中子水分仪制造技术

一种中子水分仪，它将镅－镀中子源和铯γ射线源同时装入一个探头内，用锂玻璃闪烁体和低噪声光电倍增管测量中子和γ射线。该水分仪可以测量稀土元素含量较高的物料中的水分。γ密度补偿系统采用通过改变接收信号阈值来改变γ射线计数以补偿由于密度变化而使中子计数的变化，从而使系统大大简化。在微机智能化系统中设计了降低因放射源衰变统计涨落而造成的测量误差的软件。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于利用粒子辐射研究或分析材料的领域，具体涉及一种中子水分仪。在各种水分分析技术中，中子测水法以其测量精度高及干扰因素少而得到广泛应用。目前中子测水主要采用电离室技术和闪烁技术两种。如美国开端公司生产的中子水分仪多数就采用电离室技术，该仪器的主要特点是将中子探头放在待测物料的器壁上，密度补偿系统采用一套γ密度计，该计亦安装在现场。联邦德国柏特毫得公司生产的中子水分仪则采用闪烁技术，探头可做成插入式和表面式两种，主机亦加一套γ密度补偿系统，附有微机数据处理系统。日本专利JP5763439公开的中子水分仪也采用了闪烁技术，亦附加了一套γ密度补偿系统。以上所述的这些中子水分仪都存在以下不足之处(1)密度补偿系统比较复杂，虽然补偿后精度很高，但在测量要求不很高的情况下，可以设法采用简单的方法来实施。(2)在中子法测水的理论和实践中都认为稀土含量超过10-7就对中子测水有不可忽略的影响，目前已有的这些中子水分仪都不能测定硼砂、含稀土元素的铁精矿、烧结矿和稀土矿粉中的水分。本专利技术的目的是提供一种密度补偿较为简单，扩大测量中子能域使其适用于测量稀土元素物料的水分的中子水分仪。中子水分仪由探头和主机两部分组成，中间用屏蔽电缆相连接，作供电和传送信号用。探头中装有中子源和γ射线源。距中子源一定的间隔装有闪烁体，闪烁体采用对低能中子，尤其是热中子很灵敏，对γ射线也很灵敏的锂玻璃。紧挨着闪烁体装有光电倍增管，光电倍增管和前置放大器相连接。主机中有供给电子学线路工作的低压电源和供给探测器工作的高压电源。主放大器的输入端通过屏蔽电缆与探头中的前置放大器的输出端相连接，甄别器的输入端与主放大器的输出端相连接，甄别器的输出端与脉冲成形器的输入端相连接，脉冲成形器的输出端与率表和微处理机的输入端相连接，率表的输出端与记录显示单元相连接。微处理机的输出端与打印显示单元相连接。本专利技术有以下附图图1.中子水分仪电气原理图;图2.探头结构示意图;图3.锂玻璃闪烁体对中子的能量响应曲线;图4.不同厚度锂玻璃的探测效率;图5.探测器与射线源不同距离处水分与计数率的关系;图6.铁精矿粉中水分与积分计数率的关系曲线。下面通过附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。在待测物料中放入一个源强一定的快中子源，它连续不断地放出一定能量的快中子。这些快中子在物料中运动，与原子核碰撞被减速为慢中子，最终慢化为热中子，在物料中扩散直到被吸收。根据中子减速理论，中子与不同质量的原子核进行弹性碰撞时，其能量损失是随核质量的增加而迅速减小。氢核最轻，碰撞时它使中子损失能量最多，此外，氢核远比其它原子核对中子的散射截面大，尤其是对低能中子的散射截面更大。在待测物料中所含水分愈大，氢核就愈多，快中子减速为热中子的数目也越多。根据减速扩散理论，可以得出热中子的密度分布是以中子源为中心的热中子云球。水分含量越大，热中子密度分布峰越窄而高，如果在靠近快中子源附近放入一个热中子探测器就可以通过接收的热中子数目来确定物料的水分。这就是中子法测水的基本原理。中子水分仪的探头[1]由中子源[21]、γ射线源[19]、闪烁体[17]、光电倍增管[16]和前置放大器[14]组成。中子源[21]采用100毫居的镅-铍源，其半衰期为458年，在仪表的有效使用期内，可以视此中子源强不变，其γ剂量不高，中子产额为2.2×105中子/秒，外形尺寸为φ16×19。γ源[19]采用30毫居的铯-137源，其半衰期为33年，外形尺寸φ5×5。中子源[21]和γ射线源[19]外部有一层铅屏蔽，中子源[21]装在底座[22]上，γ射线源[19]装在中子源[21]的前部。闪烁体[17]采用锂玻璃，锂玻璃是一种对低能中子和γ射线都灵敏的材料，性能稳定，探测效率高，且具有不怕潮湿，使用寿命长的特点。锂玻璃对低能中子有较大的反应截面，热中子截面最大为954巴。图3给出了锂玻璃闪烁体对中子的能量响应曲线。从图中可以看出，可测量中子的能量范围可到几百千电子伏特。一般认为，费米连续减速模型理论不适于含氢介质。但是当物质中含氢不多，而且当中子能量低到一定程度时，可以认为是连续减速。从热中子、超热中子、慢中子、低能中子到中能中子，在任何一个能量间隔区内，中子数目基本上相等。因为锂玻璃探测器可以接收宽范围的中子，所以即使很大一部分热中子被吸收，也只占接收中子数目的很小一部分，在测量误差允许范围之内，可以用中子法测量含热中子吸收截面很大的元素的物料中的水分。从而突破了关于稀土元素(主要是钐、铕、钆)含量超过10-7就对中子测水有不可忽视的影响的结论。锂玻璃的直径与厚度对热中子探测效率有很大影响。由于探头结构所限，锂玻璃直径最大可选用40毫米。图4给出了不同厚度锂玻璃的探测效率。由图可见，3毫米的探测效率为85%，5毫米的探测效率为95%，超过5毫米后探测效率变化不大，故可选用5毫米厚的锂玻璃。根据理论与实验表明，适当地选择射线源与探测器间的距离，可以获得较高的热中子计数，又可以在相当宽的范围内使热中子计数与水分间有良好的线性关系。图5是探测器与射线源不同距离处水分与计数率的关系。从图中可以看出，当射线源与探测器距离较近时，热中子计数率很高，但曲线上各点离散性很大，当距离较远时，计数率低而且斜率也小，因此最好是6～10厘米。为了防止镅的γ射线和铯的γ射线直接照射锂玻璃，必须在γ射线源[19]和闪烁体[17]锂玻璃之间填充铅作为屏蔽。[16]为低噪声光电倍增管，前置放大器[14]采用电流前置放大器。闪烁体[17]、光电倍增管[16]和前置放大器[14]密封装入用铝制成的圆柱形探头外壳[15]中。中子源[21]和γ射线源[19]装入用铝制成的圆柱形源壳[18]中，源壳[18]和探头外壳[15]用螺纹结构固定在一起。主机[2]采用国际电工协会规定的国际标准通用机箱及插件(NIM)。高压电源[3]是1.5keV高压电源，该高压电源[3]与光电倍增管[16]相连接。低压电源[4]采用了三端稳压器，主放大器[7]是线性脉冲放大器，主放大器[7]的输入端通过选择开关[6]可以与自检线路[5]相接，也可以与探头[1]中的前置放大器[14]相连接，输出端与甄别器[8]的输入端相连接，甄别器[8]的阈值在0.5～5.5伏范围内可调。甄别器[8]的输出端与率表[10]和微处理机[12]相连接，率表[10]和记录显示单元[11]相连接，微处理机[12]和打印机[13]相连接。微处理机[12]有键盘可供修改计数方程的系数及其它程序功能。在微处理机软件系统中加入一套加权平均的程序，给连续十次计数率以不同的权(1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128、1/256、1/512、1/1024)，然后加起来成为一次计数率，使统计涨落造成的测量误差减小了一倍，在保证同一测量精度的条件下，使测量时间减少一半，从而加快了响应时间，相当于使源强增加了一倍。根据中子测水原理，中子法测定的是物料水分的体积百分含量FV，而生产上要求给出水分的重量百分含量FW，两者的关系是FW＝FV/ρ，此处ρ是物料堆积密度，如果密度变化不大，可视ρ为常数，虽然测出的仍是体积百分含量，但适当地变化刻度就可以显示出重量百分含量。在密度变化较大的场合，就必须本文档来自技高网...

