【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核技术应用领域，尤其是热中子活化分析和伽马能谱探测，具体涉及一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置。
技术介绍
1、在诸多工业生产领域中，如水泥、煤炭、冶金和电力等，对原材料或者生产过程材料的检测至关重要。由于工业生产中的原材料或过程材料大多是分布不均匀、大小不一及成分含量不同的，传统的材料成分检测采用实验室化学分析手段，存在时效性差、人为引入的误差大等问题。因此，亟需研究出一种多元素分析装置。
技术实现思路
1、为了克服工业生产领域材料的成分及含量检测现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，包括射线屏蔽体、伽马射线探测器、高低压电源、数字化多道能谱分析器、氘氘中子源、中子探测器、中子慢化体、中子源辅助单元和运行控制模块。本专利技术用于工业生产中物料的多元素在线检测和分析，无需复杂的化学分析方法，即可实时的获取全物料的多元素含量，满足现代企业对工艺品质、生产效率以及工厂智能化水平的要求。
2、为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，采用基于数字化多道伽马谱仪的中子活化瞬发伽马能谱分析技术(promptgammaneutronactivationanalysis)，通过中子与待检测工业物料发生中子活化反应，通过数字化多道伽马谱仪探测和分析活化产生的瞬发伽马能谱，即可实现工业物料的多元素在线分析；包括伽马射线探测器、中子探测器、探
4、进一步地，所述射线屏蔽体包裹氘氘中子源、中子慢化体、中子探测器和运载待检测物料的物料传输带；中子探测器供电的探测低压电源、探测高压电源、数字化多道能谱分析器、中子源辅助单元和运行控制模块则置于射线屏蔽体外部的机柜内。氘氘中子源位于待检测物料的下方，其产生中子的靶头包裹于中子慢化体内，在中子慢化体的外部装有中子探测器，监测中子源强。伽马射线探测器安装于待检测物料上方，其前端装有热中子吸收板，外围包裹电加热温控和铅屏蔽层。
5、进一步地，所述氘氘中子源位于检测物料的下方，用于产生发生中子活化反应的高通量中子源，其产生中子的靶头包裹于所述中子慢化体内，所述中子慢化体用于慢化所述氘氘中子源产生的快中子，使得中子能量慢化为热中子能区；经过慢化后的中子穿过所述中子透射窗进入所述待检测物料，与所述待检测物料中的多种原子核发生热中子活化反应；所述待检测物料被中子活化后释放特征瞬发伽马射线，瞬发伽马射线从物料中穿出，并穿透所述热中子吸收板后进入所述伽马射线探测器；所述伽马射线探测器的输出信号经过所述探测器电缆传输至所述数字化多道能谱分析器，所述数字化多道能谱分析器对所述伽马射线探测器和所述中子探测器输出信号进行采集，并进行数据实时分析处理，获得中子活化瞬发伽马射线能谱和中子源强计数。
6、进一步地，所述探测低压电源、探测高压电源为所述伽马射线探测器提供高压和低压供电。
7、进一步地，所述中子探测器置于所述中子慢化体外部，用于监测所述氘氘中子源的源强变化，并提供源强修正信号给数字化多道能谱分析器。
8、进一步地，还包括前置放大器，前置放大器与所述中子探测器和探测器电缆连接，用于放大所述中子探测器的信号并输出。
9、进一步地，所述中子源辅助单元为所述氘氘中子源提供运行必须的真空和高压条件。
10、进一步地，还包括物料传输带和传输带回带，用于物料的动态传送。
11、进一步地，所述射线屏蔽体对中子和伽马射线进行吸收和屏蔽，有效的降低分析装置的周围辐射剂量当量；
12、进一步地，所述运行控制模块控制氘氘中子源、中子源辅助单元、中子探测器、伽马射线探测器、探测器低压电源、探测器高压电源、数字化多道能谱分析器等部件的运行，并监测各部件的运行状态。
