RU210383U1 - Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды - Google Patents

Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды Download PDF

Info

Publication number
RU210383U1
RU210383U1 RU2021138470U RU2021138470U RU210383U1 RU 210383 U1 RU210383 U1 RU 210383U1 RU 2021138470 U RU2021138470 U RU 2021138470U RU 2021138470 U RU2021138470 U RU 2021138470U RU 210383 U1 RU210383 U1 RU 210383U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alpha
gamma
gamma radiation
detector
neutron
Prior art date
Application number
RU2021138470U
Other languages
English (en)
Inventor
Максим Донатович Каретников
Антон Дмитриевич Мазницин
Вячеслав Феликсович Батяев
Дмитрий Игоревич Юрков
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа")
Priority to RU2021138470U priority Critical patent/RU210383U1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU210383U1 publication Critical patent/RU210383U1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/221—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis
    • G01N23/222—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by activation analysis using neutron activation analysis [NAA]

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области анализа материалов радиационными методами, измерения вторичного излучения при облучении быстрыми нейтронами и может быть использована для определения элементного состава вещества в исследуемом объекте с помощью нейтронного активационного анализа, в частности, обнаружения алмазов в алмазосодержащей руде. Устройство содержит нейтронный генератор со встроенным многоэлементным альфа-детектором, детекторы гамма-излучения, систему анализа данных, систему питания, нейтронный генератор и система анализа данных соединены с системой питания, альфа-детектор и детекторы гамма-излучения соединены с системой анализа данных и системой питания, детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп: детекторы гамма-излучения первой группы снабжены защитой от нейтронного излучения и расположены вне потока меченых нейтронов, детекторы гамма-излучения второй группы расположены в потоке меченых нейтронов, каждому детектору гамма-излучения второй группы соответствуют пиксели режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор гамма-излучения, система анализа данных с детекторов излучения выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с альфа-детектора и детектора гамма-излучения второй группы во временном окне альфа-гамма совпадений только при отсутствии сигнала во временном окне альфа-гамма совпадений с пикселей режекции альфа-гамма совпадений, соответствующих данному детектору гамма-излучения. Технический результат - снижение требования к точности определения времени между моментом регистрации альфа-частиц альфа-детектором нейтронного генератора и моментом регистрации гамма-излучения в каждом из детекторов гамма-излучения второй группы. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к области анализа материалов радиационными методами, измерения вторичного излучения при облучении быстрыми нейтронами и может быть использована для определения элементного состава вещества в исследуемом объекте с помощью нейтронного активационного анализа, в частности обнаружения алмазов в кимберлите.
Известен нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды (кимберлита), содержащий генератор меченых нейтронов, детекторы гамма-излучения, находящиеся вне поля меченых нейтронов, снабженный встроенным многоэлементным кремниевым альфа-детектором, систему анализа данных и систему питания; устройство снабжено защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронного излучения от генератора меченых нейтронов. Алмазосодержащая руда расположена в сосуде (лотке), сосуд при проведении измерений находится в поле меченых нейтронов. Патент РФ №2521723, МПК G01N 23/222, G01T 1/16, 10.07.2014.
Обнаружение алмазов производится по характеристическому гамма-излучению с основной линией 4,43 МэВ, возникающему при взаимодействии быстрых 14 МэВ нейтронов с ядрами углерода, входящими в состав алмазов. Для уменьшения уровня фона и локализации расположения алмаза используется генератор меченых нейтронов, снабженный многоэлементным альфа-детектором. В мишени нейтронного генератора в результате T(d,n)4 He рождаются 14 МэВ нейтроны и альфа-частицы с энергией 3,5 МэВ, причем направления их вылета почти противоположные (с поправкой на угол 5-7 град). Многоэлементный альфа-детектор фиксирует координату сработавшего пикселя и время регистрации альфа-частиц. По этим данным можно оценить время вылета и направление движения 14 МэВ нейтрона в направлении исследуемого объекта, т.е. «пометить» нейтрон сопутствующей зарегистрированной альфа-частицей. Такие нейтроны называют мечеными. Исследуемый объект расположен в потоке меченых нейтронов, детекторы гамма-излучения находятся вне потока меченых нейтронов и защищены от нейтронов, выходящих из нейтронного генератора, защитой.