【技术保护点】
中子水分仪由探头［１］和主机［２］两部分组成，中间用屏蔽电缆相连接，探头［１］中装有中子源［２１］和γ射线源［１９］，放射源［２１，１９］的一侧装有闪烁体［１７］，紧接着闪烁体［１７］装有光电倍增管［１６］，光电倍增管［１６］和前置放大器［１４］相连接，主机［２］中有供给电子学线路工作的低压电源［４］，供给光电倍增管［１６］工作的高压电源［３］，主放大器［７］的输入端与前置放大器［１４］的输出端相连，本专利技术的特征是闪烁体［１７］选用对低能中子尤其是热中子很灵敏，对γ射线也很灵敏的锂玻璃，主放大器［７］的输出端与甄别器［８］相连接，甄别器［８］的输出端与脉冲成形器［９］的输入端相连接，脉冲成形器［９］的输出端与率表［１０］和微处理机［１２］的输入端相连接。

【技术特征摘要】
1.中子水分仪由探头[1]和主机[2]两部分组成，中间用屏蔽电缆相连接，探头[1]中装有中子源[21]和γ射线源[19]，放射源[21，19]的一侧装有闪烁体[17]，紧接着闪烁体[17]装有光电倍增管[16]，光电倍增管[16]和前置放大器[14]相连接，主机[2]中有供给电子学线路工作的低压电源[4]，供给光电倍增管[16]工作的高压电源[3]，主放大器[7]的输入端与前置放大器[14]的输出端相连，本发明的特征是闪烁体[17]选用对低能中子尤其是热中子很灵敏，对γ射线也很灵敏的锂玻璃，主放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元襄，陈祥，潘殿福，秦培友，
申请(专利权)人：核工业部大连应用技术研究所，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]