Способ ядерно-физического анализа вещества

(51) 01 23/22 (2006.01) 01 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ длинах зонда,отличающийся тем,что дополнительно на веществе с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда, не более длины свободного пробега первичного гаммаизмерения, а длину большого зонда - не менее трех длин свободного пробега первичного гаммаизлучения на веществе с максимально возможнымвещества, устанавливают выбранные длины зондов,а плотность вещества определяют по интенсивности рассеянного гамма-излучения, измеренной малым зондом, а эффективный атомный номер- по отношению интенсивности рассеянного гаммаизлучения, измеренной большим зондом к интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом. Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении сферы применения способа за счет дополнительного выбора длин зондов, оптимальные значения которых выбирают предварительно на веществе с минимально и максимально возможными значениями .(72) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич Молдаханов Абзал Талгатович Хегай Виктор Александрович(73) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич(57) Изобретение относится к способам анализа вещества и может быть использовано для контроля вещественного состава различных веществ. Задачей изобретения является повышение точности определения атомного номера вещества в условиях непостоянства плотности. Способ ядерно-физического анализа вещества,основанный на его облучении гамма-излучением и определении плотности и эффективного атомного номеравещества по интенсивности рассеянного гамма- излучения, измеренных при двух различных Изобретение относится к способам анализа вещества, а именно, к ядерно-физическим способам контроля вещественного состава. Известен способ определения плотности и эффективного атомного номера горных пород и руд, основанный на их облучении гамма-излучением и регистрации рассеянного гамма-излучения (Гамма-методы в рудной геологии / под ред. А.П. Очкура. Л.Недра,1976, с. 86.). Недостатком известного способа является сравнительно низкая чувствительность способа к плотности и высокая погрешность определения эффективного атомного номера в условиях переменной плотности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ,заключающийся в облучении вещества гаммаизлучением и регистрации рассеянного гаммаизлучения двумя зондами, по показаниям которых раздельно определяют плотность и эффективный атомный номер вещества (Арцыбашев В.А. .Ядерногеофизическая разведка. М.Атомиздат, 1980,с.40.). Недостатком известного способа является сравнительно невысокая точность определения эффективного атомного номеравещества в условиях переменной плотности. Задачей изобретения является повышение точности определения эффективного ядерного номера вещества в условиях непостоянства его плотности. Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа в условиях значительной изменчивости плотности вещества. Поставленная задача решается следующим образом. В процессе облучения вещества гаммаизлучением и регистрации рассеянного гаммаизлучения двумя зондами (малым и большим) дополнительно на веществе с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда, не более длины свободного пробега первичного гаммаизлучения, а длину большого зонда - не менее трех длин свободного пробега первичного гаммаизлучения на веществе с максимально с возможнымвещества, устанавливают выбранные длины зондов, а плотность вещества определяют по интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом,вещества определяют по отношению интенсивности рассеянного гаммаизлучения,измеренной большим зондом к интенсивности рассеянного гамма-излучения, измеренной малым зондом. Основным дестабилизирующим фактором,снижающим точность определениявещества,является непостоянство насыпной плотности. Выбор длины зонда (расстояние от источника первичного гамма-излучения до детектора рассеянного) играет важную роль в практике метода рассеянного гаммаизлучения. При малой длине зонда в детектор преимущественно попадает однократно рассеянное гамма-излучение, а при большой длине зонда преимущественно многократно рассеянное гаммаизлучение. Более строгий выбор оптимальной 2 длины зонда осуществляют с учетом реального диапазона колебаний эффективного атомного номера вещества. На веществе с минимально возможнымдлину зонда выбирают равной не более длины свободного пробега первичных гаммаквантов, а на веществе с максимально возможнымвыбирают длину большого зонда, равной не менее трех длин свободного пробега. Предложенный оптимальный выбор длины зондов с учетом длины свободного пробега первичных гамма-квантов в веществе, зависящей от эффективного атомного номера, позволяет в максимальной степени добиться преимущественной регистрации однократно рассеянных квантов малым зондом и многократно рассеянных квантов большим зондом. Однократно рассеянные гамма-кванты обладают большей энергией, чем многократно рассеянные. Для гамма-квантов с энергией выше 150-200 кэВ для большинства породообразующих элементов (углерод, кислород, алюминий, кремний,сера, кальций, железо) наиболее вероятным процессом является комптон-эффект, коэффициент ослабления которого пропорционален плотности. Поэтому интенсивность рассеянных гамма-квантов,измеренная малым зондом, будет зависеть от плотности вещества. В большой зонд преимущественно попадают гамма-кванты рассеянные много раз, в процессе которого они теряют энергию. Для гамма-квантов с энергией менее 80-100 кэВ преобладающим процессом взаимодействия служит фотоэлектрическое поглощение гамма-излучения, вероятность которого пропорциональна плотности вещества и эффективному атомному номеру. Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на веществе с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда, равной не более длины свободного пробега первичных гамма- квантов, а длину большого зонда - не менее трех длин свободного пробега первичных гамма-квантов на веществе с максимально возможнымвещества,устанавливают выбранные длины зондов, а плотность вещества определяют по интенсивности рассеянного гамма-излучения, измеренной малым зондом, а эффективный атомный номервещества по отношению интенсивности рассеянного гаммаизлучения, измеренной большим зондом, к интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом. Такая нормировка позволяет исключить влияние переменной плотности на результаты определениявещества. Практическая реализация способа выполнена на примере ядерно-физического анализа железных руд для определения плотности и эффективного атомного номера. В качестве источника первичного гамма- излучения выбран радионуклид -137 (660 кэВ). Насыпная плотность руд менялась в интервале 1,46-2,12 г/см 3 эффективный атомный номер варьировал в диапазоне 13,4-17,0. На железной руде с минимальным значением 13,4 выбран малый зонд размером 10,5 см, а на железной руде с максимальным значением 17 выбран большой зонд размером 33 см. На выбранных длинах зонда(10,5 33 см) измеряют интенсивности рассеянного гамма-излучения. Плотность определяют по интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом, а значение- по отношению интенсивности рассеянного гаммаизлучения, измеренной большим зондом к интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом. В таблице представлены сопоставительные данные, полученные при экспериментальной апробации предлагаемого способа и прототипа. Предлагаемый способ ядерно-физического анализа в сравнении с прототипом выгодно отличается повышенной точностью определения эффективного атомного номера в условиях переменной насыпной плотности, что существенно расширяет сферу его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ ядерно-физического анализа вещества,основанный на его облучении гамма-излучением и определении плотности и эффективного атомного номеравещества по интенсивности рассеянного гамма-излучения, измеренных при двух различных длинах зонда,отличающийся тем,что дополнительно на веществе с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда, не более длины свободного пробега первичного гаммаизмерения, а длину большого зонда - не менее трех длин свободного пробега первичного гаммаизлучения на веществе с максимально возможнымвещества, устанавливают выбранные длины зондов,а плотность вещества определяют по интенсивности рассеянного гамма-излучения, измеренной малым зондом, а эффективный атомный номер- по отношению интенсивности рассеянного гаммаизлучения, измеренной большим зондом к интенсивности рассеянного гамма-излучения,измеренной малым зондом.