Расстояние L от мишени нейтронного генератора до места испускания гамма-кванта в результате неупругого рассеяния меченого нейтрона в исследуемом объекте можно определить путем измерения интервала Δt между временами регистрации гамма-кванта и сопутствующей меченому нейтрону альфа-частицы. Зная расстояние L и вектор движения меченого нейтрона относительно мишени нейтронного генератора, можно определить пространственные координаты места, где произошло испускание гамма-кванта при неупругом рассеянии меченого нейтрона в исследуемом объекте.
Для анализа пространственного распределения элементного состава вещества в протяженных неоднородных объектах условно разделяется исследуемый объект на отдельные «элементарные» объемы (воксели). Каждый воксель может быть определен в системе координат подобной сферической, представляемой номером сработавшего пикселя альфа-детектора (задающего угол направления на объект) и интервалом времени Δt, позволяющим определить расстояние от нейтронного генератора до объекта. В пределах вокселя элементный состав вещества считается однородным. Размер вокселя определяется угловым разрешением альфа-детектора и разрешением измерения времени альфа-гамма совпадений.
При неупругом рассеянии быстрых меченых нейтронов на ядрах элементов, входящих в состав исследуемого объекта, возникает характеристическое гамма-излучение, которое регистрируют детекторами гамма-излучения. Взаимодействие меченого нейтрона с ядром исследуемого объекта, приведших к испусканию гамма-кванта и регистрацией его детектором гамма-излучения, называется событием, которое представляется следующими параметрами: номером сработавшего пикселя альфа-детектора, амплитудой сигнала с детектора гамма-излучения, временем между срабатыванием детектора гамма-излучения и альфа-детектора в заданном временном окне. Система анализа данных измеряет события и выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с многоэлементного альфа-детектора и детекторов гамма-излучения, если они возникли во временном окне альфа-гамма совпадений. Началом временного окна альфа-гамма совпадений является регистрация сигнала с многоэлементного альфа-детектора, и размер временного окна устанавливается таким образом, чтобы можно было фиксировать время регистрации сигнала с детектора гамма-излучения относительно времени регистрации сигнала с многоэлементного альфа-детектора при пролете мечеными нейтронами всего исследуемого объекта.
По этим параметрам с помощью специальных алгоритмов система анализа данных рассчитывает место взаимодействия меченого нейтрона и причисляет событие к соответствующему вокселю. По совокупности событий определяется спектр гамма-излучения в каждом вокселе. Заключение о наличии либо отсутствии алмазов в облучаемом куске кимберлита делают на основании сравнения интенсивности линии характеристического гамма-излучения углерода с энергией 4,43 МэВ, измеренной в каждом из вокселей, с интенсивностью данной линии, соответствующей уровню фона, найденному путем усреднения по всем вокселям, принадлежащим облучаемому куску кимберлита, при этом критерием обнаружения алмазов в кимберлите является величина превышения интенсивности линии гамма-излучения с энергией 4,43 МэВ хотя бы в одном из вокселей над уровнем фона.
Недостатками данного устройства является низкая чувствительность (относительно большая минимальная масса обнаруживаемых алмазов). Минимальная масса обнаруживаемых алмазов зависит от вероятности регистрации характеристических гамма-квантов с энергией 4,43 МэВ, выходящих из алмаза, которая прямо пропорциональна суммарному телесному углу, под которым гамма-излучение из алмаза попадает во все детекторы гамма-излучения. Суммарный телесный угол может быть увеличен путем установки дополнительных детекторов гамма-излучения, однако в устройстве эта возможность конструктивно ограничена тем, что детекторы гамма-излучения должны находиться вне поля меченых нейтронов и должны быть снабжены защитой от прямого попадания нейтронов с нейтронного генератора. В устройстве детекторы гамма-излучения расположены над транспортером вокруг лотка с кимберлитом.
Известен нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды, включающий нейтронный генератор, предназначенный для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор встроен многоэлементный альфа-детектор, и детекторы гамма-излучения, предназначенные для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком меченых нейтронов, при этом детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп:
первой группы детекторов гамма-излучения, расположенной вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабженной защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них потока меченых нейтронов, и
второй группы детекторов гамма-излучения, расположенной в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой.
