CN107076686A - 瞬发伽马中子活化物质分析仪 - Google Patents

Abstract

提供了用于改进瞬发伽马中子活化物质分析仪的方法和***。一方面，物质分析仪单元包括：中子源；开口，所述开口相对于所述中子源被安排成用于接纳物质；以及检测器外壳，所述检测器外壳具有：(i)检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过所述物质吸收中子而生成的伽马射线；以及(2)电子装置，所述电子装置与所述检测器外壳内的所述检测器耦合，其中，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述检测器的模拟信号并输出数字检测信号。

Description

瞬发伽马中子活化物质分析仪

背景技术

本说明书涉及物质分析仪，并且更具体地涉及可以使用一个或多个中子源和一个或多个辐射检测器来确定块状材料的组成元素的块状物质分析仪单元。

当原子吸收中子时，其原子量增大，但在此时，原子的化学性质并未改变，从而形成了同一元素的新同位素。当中子被吸收时，吸收原子就发射出一条或多条伽马射线，所述伽马射线的数量和能量对所述元素而言是唯一的。新同位素可能不稳定并且可以通过在某个时间段内发射一种或多种形式的辐射来寻求稳定，这也可能导致原子变成不同的元素。每个放射性同位素都由其衰变至稳定状态而具有特有的半衰期。已经吸收了中子的元素可以或者通过其发射的吸收伽马射线或者通过其发射的衰变辐射来标识。后者通常被称为中子活化分析，并且前者经常被称作瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)。

在20世纪70年代和20世纪80年代期间引入了商用PGNAA分析仪。因为中子穿透物质到达很大的深度并且所产生的瞬发伽马射线的能量高到足以允许它们逃离材料内的实质深度，所以PGNAA可以测量相对大体积的材料的材料成分。当使用中子辐射轰击块状材料时，从块状材料中的不同元素中产生不同的特有伽马射线能量谱。通过处理检测到的指示伽马射线能量的信号，可以进行关于块状材料的元素含量的测量。将PGNAA分析仪用于工业材料流可以允许对整个流进行分析，并且在不对材料进行特殊处理的情况下，可以迅速提供对块状材料的成分的准确评估。关于PGNAA分析仪的进一步细节，见美国专利号7,152,002和7,778,783，所述美国专利使用用于标识物质特性的瞬发伽马中子活化分析来描述了对物质分析仪的改进；这些专利通过引用以其全部内容结合在此。

发明内容

本说明书描述了与物质分析仪相关，并且更具体地与块状物质分析仪单元相关的技术，所述块状物质分析仪单元可以使用一个或多个中子源和一个或多个辐射检测器来确定块状材料的组成元素。

可以在物质分析仪单元中将本说明书中所描述的主题的一个或多个方面具体化，所述物质分析仪单元包括中子源；开口，所述开口相对于所述中子源被安排成用于接纳物质；以及检测器外壳，所述检测器外壳具有(i)检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过物质吸收中子而生成的伽马射线以及(2)电子装置，所述电子装置与所述检测器外壳内的所述检测器耦合，其中，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述检测器的模拟信号并输出数字检测信号。也可以在***中将本说明书中所描述的主题的一个或多个方面具体化，所述***包括主流浆料管，所述主流浆料管在浆料中携带物质；以及物质分析仪单元，所述物质分析仪单元缠绕所述主流浆料管并且对所述主流浆料管在浆料中携带的所述物质进行分析，其中，所述物质分析仪单元包括中子源以及检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过所述物质吸收中子而生成的伽马射线。

这些和其他实施例可以可选地包括以下特征中的一个或多个特征。所述主流浆料管可以包括具有低中子吸收横截面的管段，并且所述物质分析仪单元可以包括蛤壳结构。此外，所述检测器可以是集成检测器，其中，用于所述检测器的所述电子装置被整合到所述检测器外壳中。

所述物质分析仪单元可以是块状物质分析仪，所述中子源可以是同位素放射源，所述同位素放射源具有相对于所述放射源被配置且被安排成用于对所发射的中子进行调节的相关联材料，并且所述开口包括被安排成用于由所述同位素放射源携带物质的通道。所述检测器外壳可以主要由碳、氢和氧元素制成，当被中子撞击时，所述碳、氢和氧元素向背景光谱贡献比其他元素更低的信号。例如，所述检测器外壳可以包括波纹塑料，所述波纹塑料被配置且被安排成用于为所述检测器提供热绝缘和机械支撑。此外，所述波纹塑料可以包括波纹塑料片，所述波纹塑料片包括聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料。

