Способ анализа состава вещества

(51) 01 23/22 (2006.01) 01 5/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН номеравещества в условиях непостоянства плотности. Способ анализа состава вещества, основанный на его облучении гамма-излучением и определении плотности и эффективного атомного номеравещества по интенсивности рассеянного гаммаизлучения при двух различных длинах зонда,отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах вещества с минимально возможным выбирают длину малого зонда, не более длины свободного пробега первичного гаммаизлучения, а с максимально возможным- длину большого зонда, не менее трех длин свободного пробега первичного гамма-излучения, при этом малым зондом измеряют интенсивность однократно рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ, а большим зондом интенсивность многократно рассеянного гаммаизлучения в таком энергетическом интервале, при котором показания малого и большого зондов качественно одинаково меняются с изменением плотности, а плотность вещества определяют по показаниям малого зонда, а эффективный атомный номервещества - по отношению показаний большого зонда к показаниям малого зонда. Технический результат заявляемого изобретения заключается в расширении сферы применения способа за счет дополнительного выбора малого и большого зондов, выбираемых на стандартных образцах вещества с минимально и максимально возможными значениямии измерении малым зондом интенсивности однократно рассеянного гамма-излучения и большим зондом - многократно рассеянного гама-излучения в определенных энергетических интервалах.(72) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич Иманов Марат Омирбекович Макажанов Талгат Турсунович Шихов Данис Эльсович(73) Пак Юрий Николаевич Пак Дмитрий Юрьевич(54) СПОСОБ АНАЛИЗА СОСТАВА ВЕЩЕСТВА(57) Изобретение относится к способам анализа состава вещества с помощью гамма-излучения и может быть использовано для контроля вещественного состава различных веществ. Задачей изобретения является повышение точности определения эффективного атомного Изобретение относится к способам анализа состава веществ, а именно, к ядерно-физическим способам с применением гамма-излучения. Известен способ определения плотности и эффективного(Гамма-методы в рудной геологии / под ред. А.П. Очкура. Л. Недра, 1976. с.86.). Недостатком известного способа является относительно невысокая чувствительность к плотности и сравнительно низкая точность определения эффективного атомного номера вещества в условиях изменчивости плотности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ,основанный на облучении вещества гаммаизлучением и регистрации рассеянного гаммаизлучения при двух различных длинах зонда, по показаниям которых раздельно определяют плотность вещества и его эффективный номер(Арцыбашев В. А. Ядерно-геофизическая разведка. М. Атомиздат, 1980. с.40.). Недостатком известного способа является сравнительно высокая погрешность определения эффективного атомного номера вещества в условиях флуктуации плотности. Задачей изобретения является повышение точности определения эффективного атомного номера вещества в условиях непостоянства его плотности. Технический результат изобретения состоит в расширении сферы применения способа в условиях значительной флуктуации плотности вещества. Поставленная задача решается следующим образом. Облучают исследуемое вещество гаммаизлучением и регистрируют рассеянное гаммаизлучение при двух различных длинах зонда. Дополнительно на стандартном образце вещества с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда, не более длины свободного пробега первичного гамма-излучения, а на стандартном образце вещества с максимально возможнымвыбирают длину большого зонда, не менее трех длин свободного пробега первичного гаммаизлучения, устанавливают выбранные зонды и малым зондом измеряют интенсивность однократно рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ, а большим зондом интенсивность многократно рассеянного гаммаизлучения в таком энергетическом интервале, при котором показания малого и большого зондов качественно одинаково меняются с изменением плотности. При этом плотность вещества определяют по показаниям малого зонда, а эффективный атомный номервещества - по отношению показаний большого зонда к показаниям малого зонда. Основным возмущающим фактором,снижающим точность определения 2(расстояние от источника первичного гаммаизлучения до детектора рассеянного) играет важную роль в гамма-альбедных методах исследования сложных веществ. В зависимости от длины зонда меняется пространственное и энергетическое распределение вторичного гамма-излучения. При малой длине зонда в детектор преимущественно попадает однократно рассеянное гамма-излучение, а при большой длине зонда - преимущественно многократно рассеянное гамма-излучение. Строгий выбор оптимальных длин зондов зависит от вида вещества и реального диапазона колебаний эффективного атомного номера. На стандартном образце вещества с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда,равной не более длины свободного пробега первичного гамма-излучения, а на стандартном образце вещества с максимально возможнымвыбирают длину большого зонда, равной