Патент РФ №2648105, МПК G01N 23/222, G01T 1/16, B07C 5/346, 22.03.2018. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Устройство-прототип производит регистрацию спектров характеристического гамма-излучения ядер химических элементов, входящих в состав алмазоносной руды, и анализ зарегистрированных спектров характеристического гамма-излучения с целью вычленения из них сигнала углерода. По сравнению с нейтронным блоком сепаратора по патенту №2521723, содержащим только одну группу детекторов гамма-излучения, расположенных вне поля меченых нейтронов, устройство-прототип обеспечивает больший суммарный телесный углу, под которым гамма-излучение из алмаза попадает во все детекторы гамма-излучения, а следовательно, меньшую минимальную массу обнаруживаемых алмазов.
Недостатком устройства-прототипа является требование к высокому временному разрешению альфа-гамма совпадений - точности определения времени, между моментом регистрации альфа-частиц альфа-детектором нейтронного генератора и моментом регистрации гамма-излучения в каждом из детекторов гамма-излучения второй группы, находящихся в потоке меченых нейтронов.
Точность определения времени должна составлять менее 1 наносекунды (нс), например, менее 0,1 нс или менее 0,01 нс, как в прототипе. Это сильно сужает тип детекторов гамма-излучения второй группы. При временном разрешении альфа-гамма совпадений больше 1 нс сигналы, вызванные характеристическим гамма-квантами, возникающими при прохождении меченых нейтронов через сосуд с алмазосодержащей рудой, нельзя будет отделить от сигналов, возникающих при прямом попадании на детектор гамма-излучения нейтронов из генератора меченых нейтронов. Это приведет к увеличению фона на несколько порядков и невозможности обеспечить высокую чувствительность обнаружения алмазов. Поэтому в детекторах гамма-излучения второй группы устройства-прототипа нельзя использовать высокоэффективные и экономичные детекторы гамма-излучения на основе NaI(Tl) и BGO-сцинтилляторов, собственное временное разрешение которых больше 1 нс (1,5 нс и 2,5 нс, соответственно).
Техническим результатом заявленного предложения является снижение требования к точности определения времени, между моментом регистрации альфа-частиц альфа-детектором нейтронного генератора и моментом регистрации гамма-излучения в каждом из детекторов гамма-излучения второй группы, находящихся в потоке меченых нейтронов.
Технический результат достигается тем, что нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды, содержащий нейтронный генератор с нейтронообразующей мишенью, предназначенный для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор встроен многоэлементный альфа-детектор; детекторы гамма-излучения, предназначенные для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком меченых нейтронов, систему анализа данных, предназначенную для сбора и анализа данных, получаемых от альфа-детектора и детекторов гамма-излучения нейтронного блока, систему питания, при этом детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп: детекторов гамма-излучения первой группы, расположенной вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабженной защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и детекторов гамма-излучения второй группы, расположенной в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой, при этом нейтронный генератор и система анализа данных соединены с системой питания, альфа-детектор и детекторы гамма-излучения соединены с системой анализа данных и системой питания, каждому детектору гамма-излучения второй группы соответствуют пиксели режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор гамма-излучения, система анализа данных с детекторов излучения выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с альфа-детектора и детектора гамма-излучения второй группы во временном окне альфа-гамма совпадений только при отсутствии сигнала во временном окне альфа-гамма совпадений с пикселей режекции альфа-гамма совпадений, соответствующих данному детектору гамма-излучения второй группы, при этом нейтронный генератор, детекторы гамма-излучения, защита, система анализа данных, система питания закреплены на силовом каркасе и соединены с силовым каркасом свинчиванием, количество детекторов гамма-излучения первой группы и второй группы должно быть шестнадцать в каждой группе.
Сущность заявляемого устройства поясняется чертежами, где:
1 - нейтронный генератор,
2 - нейтронообразующая мишень,
3 - многоэлементный альфа-детектор,
4 - транспортер,
5 - сосуд с алмазосодержащей рудой,
6 - детекторы гамма-излучения первой группы,
7 - защита
8 - детекторы гамма-излучения второй группы,
9 - силовой каркас,
10 - поток меченых нейтронов,
11 - пиксели режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на детектор 8 гамма-излучения второй группы,
12 - система анализа данных,
13 - система питания.
На фиг.1 приведен эскиз заявляемого устройства.
На фиг.2 иллюстративно показано расположение детекторов гамма-излучения второй группы относительно профиля потока меченых нейтронов.
На фиг.3 приведено расположение на многоэлементном альфа-детекторе пикселей режекции альфа-гамма совпадений для детекторов гамма-излучения второй группы, показанных на Фиг.2.
Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды (фиг.1) содержит нейтронный генератор 1 с нейтронообразующей мишенью 2, предназначенный для генерации потока 10 меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор 1 встроен многоэлементный альфа-детектор 3; детекторы гамма-излучения 6, 8, предназначенные для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком 10 меченых нейтронов, систему анализа данных 12, предназначенную для сбора и анализа данных, получаемых от альфа-детектора 3 и детекторов гамма-излучения 6, 8 нейтронного блока, систему питания 13, при этом детекторы 6, 8 гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп: детекторов 6 гамма-излучения первой группы, расположенной вокруг и вне потока 10 меченых нейтронов и снабженной защитой 7 детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и детекторов 8 гамма-излучения второй группы, расположенной в пределах потока 10 меченых нейтронов, прошедшего через сосуд 5 с алмазосодержащей рудой, при этом нейтронный генератор 1 и система 12 анализа данных соединены с системой 13 питания, альфа-детектор 3 и детекторы 6, 8 гамма-излучения соединены с системой 12 анализа данных и системой питания 13, при этом каждому детектору 8 гамма-излучения второй группы соответствуют пиксели 11 режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор 8 гамма-излучения, система 12 анализа данных с детекторов излучения выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с альфа-детектора 3 и детектора 8 гамма-излучения второй группы во временном окне альфа-гамма совпадений только при отсутствии сигнала во временном окне альфа-гамма совпадений с пикселей 11 режекции альфа-гамма совпадений, соответствующих данному детектору 8 гамма-излучения второй группы, при этом нейтронный генератор 1 с нейтронообразующей мишенью 2 и встроенным многоэлементным альфа-детектором 3, детекторы 6, 8 гамма-излучения, защита 7, система 12 анализа данных, система питания 13 закреплены на силовом каркасе 9 и соединены с силовым каркасом 9 свинчиванием, количество детекторов гамма-излучения первой группы 6 и второй группы 8 должно быть шестнадцать в каждой группе.
Сосуд 5 с алмазосодержащей рудой, подаваемый в нейтронный блок на транспортере 4, находится полностью в потоке 10 меченых нейтронов.
Каждому детектору 8 гамма-излучения соответствуют в альфа-детекторе 3 пиксели 11, регистрирующие альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор 8 гамма-излучения второй группы.
Устройство работает следующим образом.
При испускании каждого меченого нейтрона из нейтронного генератора 1 одновременно из нейтронообразующей мишени 2 выходит альфа-частица с энергией 3,5 МэВ, попадает на многоэлементный альфа-детектор 3 и вызывает появление сигнала с пикселя альфа-детектора 3. Телесный угол потока 10 меченых нейтронов определяется размерами альфа-детектора 3 и расстоянием от альфа-детектора 3 до нейтронообразующей мишени 2. Сосуд 5 с алмазосодержащей рудой с помощью транспортера 4 подается в область потока 10 меченых нейтронов.
Проходя через исследуемый сосуд 5 с алмазосодержащей рудой, меченые нейтроны вступают в реакции неупругого рассеяния на ядрах веществ, содержащихся в алмазосодержащей руде. В результате этих реакций испускаются гамма-кванты, часть из которых попадает на детекторы 6 и 8 гамма-излучения, вызывая появление с них сигналов. Место испускания гамма-кванта в результате неупругого рассеяния меченого нейтрона в сосуде 5 с алмазосодержащей рудой можно определить путем измерения интервала времени между регистрацией гамма-кванта детектором 6 или 8 гамма-излучения и регистрацией сопутствующей меченому нейтрону альфа-частицы пикселем альфа-детектора 3, а также определения номера сработавшего пикселя альфа-детектора 3.
Система 12 анализа данных выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с многоэлементного альфа-детектора 3 и детектора 6 или 8 гамма-излучения во временном окне альфа-гамма совпадений. Началом временного окна альфа-гамма совпадений является регистрация сигнала с многоэлементного альфа-детектора 3, и временное окно устанавливается таким образом, чтобы можно было фиксировать время регистрации сигнала с детектора 6 или 8 гамма-излучения относительно времени регистрации сигнала с многоэлементного альфа-детектора 3 при пролете мечеными нейтронами сосуда 5 с алмазосодержащей рудой. На детекторы 6 гамма-излучения меченые нейтроны напрямую не попадают, однако, поскольку из нейтронообразующей мишени 2 нейтронного генератора 1 нейтроны испускаются практически изотропно, часть нейтронов направляется в сторону детекторов 6 гамма-излучения, вызывая в них появление случайным образом фоновых сигналов во временном окне альфа-гамма совпадений. Для уменьшения фона используется защита 7, частично поглощающая нейтроны и вызываемое ими в защите 7 гамма-излучение.