可以将所述物质分析仪单元构造成使得只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过所述检测器外壳。所述物质分析仪单元可以包括检测器组件，所述检测器组件包括具有整合到所述检测器外壳中的电子装置的两个或更多个检测器。所述检测器组件还可以包括检测器接口通信模块，所述检测器接口通信模块与所述两个或更多个集成检测器的所述电子装置耦合。此外，所述检测器组件还可以包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述两个或更多个集成检测器耦合，并且所述温度控制模块还可以是电源模块，所述电源模块包括AC(交流)电力输入接口并且向所述检测器接口通信模块提供电力。

在一些情况下，检测器外壳中的每一个检测器外壳可以仅包括所述检测器外壳中用于仅接纳两根电缆的两个接口，所述两个接口中的第一接口被配置且被安排成用于接纳来自用于控制所述检测器的温度的所述温度控制模块的电缆，并且所述两个接口中的第二接口被配置且被安排成用于接纳来自于所述检测器接口控制模块中的USB(通用串行总线)电缆，其中，所述USB电缆既提供DC(直流)电压以便对所述电子装置进行供电又提供数据线以便所述电子装置发送和接收针对所述检测器的数字信号。

所述检测器接口通信模块可以包括用于四个或更多个检测器的接口端口。所述检测器接口通信模块可以被配置成用于将针对所述检测器的数字数据输出到计算机网络中。所述检测器接口通信模块可以包括媒体接入控制(MAC)单元或者与其耦合，并且所述计算机网络可以包括有线局域网。可替代地，所述检测器接口通信模块可以包括无线通信收发器或者与其耦合，并且所述计算机网络可以是无线网络。

所述物质分析仪单元可以包括用于为对所述物质分析仪单元的操作提供电力的可再生能量源和电池***。所述可再生能量源可以是被整合到所述物质分析仪单元中的太阳能电池板，并且所述无线通信收发器可以是WiFi收发器。此外，所述开口可以是大小被设定成用于接纳容器的通道，所述容器被***到所述物质分析仪单元中并且随后在已经执行分析步骤之后从所述物质分析仪单元中抽出，其中，所述容器容纳所述被分析物质。例如，所述通道的大小可以被设定成用于从所述通道的第一侧接纳所述容器并从所述通道的第二侧弹出所述容器。

根据本说明书中所描述的主题的另一方面，一种用于瞬发伽马中子活化分析的检测器包括：闪烁器，当被通过待分析物质吸收中子而生成的伽马射线撞击时，所述闪烁器发荧光；光传感器，所述光传感器与闪烁器耦合；以及外壳，所述外壳用于所述闪烁器和所述光传感器，其中，所述外壳包括波纹塑料，所述波纹塑料被配置且被安排成用于为检测器提供热绝缘和机械支撑。这些和其他实施例可以可选地包括以下特征中的一个或多个特征。

所述外壳可以主要由碳、氢和氧元素制成，当被中子撞击时，所述碳、氢和氧元素向背景光谱贡献比其他元素更低的信号。所述波纹塑料可以包括波纹塑料片，所述波纹塑料片包括有聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料。此外，所述检测器可以包括：高压源，所述高压源与所述光传感器耦合；前置放大器，所述前置放大器与所述光传感器耦合；以及电子装置，所述电子装置与所述前置放大器耦合，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述前置放大器的模拟信号并输出数字检测信号，其中，所述外壳包含所述源、所述前置放大器、以及所述电子装置。

可以将所述检测器设置成使得只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过所述外壳。所述电子装置可以包括：模数转换器(ADC)、控制器、以及通信模块。所述通信模块可以被配置成用于将针对所述检测器的数字数据输出到计算机网络中。所述通信模块可以包括MAC单元或者与其耦合，并且所述计算机网络可以包括有线局域网。可替代地，所述通信模块可以包括无线通信收发器或者与其耦合，并且所述计算机网络可以是无线网络。

可以实施本说明书中所描述的主题的特定实施例以便实现以下优点中的一个或多个优点。可以减少来自材料而不是被分析物质吸收的中子的背景光谱。从检测器外壳中消除发射中子感生的背景伽马射线的各种类型的材料可以导致更少的非期望伽马射线到达检测器。可以在仍提供保护大型质量检测器所需的热绝缘和机械强度的同时完成这一点。

进一步地，可以通过减小模拟检测信号在被处理到数字域中之前所行进的距离来减小这种背景光谱对分析过程的影响。不需要使用将模拟信号携带到远程安装(例如，被安装到分析仪的侧面或者顶部，或者被安装到单独外壳或构造中)的检测器电子装置的电缆，并且因此不需要用于从检测器处携带低电平信号的屏蔽电缆的附加费用，并且不需要用于安装这种电子装置的单独外壳或构造。除了根据减少背景光谱和/或消除干扰信号来改进检测分析之外，还可以改进对分析仪单元的安装、校准和维护的容易性。