13、进一步的，所述伽马射线探测器为4台高能量分辨率的溴化镧闪烁体探测器组合，4台溴化镧闪烁体探测器的探测范围完整覆盖整个待检测物料的宽度，能够提高物料伽马射线的探测效率以及减小物料边缘测量的误差；所述伽马射线探测器外均包裹有所述电加热温控和铅屏蔽层，补偿低温环境及侧向散射伽马射线对所述伽马射线探测器测量的影响。
14、进一步的，还包括中子透射窗，设置在所述氘氘中子源和待检测物料支架，所述中子透射窗材料为金属铋，铋具有很高的伽马射线阻止本领和很低的中子俘获截面，因此可以让中子顺利通过，屏蔽吸收氘氘中子源经中子活化产生的伽马射线。
15、进一步的，所述热中子吸收板的材料为碳化硼，碳化硼材料中的硼核素具有很高的热中子辐射俘获截面，吸收中子的同时释放的伽马射线较少且能量较低，有效的避免热中子进入伽马探测器的同时能够让伽马射线顺利穿透。
16、进一步的，所述数字化多道能谱分析器为全数字化脉冲信号多道分析器，对伽马射线和中子探测器经过前置放大器输出的核脉冲信号进行高速波形采样，通过分析和处理采样的波形获得特征伽马射线能量和强度以及中子源强度的信息，进而快速计算获得待检测物料的元素含量。
17、进一步的，所述靶头突出于所述氘氘中子源，位于所述氘氘中子源的最前端，所述靶头位于所述待检测物料的中间正下方，所述靶头产生的中子经所述中子慢化体慢化后直接进入所述待检测物料，能够很大程度上减小所述氘氘中子源经中子活化后产生的伽马射线穿过待检测物料进入所述伽马射线探测器；所述氘氘中子源下方安装有滑轨，并在所述射线屏蔽体一侧开口，方便氘氘中子源的维护以及靶头的靶材更换。
18、进一步的，所述射线屏蔽体为铅硼聚乙烯材料，其中，铅的质量百分含量为70％，硼的质量百分含量为10％，聚乙烯的质量百分含量为20％，通过三种材料混合熔融后一体浇筑而成，是一种复合的核辐射屏蔽材料。
19、有益效果：...
【技术保护点】
1.一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：包括伽马射线探测器、中子探测器、探测低压电源、探测高压电源、数字化多道能谱分析器、中子慢化体、氘氘中子源、中子源辅助单元、运行控制模块和射线屏蔽体；所述氘氘中子源产生的高通量中子经过慢化后穿过中子透射窗，与待检测物料内的多元素发生热中子活化反应，并释放特征伽马射线，特征伽马射线被伽马射线探测器探测并输出核脉冲信号，核脉冲信号通过数字化多道能谱分析器记录信号的能量和强度，通过数字化能谱采集、处理和分析实现待检测物料中多种元素含量的在线检测；所述探测低压电源、探测高压电源为所述伽马射线探测器提供高压和低压供电；所述中子慢化体位于所述中子透射窗的正下方，中子慢化体将所述氘氘中子源的靶头包裹在内，靶头产生的快中子在中子慢化体内多次散射后能量降低；所述中子探测器置于所述中子慢化体外部，用于监测所述氘氘中子源的源强变化，并提供源强修正信号给数字化多道能谱分析器；所述中子源辅助单元位于射线屏蔽体外部的机柜内，为所述氘氘中子源提供运行必须的真空和高压条件；所述运行控制模块控制并监测各部件的运行状态；所述射线屏蔽体包裹氘氘中子源、
2.根据权利要求1所述所述一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：所述伽马射线探测器为4台高能量分辨率的溴化镧闪烁体探测器阵列，4台溴化镧闪烁体探测器的探测范围完整覆盖整个待检测物料的宽度，减小物料边缘测量的不均匀性，4台溴化镧闪烁体探测器可以针对性的测量不同能量段的伽马射线能谱或进行能谱叠加测量，可提高伽马谱能峰的分辨能力或计数；在伽马射线探测器外均包裹有电加热温控和铅屏蔽层，补偿低温环境及侧向散射伽马射线对伽马射线探测器测量的影响。