В детекторы 8 гамма-излучения второй группы меченые нейтроны из нейтронного генератора 1 попадает напрямую и вызывают появление на них сигналов. Эти сигналы производят фоновые события во временном окне альфа-гамма совпадений. Вероятность регистрации таких фоновых событий во временном окне альфа-гамма совпадений гораздо выше (на несколько порядков) по сравнению с вероятностью регистрации характеристических гамма-квантов, вылетающих из сосуда 5 с алмазосодержащей рудой, при прохождении в нем меченых нейтронов. Эти фоновые события необходимо режектировать. В устройстве-прототипе такие фоновые события режектируются по времени, поскольку характеристические гамма-кванты, вылетающих из сосуда 5 с алмазосодержащей рудой, приходят на детекторы 8 гамма-излучения раньше, чем меченые нейтроны из нейтронного генератора 1. Однако для реализации такого метода подавления фона с помощью временной селекции событий необходимо обеспечить временное разрешение альфа-гамма совпадений менее 1 наносекунды.
Заявляемое устройство обеспечивает режекцию фона с помощью не временной, а пространственной селекции событий, являющейся активной нейтронной защитой, использующий метод антисовпадений.
Для режекции фоновых событий в заявляемом устройстве для каждого детектора 8 гамма-излучения предварительно определяют в альфа-детекторе 3 пиксели 11 режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор 8 гамма-излучения. При наличии во временном окне альфа-гамма совпадений сигналов с детектора 8 гамма-излучения и с пикселей 11 режекции альфа-гамма совпадений событие режектируется. Таким образом, фоновые события, обусловленные прямым попаданием меченых нейтронов из нейтронного генератора 1 на детектор 8 гамма-излучения, в заявляемом устройстве отсутствуют. При наличии во временном окне альфа-гамма совпадений сигналов с детектора 8 гамма-излучения с любыми пикселями альфа-детектора 3, кроме пикселей 11 режекции альфа-гамма совпадений происходит регистрация события.
Генератор 1 меченых нейтронов, детекторы 6 и 8 гамма-излучения, защита 7, система 12 анализа данных, система 13 питания закреплены на силовом каркасе 9 и соединены с силовым каркасом 9 сборочными операциями, например, свинчиванием. Продольные и поперечные размеры силового каркаса 9 могут изменяться в зависимости от расстояния между детекторами 6 и 8 гамма-излучения и нейтронообразующей мишенью 2 нейтронного генератора 1, размеров детекторов 6 и 8 гамма-излучения, массы защиты 7. Транспортер 4, который подает сосуд 5 с алмазосодержащей рудой в область потока 10 меченых нейтронов, проходит внутри нейтронного блока и установлен таким образом, что его расположение относительно силового каркаса 9 остается неизменным. Силовой каркас обеспечивает постоянство пространственного расположения (профиля) потока меченых нейтронов из генератора 1 относительно детекторов 6 и 8 гамма-излучения, защиты 7, сосуда 5 с алмазосодержащей рудой и отсутствие флуктуаций результатов измерения из-за изменения расположения этих элементов относительно потока меченых нейтронов.
Количество детекторов гамма-излучения 6 первой группы и количество детекторов гамма-излучения 8 второй группы должно быть не менее шестнадцати в каждой группе для обеспечения высокой чувствительности обнаружения алмазов. (На фиг.1 для упрощения показано меньшее количество детекторов гамма-излучения 6 первой группы и гамма-излучения 8 второй группы). Это обусловлено тем, что чувствительность (минимальная масса обнаруживаемого алмаза m) зависит от вероятности регистрации (детекторами 6 и 8 гамма-излучения гамма-квантов, возникающих в алмазе под воздействием меченых нейтронов, по закону m~1/εk, где k может меняться от 0,5 до 1 в зависимости от соотношения полезных и фоновых событий. Вероятность регистрации (пропорциональна телесному углу θ, под которым гамма-кванты из алмаза вылетают в направлении детекторов 6 и 8 гамма-излучения. Телесный угол θ снижается с уменьшением количества детекторов 6 и 8 гамма-излучения. Поэтому чувствительность обнаружения алмазов ухудшается при уменьшении количества гамма-детекторов 6, 8, и при количестве детекторов гамма-излучения 6 первой группы и количестве детекторов гамма-излучения 8 второй группы менее шестнадцати в каждой группе минимальная масса обнаруживаемого алмаза будет больше пяти карат, что является неприемлемым для сепаратора алмазосодержащей руды.