可以将分析仪单元构造成以便减少或者消除挂到分析仪上的电缆(屏蔽的或者以其他方式)。在一些情况下，只有两根电缆连接至分析仪单元：电源和数字通信电缆。还可以通过使用太阳能和无线通信来消除这两根电缆。消除从检测器到检测器之外的任何电子装置***的电缆可以消除可能拾取将影响性能的电气噪声或者可能被那些电缆附近的活动切断并导致分析仪操作中断的电缆。因为更少的项目发生故障，所以消除电缆可以大大地降低安装时间和安装成本并且可以降低维护成本。

根据本说明书中所描述的主题的一个或多个附加实施例，分析仪单元可以被设计成用于为各种应用提供有效安装和维护。例如，分析仪单元可以被设计成用于缠绕主流浆料管，以便包括在生产线中。这可以避免需要使用复杂歧管来对要带到分析仪中进行分析的浆料流进行采样。可以在不需要通过分析仪来循环样本的情况下对主流浆料管的内容物进行快速分析直到已获得充足的测量结果为止。此外，可以通过连续地测量整个浆料流来获得更高的准确度和更好的过程控制。

在附图和以下描述中阐述了本说明书中所描述的主题的一个或多个实施例的细节。根据描述、附图和权利要求书，本发明的其他特征、方面和优点将变得明显。

附图说明

图1A示出了用于与PGNAA一起使用的伽马射线检测器架构的示例。

图1B示出了可以在图1A的检测器架构中使用的计算机架构的示例。

图2示出了物质分析仪单元的示例。

图3示出了被配置且被安排成用于处理传送带递送的块状材料的物质分析仪单元的示例。

图4示出了被配置且被安排成用于处理在容器中递送的材料的物质分析仪单元的示例。

图5示出了被配置且被安排成用于处理在浆料管中递送的材料的物质分析仪单元的示例。

在各个附图中相同的参考标号与名称指示相同的元件。

具体实施方式

图1A示出了用于与瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)一起使用的伽马射线检测器架构。中子源100提供中子102以便撞击待分析物质104，可以在样本流中或者在样本容器中由浆料管通过通道(如所示出的)在传送带106上携带所述待分析物质。中子源100可以是一个或多个中子源，其可以是同位素中子源或者带电中子源。带电中子源可以包括电动中子发生器。电子中子发生器借助于通过将氢的同位素融合在一起而产生中子的紧凑型线性加速器来发射中子。根据使用哪些同位素，中子的能量范围可以是从约2.4MeV到14MeV。通过将电源从发生器中移除来终止中子的发射。同位素中子源可以包括发射中子102的放射性材料以及放射性材料周围对所发射的中子102进行调节(并且潜在地集中)以便轰击物质104的包含材料。在任何情况下，当中子102撞击待分析物质104时，生成瞬发伽马射线108。

一个或多个伽马射线检测器安装在物质104的与中子源100相反的侧上，以便检测伽马射线108并处理由此生成的信号。检测器外壳110包括检测器120，所述检测器对穿过它的伽马射线108进行标识。检测器120可以包括晶体122(或其他闪烁器)和PMT(光电倍增器)124(或其他光传感器)。检测器120可以从源135接收高励磁电压，所述源可以在检测器外壳110中生成检测所需的高电压。检测器120所生成的信号可以被前置放大器130放大并且然后被电子140装置进一步处理，以便确定哪些元素吸收了中子并发射了检测到的瞬发伽马射线。

电子装置140被配置成用于接收并处理来自检测器的模拟信号并输出数字检测信号。在一些实施方式中，电子装置140可以用于控制检测器120以及用于接收和处理来自检测器120的信号并向可以使用分析仪输出的***提供通信。电子装置140可以控制对检测器的激励并对来自检测器的信号进行调节。电子装置140可以包括用于控制检测器120并对信号进行调节和处理以便提取关于被分析材料的期望信息以及用于向另个一设备(例如，网络上的设备)传达该信息的电路和计算机硬件和软件，在所述另一个设备处，所述信息可以被进一步处理和格式化以便满足特定应用的需要。

可以使用专用电路、通用可编程电路、现场可编程电路、或这些电路的组合来实施电子装置140。在一些实施方式中，电子装置140包括模数转换器(ADC)142和在数字域中进行操作的控制器144。在一些实施方式中，ADC 142可以是ADC和DAC(数模转换器)芯片。控制器144可以是包括计算机硬件外加固件、软件、或两者的计算机。在一些实施方式中，控制器144包括多通道分析仪和分析软件。进一步地，在一些实施方式中，控制器144包括ADC 142。

