостатком данного способа является сравнительно невысокая чувствительность к сере,обусловленная применением лишь информативного параметра от железа. Задачей изобретения является повышение чувствительности способа к сере в широком диапазоне ее изменения. Технический результат изобретения состоит в повышении чувствительности и расширении сферы применения способа в условиях значительной изменчивости сернистости углей. Поставленная цель решается следующим образом. В процессе облучения угля импульсным потоком быстрых нейтронов дополнительно в момент импульса быстрых нейтронов измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергий 3,73 МэВ. Необходимость измерения информативного сигнала от кальция обусловлена тем, что сера в углях преимущественно содержится в виде пирита (2) и сульфата (4). Учитывая тесные корреляционные связи сера-железо и серакальций в углях, регистрация гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ позволит получить дополнительную информацию о содержании серы в углях. Неупругое рассеяние быстрых нейтронов ядрами других основных элементов минеральной массы угля сопровождается испусканием гамма-излучения меньших энергий сера - 2,21 МэВ железо - 0,84 2 МэВ алюминий 2,21 МэВ кремний 1,78 МэВ. Это позволяет без помех (отсутствует непрерывное комптоновское распределение более высокоэнергетического гамма-излучения в области аналитической линии, в данном случае 3,73 МэВ) регистрировать гамма-излучение неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ. К тому же интенсивность этого излучения практически не зависит от нейтроннозамедляющих и поглощающих свойств угля, т.к регистрируется в моменты нейтронных вспышек. При изменении содержания пиритной серы в углях (2), например его увеличении, отношение интенсивностей гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа с энергией 7,64 МэВ и ядрами серы с энергией 5,44 МэВ будет увеличиваться, т.к у железа макроскопическое сечение радиационного захвата тепловых нейтронов почти в 3 раза выше, чем у серы, а доля серы (0,53) незначительно превышает долю железа (0,47) в пирите. Таким образом, при изменении сернистости углей меняется отношение интенсивностей гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа и серы (пиритная сера) и интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ (сульфатная сера), что делает результаты предлагаемого способа более дифференцированными к изменениям содержания серы в углях в условиях ее значительной изменчивости. Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно в момент нейтронного импульса измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергий 3,73 МэВ, а содержание серы определяют по величине отношенияинтенсивностей гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа с энергией 7,64 МэВ и ядрами серы с энергией 5,44 МэВ совместно с измеренной интенсивностью гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ. Пример осуществления способа. Анализируемая проба угля массой около 100 кг размещается в цилиндрической емкости,размеры которой обеспечивали глубинность исследований. Импульсный генератор нейтронов на базе нейтронной трубки УНГ-1 обеспечивал выход быстрых нейтронов (14 МэВ) 2107 нейтрон в секунду. Регистрация гамма-излучений осуществлялась в геометрии на просвет. В импульсно-временном режиме измеряли интенсивности гамма-излучения в области железа(7,4-7,8 МэВ), серы (5,2-5,6 МэВ) и кальция (3,6-3,9 МэВ). Статистической обработкой результатов найден оптимальный алгоритм способа- интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ. В таблице приведены данные о чувствительности определения серы, которая оценивалась как Способ Предлагаемый Прототип относительное в процентах приращение показаний способа при единичном (на 1 абс.) изменении содержания серы в диапазоне 0,3-3. Предлагаемый способ определения сернистости углей характеризуется повышенной чувствительностью к сере, что расширяет сферу его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Нейтронный способ определения содержания серы в угле, основанный на его облучении импульсным потоком быстрых нейтронов и регистрации гамма-излучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами серы и железа, отличающийся тем, что дополнительно в момент импульса быстрых нейтронов измеряют интенсивность гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергий 3,73 МэВ, а содержание серы определяют по величине отношенияинтенсивностей гаммаизлучения радиационного захвата тепловых нейтронов ядрами железа с энергией 7,64 МэВ и ядрами серы с энергией 5,44 МэВ совместно с измеренной интенсивностью гамма-излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов ядрами кальция с энергией 3,73 МэВ.