3.根据权利要求1所述所述一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：所述数字化多道能谱分析器为全数字化的脉冲信号多道分析器，将伽马射线探测器和中子探测器输出的模拟脉冲信号进行数字化采样，将模拟信号采样并在缓存中存储为数字的信号值ft；伽马射线探测器的信号值ft进行过阈甄别，过阈则认为脉冲信号有效，并选取长度为脉冲积分开始时间的时刻点t1至脉冲积分结束时间的结束时刻点t3的信号值进行积分，将t3-t1时间段的积分值作为此脉冲信号的脉冲幅度值，脉冲幅度值与入射的伽马射线能量正相关；对中子探测器的信号值ft进行过阈甄别，过阈则认为该脉冲信号有效，并对中子探测器的脉冲数量进行累计。
4.根据权利要求1所述所述一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：产生中子的靶头突出于所述氘氘中子源，位于氘氘中子源的最前端；氘氘中子源下方安装有滑轨，并在所述射线屏蔽体一侧开口，方便氘氘中子源的维护以及靶头的靶材更换。
5.根据权利要求1所述所述一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：所述氘氘中子源位于待检测物料的正下方，二者中间设置有材料成分为铋的中子透射窗，中子可以顺利穿过中子透射窗到达上方的待检测物料的内部，伽马射线经过高原子序数的中子透射窗后强度大大降低；伽马射线探测器位于待检测物料的正上方，二者中间设置有材料成分为碳化硼的热中子吸收板，待检测物料的内部产生的伽马射线可以顺利穿过热中子吸收板到达上方的伽马射线探测器，散射中子经过热中子吸收板后强度大大降低。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：包括伽马射线探测器、中子探测器、探测低压电源、探测高压电源、数字化多道能谱分析器、中子慢化体、氘氘中子源、中子源辅助单元、运行控制模块和射线屏蔽体；所述氘氘中子源产生的高通量中子经过慢化后穿过中子透射窗，与待检测物料内的多元素发生热中子活化反应，并释放特征伽马射线，特征伽马射线被伽马射线探测器探测并输出核脉冲信号，核脉冲信号通过数字化多道能谱分析器记录信号的能量和强度，通过数字化能谱采集、处理和分析实现待检测物料中多种元素含量的在线检测；所述探测低压电源、探测高压电源为所述伽马射线探测器提供高压和低压供电；所述中子慢化体位于所述中子透射窗的正下方，中子慢化体将所述氘氘中子源的靶头包裹在内，靶头产生的快中子在中子慢化体内多次散射后能量降低；所述中子探测器置于所述中子慢化体外部，用于监测所述氘氘中子源的源强变化，并提供源强修正信号给数字化多道能谱分析器；所述中子源辅助单元位于射线屏蔽体外部的机柜内，为所述氘氘中子源提供运行必须的真空和高压条件；所述运行控制模块控制并监测各部件的运行状态；所述射线屏蔽体包裹氘氘中子源、中子慢化体、伽马射线探测器、中子探测器和运载物料的传输带，用于屏蔽吸收中子和伽马射线，降低本发明装置外的环境周围剂量当量。
2.根据权利要求1所述所述一种基于数字化多道伽马谱仪的中子活化多元素分析装置，其特征在于：所述伽马射线探测器为4台高能量分辨率的溴化镧闪烁体探测器阵列，4台溴化镧闪烁体探测器的探测范围完整覆盖整个待检测物料的宽度，减小物料边缘测量的不均匀性，4台溴化镧闪烁体探测器可以针对性的测量不同能量段的伽马射线能谱或进行能谱叠加测量，可提高伽马谱能峰的分辨能力...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟国强，李凯，洪兵，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：
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