图1B示出了可以在图1A的检测器架构中使用的计算机架构。计算设备170是包括硬件处理器172、存储器174、总线接口180(例如，并行或串行接口)、以及输入/输出(I/O)接口182的数字计算机。计算设备170可以包括ADC和DAC芯片，比如，可从马萨诸塞州诺伍德的模拟设备公司(Analog Devices Inc.)获得的AD7985或AD5791。存储器174可以包括易失性存储器、非易失性存储器、或两者。例如，存储器174可以容纳硬件处理器172运行以便执行电子装置140的功能的固件指令。在一些实施方式中，总线接口180是高速接口，并且计算设备170可以包括用于连接至存储设备178(例如，硬盘驱动器或者固态存储器设备)的低速总线接口184。存储设备178可以包括加载到存储器174中并由硬件处理器172运行以便执行电子装置140的功能的软件。如将理解的，存储器174和存储设备178是以下进一步描述的计算机可读介质的示例。此外，在一些实施方式中，计算设备170可以包括一个或多个高速扩展端口176以及一个或多个低速扩展端口186。

图1B表示了实施方式的一些示例，但是如鉴于本公开而将认识到的，众所周知的电子装置超微型化技术可以用于将与PGNAA分析仪相关联的传统电子装置微型化。再次参照图1A，在各种实施方式中，对这种微处理能力的引入可以导致电子装置被完全整合到检测器的外壳中，从而使得任何模拟信号都不会进入或离开检测器外壳110，由此减小(如果没有消除)将电磁拾音器添加到分析仪的背景光谱中的可能性。因为这种拾音器的幅度或频率可能不恒定，并且因此传统地无法通过常用的减法技术来消除这种拾音器，所以这极其重要。当检测器电子装置被整合到检测器外壳110中时，其变成了集成检测器110，在所述集成检测器中，只有数字信号需要进入或离开检测器外壳110。

可以向集成检测器110提供低压直流源，检测器外壳110内的电路从所述低压直流源中为电路和传感器生成激励电压源。可以与检测信号隔离的温度控制电缆也可以引入到检测器外壳110以便确保适当的检测器温度。此外，由于在检测器外壳110的界限内至少发生初始分析处理，所以从检测器外壳110处输出的数据信号可以是完全数字信号。PGNAA使用中子源来从被分析材料内的原子中感生伽马射线信号。因为每个元素在吸收中子时发射其自己特有的瞬发伽马射线光谱，所以可以对从被测试材料中发射的所有伽马射线的总光谱进行去卷积以便确定该材料中的每个元素的总量。然而，中子源在所有方向上发射中子，并且然后那些中子被附近的所有材料吸收。从分析仪以及分析仪周围的支撑结构中发射的伽马射线信号创建了背景光谱，被分析材料的光谱必须从所述背景光谱中提取。PGNAA测量结果的质量受到背景光谱的幅度的很大影响。

由于检测器外壳110的设计的原因，不需要将来自检测器120的任何模拟信号路由到检测器外壳110之外。这可以增加现场安装(例如，在工业场地处)的灵活性和调试容易度，并且可以通过降低对模拟数据线的干扰的风险(例如，来自电磁干扰)来提高性能，所述模拟数据线在检测器可能需要在外壳之外行进某段距离达到初始数据处理阶段。此外，为了进一步提高性能，检测器外壳110的很大一部分可以由在被中子撞击时为背景光谱贡献比其他元素更低的信号(例如，按质量，用于构造外壳的所有元素中的多于30％、多于40％、多于50％、或者多于60％)的碳、氢和氧元素构建。可以减少或者消除对其他材料(例如，铝)的使用。在一些实施方式中，检测器外壳110可以主要由碳、氢和氧元素制成(例如，按质量，用于构造外壳的所有元素中的多于70％、多于80％、多于90％、或者多于95％)。

图2示出了物质分析仪单元200的示例。物质分析仪单元200包括如以上结合图1A而描述的一个或多个检测器外壳210。每个检测器外壳210可以包括被配置且被安排成用于为外壳210内的检测器提供热绝缘和机械支撑的波纹塑料220。波纹塑料220可以是使用聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料来制作的波纹塑料片。注意，使用波纹塑料220可以提供任何所需的结构完整性以便保护脆弱的检测器，但是如在金属被用于外壳时的情况一样，没有额外生成背景光谱。因此，可以从检测器外壳210中减少或消除可能对背景光谱做出贡献的材料(例如，铝或铁)。而且，除了用于检测器外壳210的结构的类型的材料之外，波纹材料的使用允许减小用于得到外壳所需的强度的材料的量。通过这两种方法，可以最小化来自检测器外壳的背景光谱。

此外，在一些实施方式中，检测器外壳210提供有限的出口或孔，从而使得只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过检测器外壳210。例如，分析仪单元200可以包括检测器接口通信模块240和温度控制模块250，所述检测器接口通信模块和温度控制模块中的每一者都通过接口230与每一个集成检测器210耦合。在一些实施方式中，温度控制模块250还可以是包括AC(交流)电力输入接口并向检测器接口通信模块240提供电力的电源模块。模块250可以接收电源(比如，120V AC)，并且模块250可以将此电力转换为可由模块240和(多个)检测器210使用的DC电压。

