Nal探测器在中子活化产品及煤质检测领域中的应用.pdf

第4期
煤质技术
2014年7月
Na』探测器在中子活化产品及煤质检测领域中的应用
尚庆敏,张伟,肖宪东,刘业绍
(丹东东方测控技术股份有限公司,宁丹东118002)
摘要:介绍了NaI探测器的结构特点、指标性能及其在中子活化产品中应用的效果,指出在入
厂煤检测中使用中子活化多元素分析仪器,可结合自动采样装置自动对煤样进行检测,具有速度
快、精度高等优点。
关键词:探测器;中子活化;分辯率;渫质检测
中图分类号:TIL81
文献标志码:B
文章编号:1007-7677(2014)04-0023-03
The application of Nal prober in neutron activation products and coal quality test field
SHANG Qing-min, ZHANG Wei, XIAO Xian-dong, LIU Ye-shao
Dandong Eastern Observe and Control Technology Co, Ltd, Dandong 118002, China
Abstract: This paper introduced the structure characteristics, indicating performance and application in neutron activation
products of NAI prober, it was indicated that in the test of coal as received, using neutron activation analysis-multi elements
analyzer which combined with the automatic sampling device to do the coal test was fast and accurate
Key words: prober; neutron activation; resolution; coal quality test
玻璃闪烁体、有机闪烁体等等。
0前言
随着煤炭价格的上涨,煤炭成本对用煤企业起
NaI闪烁体特点
着至关重要的作用,为了客观地评价入厂煤煤质的
NaI闪烁体在实际产品中的应用最为广泛
优劣及使管理人员能及时掌握煤质指标,急需能够
aⅠ闪烁体具有以下特点
准确并快速对煤质进行分析的仪器。中子活化分析
(1)探测效率高。因为闪烁体的密度高,特别
技术可较好地实现该需求,即中子活化产品在入场
是Nal闪烁体,其中加入了高原子序数的碘,所以
煤检测中可发挥重要作用,而射线探测器完全可以和γ射线发生相互作用的几率非常大,是对γ射线
满足中子活化产品在入场煤检测中的应用。中子活
探测效率最高的探测器。
化分析技术可以检测煤炭中的灰分、挥发分、硫
2)分辨时间短,反应快。有的可达到毫微秒
分,还可检测煤炭中钙、硅、铁、铝等元素。
数量级
射线探测器是进行核技术研究及应用的必要工
(3)发光效率高,输出脉冲幅度高。对于铯
具,无论是何种射线,只有用相应的探测器将射线
37的γ射线,从光电倍増管阳极的输出脉冲可达
转换为电信号,能对射线的特征进行研究?。核
到几伏。
技术研究及应用所涉及到的探测器有很多种,如电
(4)可用作能谱测量,能量正比关系好。
离室、正比计数管、G一M计数管、闪烁体探测器
5)成本低、技术成熟,便于产品的批量生产
等等。闪烁探测器的工作原理和气体探测器完全不
及产业化。
同,并且其性能具有更多的优点。其既能探测带电
2探测器硬件组成
离子,又能探测中性粒子,既能探测粒子的强度
又能探测粒子的能量,并且探测效率高,分辨时间
根据产品的设计、使用要求,以下介绍的NaI
短,是探测领域中应用最广泛的探测器之一。
探浏器硬件主要由以下5部分组成
根据闪烁体的材料不同,探测器可分为很多
(1)机械结构。对于应用于工业现场的探测
种,如NaI闪烁体、ZnS闪烁体、BGO闪烁体、
器,不但要考虑到产品在现场应用过程中的防水
防尘,还要考虑产品机械结构与射线的相互作用。
基金项目:国家重大科学似器设备开发专项(2012YQ240121)
以下介绍的探测器选用的是铝合金材质的外壳,同
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时为了保证探测器恒温系统的保温效榘,在探测器
构中,其输出端再经过高频电缆与主放大器相连。
外壳又增加了外层保温壳体。另外,在实际应用的其性能将直接决定整个系统的性能好坏,如粜前置
产品结构中,还需要根据实际情况,对探测器进行
放大器的性能指标达不到设计要求,无论后续电路
屏蔽和慢化处理,以使探测器的浏量效果达到最
的性能指标如何都将无法达到设计要求
佳,并能够满足中子活化产品的分析、控制
根据探测器输岀信号成形方式的特点分类,前
要求。
置放大器可以分为:电压灵敏前置放大器、电荷灵
(2)闪烁体。在核仪器仪表的设计应用中,必
敏前置放大器、电流灵敏前置放大器三大类“1。根
须要考虑探测器的分辨率、计数通过率、体积、成
据中子活化的能谱分析系统要求,文中介绍的探测
本等。在中子活化应用中,探泑器的分辨率的值越器选用的是电压型前置放大器,其电路原理示意如
小、计数通过率越大,对于分析仪的分析结果越有
图1所示,前置放大器输出信号如图2所示。该前
利,探测器的分辨率的值除了与闪烁体本身有关,
置放大器在中子活化应用中的效果较为理想,可以
同时与闪烁体的体积成正比,即闪烁体的体积越小
满足中子活化产品的设计要求
分辨率越好。探测器的计数通过率也跟体积有关,
在其他条件不改变的情况下,闪烁体的体积越大探
测器面积越大,探测器的计数率也越大。但是,由
于闪烁体体积大,生产制造难度大,其价格也高。
在中子活化产品的实际应用中,兼顾其性能、指
标、成本等因素,选用了5吋×5时的Nal探测
图1电压型前置放大器示意图
器。从实际应用效果来看,该尺寸的产品基本可满
足中子活化产品的设计要求。
3)倍增管。倍增管是闪烁体探测器不可或缺
的重要组成部分,其性能指标将直接影响搡测器的
性能指标。文中介绍的探测器选用的是阴极有效面
积为5吋的大尺寸倍增管,该倍增管具有以下特
图2前置放大器输出信号
光谱响应范围:300nm~650nm
(5)恒温系统。为了满足中子活化产品在现场
最大响应波长:400nm士20nm
的长期、稳定运行,并保证测量、控制精度,要求
10级倍增系统,最大增益可达2.7×10
探测器的环境工作温度变化不能太大。因此,介绍
倍
的探测器还专门设计了温控系统,该温控系统可以
非常高的脉冲线性特性;
根据实际需求设置探测器的工作环境温度,其温度
5时NaI探测器分辨率可达7.5%。
控制精度可以达到士1℃。从该探测器在中子活化
该倍增管的光电面积大、探测效率高,非常适产品现场的应用情况来看,其恒温系统能够保证探
合大面积闪烁计数、能谱分析、核仪器仪表应用