не менее трех длин свободного пробега первичного гаммаизлучения. Устанавливают выбранные длины зондов и малым зондом измеряют интенсивность однократно рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ, а большим зондом измеряют интенсивность многократно рассеянного гаммаизлучения в таком энергетическом интервале, при котором показания большого и малого зондов качественно одинаково меняются с изменением плотности,при этом плотность вещества определяют по показаниям малого зонда, а эффективный атомный номервещества определяют по отношению показаний большого зонда к показаниям малого зонда. Предложенный оптимальный выбор малого и большого зондов с учетом длины свободного пробега первичного гамма-излучения в веществе,зависящей от эффективного номера, позволяет в максимальной степени добиться преимущественной регистрации однократно рассеянного гаммаизлучения малым зондом и многократно рассеянного гамма-излучения большим зондом. Конкретный выбор энергетического интервала однократно рассеянного гамма-излучения(190-230 кэВ) обусловлен тем, что для большинства породообразующих элементов (углерод, кислород,алюминий, магний, кремний, сера, кальций,марганец, железо), наиболее вероятным процессом взаимодействия гамма-излучения является комптоновское рассеяние, коэффициент ослабления которого пропорционален плотности. Следовательно,интенсивность однократно рассеянных гамма-квантов в выбранном энергетическом интервале(190-230) кэВ,измеренная малым зондом, будет зависеть от плотности вещества. В большой зонд преимущественно попадают многократно рассеянные гамма-кванты, для которых преобладающим процессом взаимодействия является фотоэлектрическое поглощение,вероятность которого пропорциональна плотности и эффективному атомному номеру. Конкретный выбор энергетического интервала многократно рассеянного гамма-излучения осуществляют таким,чтобы показания малого и большого зондов качественно одинаково изменялись с изменением плотности вещества. Для вещества с указанными породообразующими элементами данный энергетический интервал для большого зонда находится в районе ниже 80-100 кэВ. Существенным отличием изобретения от прототипа является то, что дополнительно на стандартных образцах вещества с минимально возможнымвыбирают длину малого зонда не более длины свободного пробега первичного гаммаизлучения, а с максимально возможным- длину большого зонда не менее трех длин свободного пробега первичного гамма-излучения, при этом малым зондом измеряют интенсивность однократно рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ, а большим зондом интенсивность многократно рассеянного гаммаизлучения в таком энергетическом интервале, при котором показания малого и большого зондов качественно одинаково меняются с изменением плотности, а плотность вещества определяют по показаниям малого зонда, эффективный атомный Способ результаты определениявещества. Практическая реализация способа выполнена на примере анализа железных руд. В качестве источника первичного гамма-излучения выбран радионуклид Цезий-137 (660 кэВ). Насыпная плотность руд менялась в диапазоне 1,46-2,12 г/см 3 эффективный атомный номер варьировал в диапазоне 13,4-17,0. Малый зонд размером 10,5 см 13,4. Большой зонд размером 33 см выбран на руде с максимальным 17. На выбран на руде с выбранных длинах зонда (10,5 33 см) измерялись интенсивности рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ для малого зонда, а для большого зонда - 70-95 кэВ. Плотность определялась по показаниям малого зонда. В таблице даны сопоставительные метрологические характеристики, полученные при экспериментальной апробации предлагаемого способа и прототипа. Предлагаемый способ анализа состава вещества,в сравнении с прототипом, выгодно отличается повышенной точностью определения эффективного атомного номера в условиях значительной изменчивости насыпной плотности,что существенно расширяет сферу его применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ анализа состава вещества, основанный на его облучении гамма-излучением и определении плотности и эффективного атомного номеравещества по интенсивности рассеянного гаммаизлучения при двух различных длинах зонда,отличающийся тем, что дополнительно на стандартных образцах вещества с минимально возможным номервещества - по отношению показаний большого зонда к показаниям малого зонда. Такое нормирование показаний зондов позволяет исключить влияние непостоянства плотности на Средняя квадратическая погрешность определения более длины свободного пробега первичного гаммаизлучения, а с максимально возможным- длину большого зонда, не менее трех длин свободного пробега первичного гамма-излучения, при этом малым зондом измеряют интенсивность однократно рассеянного гамма-излучения в энергетическом интервале 190-230 кэВ, а большим зондом интенсивность многократно рассеянного гаммаизлучения в таком энергетическом интервале, при котором показания малого и большого зондов качественно одинаково меняются с изменением плотности, а плотность вещества определяют по показаниям малого зонда, а эффективный атомный номервещества - по отношению показаний большого зонда к показаниям малого зонда. выбирают длину малого зонда, не