此外，模块240、250可以具有用于连接检测器的多个端口，由此允许在具有不同数量的检测器的不同设施中使用相同的模块240、250。模块250可以向每个检测器外壳210提供用于控制检测器温度的电缆。进一步地，模块240可以从模块250处接收低压电力并控制集成检测器210与位于分析仪单元200之外的某个位置处的服务器之间的通信。因此，模块240可以包括用于通过网络与多个计算设备260进行通信的通信技术(例如，如WiFi收发器等无线技术或者如以太网媒体接入控制(MAC)单元等有线技术)。附加计算设备260中的一个或多个附加计算设备可以用于进行显示和监测、管理控制、附加信号分析、或这些项的组合。

图3示出了被配置且被安排成用于处理传送带递送的块状材料的物质分析仪单元300的示例。块状物质分析仪单元300包括位于容器310内的同位素放射中子源，所述同位素放射中子源包括用于调节和集中所发射的将向上传递并穿过通道320的中子的材料。通道320是开口，当单元300被安装在特定位置处时，传送带可以穿过所述开口，由此将待分析块状物质携带经过中子源310。此外，单元300包括用于减少在非期望方向上行进的中子和伽马辐射的屏蔽380。屏蔽380仅被示出为在单元300的两侧，但是一旦安装，单元300可以在四周具有屏蔽(包括在单元300的顶部和底部)。此外，单元300还可以包括图3中未示出的结构支撑元件。

块状物质分析仪单元300还包括检测器盒组件330，所述检测器盒组件包括如以上所描述的两个内部集成检测器340、温度控制模块350、以及检测器接口通信模块360。图3示出了检测器盒组件330，移除了其检查门以便显示两个完全相同的集成检测器340的外壳的一侧，温度控制模块350和检测器接口通信模块360位于所述完全相同的集成检测器上方。此外，可以提供输出接口370，所述输出接口可以是用于局域网(例如，以太网交换机)的无线通信收发器或者MAC单元。

在一些实施方式中，输出接口370被整合到检测器接口通信模块360中。在一些实施方式中，元件370是可以是拉线盒，包括所述拉线盒以便为通信电缆和电力电缆提供机械保护。在一些实施方式中，检测器接口通信模块360被整合到集成检测器340内的电子装置中。

如所示出的，集成检测器340中的每一个集成检测器都可以具有手柄，以便易于安装到检测器盒组件330中或者从所述检测器盒组件移除。此外，每个集成检测器340都可以具有如以上所描述的外壳，所述外壳仅具有检测器外壳中仅用于接纳两根电缆的两个接口。这两个接口中的第一接口可以被配置且被安排成用于接纳来自于用于控制检测器的温度的温度控制模块350的电缆，并且这两个接口中的第二接口可以被配置且被安排成用于接纳来自于检测器接口通信模块360的USB(通用串行总线)电缆。在一些实施方式中，USB电缆既提供DC(直流)电压以便对电子装置进行供电，又提供数据线以便电子装置发送和接收针对检测器的数字信号。进一步地，通过使用由当被中子撞击时向背景光谱贡献更低的信号的(例如，碳、氢和氧)元素制成的波纹材料，已经将信噪比提高到超过之前可实现的信噪比。通过增大信噪比，分析仪在更短的时间内实现更高的准确度，这对实时应用和处理控制而言是重要的。

在一些实施方式中，块状物质分析仪单元300包括用于从可再生能量源395处接收电力的电池***390。因此，单元300可以在可再生能量源395使额外电力可用时存储所述额外电力，并且在可再生能量源395没有提供电力时继续以电池电力进行操作。此外，可再生能量源395可以被整合到单元300中。例如，单元300可以具有构建在检测器盒组件330或其上的屏蔽的顶部的太阳能电池板398或者风车。

在一些实施方式中，太阳能电池板398可以相对于屏蔽部件380(或其他类似部件)中的一个或多个屏蔽部件被定向，以便从其中散发的伽马射线中生成电力。太阳能电池板398可以是被定制成用于从伽马辐射中生成电力的类型。因此，中子源310可以变成单元300中的电子装置的电源。通过将单元的电子装置设计成减小其电力需求，源310生成的额外中子的能量(这种能量将通常被浪费掉)可以被用于产生对电池板398并且因此对单元300供电的伽马辐射。在一些实施方式中，单元300中的所有电子装置由这种能量捕获技术进行供电，并且单元300不需要依靠任何外部能量源，由此变得完全自给自足。这在接入电力和服务能力受到限制的远程位置中可能具有显著优点。

在一些实施方式中，中子源310与集成检测器340之间的距离在六英寸与二十四英寸之间。其他尺寸也是有可能的。由于为了可能在分析仪周围工作的人员的安全而需要屏蔽中子和伽马辐射，所以PGNAA分析仪通常很大。许多分析仪的设计还包括用于调节中子并将其集中到待测量材料中的大量材料。

图4示出了被配置且被安排成用于处理在容器430中递送的材料的物质分析仪单元400的示例。单元400包括辐射屏蔽410；如所示出的，为了易于安装和维护，屏蔽410被模块化成多个块。单元400包括检测器组件440，所述检测器组件可以包括六个集成检测器、温度控制模块、以及检测器接口通信模块。集成检测器可以与集成检测器340类似(或相同)，每一个集成检测器都具有手柄，以便易于安装到检测器组件440中并从所述检测器组件中移除，并且还具有如以上所描述的在仅具有检测器外壳中仅用于接纳两根电缆的两个接口的外壳。这种流线型配置简化了安装和维护。将分析仪放置在位，安装中子源，连接电力电缆，***以太网电缆，并且***开始提供数据。

此外，单元400包括通道420，所述通道的尺寸被设定成用于从通道420的第一侧接纳容器430并从通道的第二侧弹出容器430，或者可替代地，从第一侧将其抽出。容器430容纳被分析物质并且可以由人员或者使用自动化操作(例如，机器人)来加载。同样地，容器430可以由人员(使用任何适当工具)或者使用机械化操作(例如，在火车驱动的辊子输送机上)穿过通道420。

作为对大量材料(例如，玉米秸秆)的进料检验(比如，生物量)的方式，分析仪400可以被设计成用于在非常短的时间内测量低密度材料的成分。分析仪400可以被设计成安装在接收站处，其中，在所述接收站处，大量材料的样本可以连续***到分析仪400中并且可以在很短的时间(比如，五分钟或者更少)内提供严格的分析。样本容器430可以穿过隧道420，在从一个方向或者另一个方向离开之前停留在测量区域中，直到完成测量为止。这允许样本容器430在连续流中一直穿过分析仪。在其他实施方式中，开口420仅处于单元400的一侧上，并且每一个样本容器430被***到相同侧并从其中抽出。

可以对装载在每一个样本容器430中的物质进行分析，以便确定水分、灰分、灰分的组成元素、以及其他元素的重量百分比。可以从测量值中计算样本的热值。

图5示出了被配置且被安排成用于处理在浆料管520中递送的材料的物质分析仪单元500的示例。浆料管520可以是主流浆料管，而不是从主管拉出样本的附加管。为了容易地包围浆料管520，分析仪单元500可以包括如所示出的缠绕管道520的模块化单元。在一些实施方式中，分析仪单元500被构造为在管520周围容易打开和关闭的蛤壳式结构。这可以促进将分析仪单元500安装在管520周围。此外，如所示出的，分析仪单元500可以具有中子源510(例如，同位素中子源)以及被构建到蛤壳结构中的屏蔽580。

此外，管道520可以具有针对管道520的穿过分析仪单元500的部分的单独分段525。管段525可以由不同的材料制成，以便减少来自管道的可能干扰测量准确度的背景信号。例如，管段525可以由具有低中子吸收横截面(例如，小于0.008每厘米的宏观横截面)的材料(比如，高密度聚乙烯或者反应堆级锆)制成。

在一些实施方式中，分析仪单元500包括如以上所描述的集成检测器540、温度控制模块550、以及检测器接口通信模块560。还应当注意，检测器组件可以被设计成用于接纳两个或更多个集成检测器540，由此允许在分析仪单元500内安装用于给定应用的适当数量的集成检测器540。

在许多行业(比如，肥料、镍、铁、铝土矿或铜生产)的各种处理中，分析仪单元500可以与浆料管一起使用。浆料管的直径范围可以是从6英寸以下到大于2英尺。在一些实施方式中，浆料管520具有在从8英寸到12英寸的范围内的直径。分析仪单元500可以提供可以连续测量整个浆料流以便在不必从样本的测量结果中推断成分的情况下获得浆料成分的真实测量结果的改进分析***。

在本说明书中描述的主题和功能操作的实施例可以在数字电子电路中或在计算机软件、固件、或硬件(包括在本说明书中公开的结构及其结构等同物)、或它们中的一个或多个的组合中实施。可使用编码在计算机可读介质上的用于由数据处理装置执行或者用于控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块来实施本说明书中所描述的主题的实施例。计算机可读介质可以是制成品，比如，计算机***中的硬盘驱动器或者通过零售渠道售卖的光盘，或者具有内置存储器的嵌入式***。计算机可读介质可以被单独获取并随后使用计算机程序指令的一个或多个模块进行编码，比如通过有线或者无线网络来进行的对计算机程序指令的一个或多个模块的递送。计算机可读介质可以是机器可读存储设备、机器可读储存基板、存储器设备、或它们中的一项或多项的组合。

本说明书中所描述的过程或逻辑流程可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器来执行以便通过操作输入数据并生成输出来执行功能。这些过程和逻辑流程还可以由装置执行，并且装置还可以被实施为专用逻辑电路，例如，FPGA(现场可编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)。

举例来讲，适合于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者、以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者中接收指令和数据。计算机的必不可少的元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括或者将被可操作地耦合至到一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘、或光盘)，以便从大容量存储设备中接收数据或向其传输数据，或者既接收又传输数据。然而，计算机不需要具有这种设备。适用于存储计算机程序指令和数据的设备包括所有形式的非易失性存储器、介质和存储器设备，举例来讲，包括半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM、以及闪存存储器设备)、磁盘(例如，内置硬盘或可移除盘)、磁光盘、以及CD ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以由专用逻辑电路补充或结合在其中。

可以在计算***中实施在本说明书中所描述的主题的实施例，所述计算***包括后端部件(例如，作为数据服务器)、或包括中间件部件(例如，应用服务器)、或包括前端部件(例如，具有图形用户界面或Web浏览器的客户端计算机，用户可以通过其与在本说明书中所描述的主题的实现方式交互)、或一个或多个这种后端、中间件或前端部件的任何组合。***的部件可以通过任何数字数据通信形式或介质(例如，通信网络)进行互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)、互联网络(例如，互联网)、以及对等网络(例如，自组织对等网络)。

计算***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器通常远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。客户端与服务器的关系借助于在各自的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序产生。

尽管本说明书包含许多实施细节，但是这些细节不应被解读为是对本发明或者可能要求保护的内容的范围的限制，而应被解读为是对本发明的特定实施例特有的特征的描述。在单独的实施例的背景下在本说明书中所描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反，在单一实施例的背景下描述的各个特征也可以被单独地或以任何适合的子组合的方式实现在多个实施例中。而且，虽然特征在上文可以被描述为以某些组合起作用并且甚至如此最初被要求，但来自所要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以与组合离体，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变化。

类似地，虽然附图中以具体顺序描绘了操作，但这不应被理解成要求这种操作以所示出的具体顺序或以有序顺序执行，或者所有展示的操作可以被执行，以实现令人希望的结果。在某些情况下，多重任务处理和并行处理可能是有利的。而且，上述实施例中的不同***部件的分离不应被理解成在所有实施例中都要求这种分离，并且应理解的是，所描述的程序部件和***通常可以一起整合在单个软件产品中或封装进多个软件产品中。

因此，己经描述了本发明的特定实施例。其他实施例在下述权利要求书的范围内。例如，权利要求书中所列举的动作可以用不同顺序来执行，并且仍然获得期望结果。

Claims (30)

1.一种物质分析仪单元，包括：

中子源；

开口，所述开口相对于所述中子源被安排成用于接纳物质；以及

检测器外壳，所述检测器外壳具有：(i)检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过所述物质吸收中子而生成的伽马射线；以及(2)电子装置，所述电子装置与所述检测器外壳内的所述检测器耦合，其中，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述检测器的模拟信号并输出数字检测信号。

2.如权利要求1所述的物质分析仪单元，其中，所述单元是块状物质分析仪，所述中子源是同位素放射源，所述同位素放射源具有相对于所述放射源被配置且被安排成用于对所发射的中子进行调节的相关联材料，并且所述开口包括被安排成用于由所述同位素放射源携带所述物质的通道。

3.如权利要求2所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器外壳主要由碳、氢和氧元素制成，当被中子撞击时，所述碳、氢和氧元素向背景光谱贡献比其他元素更低的信号。

4.如权利要求3所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器外壳包括波纹塑料，所述波纹塑料被配置且被安排成用于为所述检测器提供热绝缘和机械支撑。

5.如权利要求3所述的物质分析仪单元，其中，所述波纹塑料包括波纹塑料片，所述波纹塑料片包括聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料。

6.如权利要求2所述的物质分析仪单元，其中，只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过所述检测器外壳。

7.如权利要求1所述的物质分析仪单元，包括检测器组件，所述检测器组件包括：

所述检测器外壳，所述检测器外壳为具有第一检测器和第一电子装置的第一检测器外壳；

一个或多个第二检测器外壳，所述一个或多个第二检测器外壳中的每一个具有：(i)第二检测器，所述第二检测器被配置且被安排成用于接收由中子从所述物质中生成的伽马射线；以及(2)第二电子装置，所述第二电子装置与所述第二检测器外壳内的所述第二检测器耦合，其中，所述第二电子装置被配置成用于接收并处理来自所述第二检测器的模拟信号并输出数字检测信号；以及

检测器接口通信模块，所述检测器接口通信模块与所述第一检测器和一个或多个第二检测器的电子装置耦合。

8.如权利要求7所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器组件包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述第一检测器和所述一个或多个第二检测器中的每一者耦合。

9.如权利要求8所述的物质分析仪单元，其中，所述温度控制模块也是电源模块，所述电源模块包括AC(交流)电力输入接口并且向所述检测器接口通信模块提供电力。

10.如权利要求8所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器外壳中的每一个检测器外壳仅包括所述检测器外壳中用于仅接纳两根电缆的两个接口，所述两个接口中的第一接口被配置且被安排成用于接纳来自用于控制所述检测器的温度的所述温度控制模块的电缆，并且所述两个接口中的第二接口被配置且被安排成用于接纳来自于所述检测器接口控制模块中的USB(通用串行总线)电缆，其中，所述USB电缆提供DC(直流)电压以便对所述电子装置进行供电并且提供数据线以便所述电子装置发送和接收针对所述检测器的数字信号。

11.如权利要求8所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器接口通信模块包括用于四个或更多个检测器的接口端口。

12.如权利要求8所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器接口通信模块被配置成用于将针对所述检测器的数字数据输出到计算机网络中。

13.如权利要求12所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器接口通信模块包括媒体接入控制(MAC)单元或者与其耦合，并且所述计算机网络包括有线局域网。

14.如权利要求12所述的物质分析仪单元，其中，所述检测器接口通信模块包括无线通信收发器或者与其耦合，并且所述计算机网络是无线网络。

15.如权利要求14所述的物质分析仪单元，包括用于为对所述物质分析仪单元的操作提供电力的可再生能量源和电池***。

16.如权利要求15所述的物质分析仪单元，其中，所述可再生能量源是被整合到所述物质分析仪单元中的太阳能电池板，并且所述无线通信收发器是WiFi收发器。

17.如权利要求8所述的物质分析仪单元，其中，所述开口包括尺寸被设定成用于接纳容器的通道，所述容器被***到所述物质分析仪单元中并且随后在已经执行分析步骤之后从所述物质分析仪单元中抽出，其中，所述容器保持所述被分析物质。

18.如权利要求17所述的物质分析仪单元，其中，所述通道的尺寸被设定成用于从所述通道的第一侧接纳所述容器并从所述通道的第二侧弹出所述容器。

19.一种用于瞬发伽马中子活化分析的检测器，所述检测器包括：

闪烁器，当被通过待分析物质吸收中子而生成的伽马射线撞击时，所述闪烁器发荧光；

光传感器，所述光传感器与所述闪烁器耦合；以及

外壳，所述外壳用于所述闪烁器和所述光传感器；

其中，所述外壳包括波纹塑料，所述波纹塑料被配置且被安排成用于为所述检测器提供热绝缘和机械支撑。

20.如权利要求19所述的检测器，其中，所述外壳基本上由碳、氢和氧元素制成，当被中子撞击时，所述碳、氢和氧元素向背景光谱贡献比其他元素更低的信号。

21.如权利要求19所述的检测器，其中，所述波纹塑料包括波纹塑料片，所述波纹塑料片包括聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料。

22.如权利要求19所述的检测器，包括：

高压源，所述高压源与所述光传感器耦合；

前置放大器，所述前置放大器与所述光传感器耦合；以及

电子装置，所述电子装置与所述前置放大器耦合，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述前置放大器的模拟信号并输出数字检测信号；

其中，所述外壳包含所述源、所述前置放大器、以及所述电子装置。

23.如权利要求22所述的检测器，其中，只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过所述外壳。

24.如权利要求22所述的检测器，其中，所述电子装置包括：

模数转换器(ADC)；

控制器；以及

通信模块。

25.如权利要求24所述的检测器，其中，所述通信模块被配置成用于将针对所述检测器的数字数据输出到计算机网络中。

26.如权利要求25所述的检测器，其中，所述通信模块包括无线通信收发器或者与其耦合，并且所述计算机网络是无线网络。

27.一种***，包括:

主流浆料管，所述主流浆料管在浆料中携带物质；以及

物质分析仪单元，所述物质分析仪单元缠绕所述主流浆料管并且对所述主流浆料管在所述浆料中携带的所述物质进行分析，其中，所述物质分析仪单元包括中子源以及检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过所述物质吸收中子而生成的伽马射线。

28.如权利要求27所述的***，其中，所述主流浆料管包括所述物质分析仪内的管段，所述管段包括具有低中子吸收横截面的材料。

29.如权利要求28所述的***，其中，所述物质分析仪单元包括蛤壳结构。

30.如权利要求28所述的***，其中，所述检测器包括集成检测器。