Система 13 питания обеспечивает электрическое питание системы 12 анализа, детекторов 6 и 8 гамма-излучения, альфа-детектора 3, нейтронного генератора 1.
Заявляемое устройство может быть осуществлено с использованием коммерчески доступного оборудования. Например, нейтронный генератор 1 типа ИНГ-27 с тритиевой нейтроннообразующей мишенью 2 256-пиксельным альфа-детектором 3 производства ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова обеспечивает поток нейтронов до 5⋅107 нейтронов/сек. Пиксели в 256-пиксельным альфа-детекторе 3 расположены в виде матрицы размерностью 16х16, каждый пиксель имеет размер 4х4 мм. Примерно 7% всех испускаемых нейтронов сопровождаются регистрацией альфа-частиц встроенным многоэлементным альфа-детектором 3 и являются мечеными. Сосуд 5 с алмазосодержащей рудой подается в поток 10 меченых нейтронов на транспортере 4. Для регистрации характеристических гамма-квантов, вылетающих из сосуда 5 с алмазосодержащей рудой, используются шестнадцать детекторов 6 гамма-излучения первой группы на основе кристаллов BGO диаметром 76 мм и высотой 63 мм, экранированных от потока меченых нейтронов защитой 7 из железа, и шестнадцать аналогичных детекторов 8 гамма-излучения второй группы, расположенных на одинаковом расстоянии от нейтронообразующей мишени равным 400 мм. Расстояние между центрами детекторов 8 гамма-излучения второй группы составляет 100 мм.
В системе 12 анализа данных для регистрации сигналов от 256-пиксельного альфа-детектора 3 используется одна плата БАД-256, для регистрации сигналов от 32 детекторов 6 и 8 гамма-излучения используются шесть плат БГД-6 производства ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова, для обработки данных используется одноплатный компьютер типа EmCORE-i89M2-6822EQ производства Arbor Technology, установленные в крейте №1 с общими шинами питания, управления и передачи данных. Для реализации системы 13 питания детекторов 6 и 8 гамма-излучения, альфа-детектора 3, нейтронного генератора 1 крейте №2 установлены шесть плат БВН-8 и одна плата БВН-6-1Н-1А производства ВНИИ автоматики им. Н.Л. Духова детекторов [Нейтронные генераторы для элементного анализа веществ и материалов. URL:http://vniia.ru/production/neitronnie-generatory/elementniy-analiz/neytronnye-generatory-dlya-elementnogo-analiza-veshchestv-i-materialov.php]. Генератор 1 меченых нейтронов, детекторы 6 и 8 гамма-излучения, защита 7, крейт №1, содержащий систему 12 анализа данных, крейт №2, содержащий систему 13 питания, привинчены к стальному силовому каркасу 9.
Пиксели 11 режекции альфа-гамма совпадений определяются для каждого детектора 8 гамма-излучения заранее расчетным или экспериментальным путем, в последнем случае в режиме генерации меченых нейтронов нейтронным генератором 1 в отсутствие сосуда 5 с алмазосодержащей рудой, когда меченых нейтроны напрямую без взаимодействия с какими-либо объектами попадают на детекторы 8 гамма-излучения.
Рассмотрим для примера регистрацию событий для детектора 8 гамма-излучения, обозначенного ГД2 на фиг.2. Для данного детектора 8 гамма-излучения номера пикселей 11 режекции альфа-гамма совпадений соответствуют пересечению строк (X9-X12) и столбцов (Y13-Y16) (фиг. 3). При испускании меченого нейтрона производится регистрация альфа-частицы одним из пикселей альфа-детектором 3 и вырабатывается фиксированное по длительности временное окно длительностью 50 нс. Если номер сработавшего пикселя совпадает с одним из номеров пикселей 11 режекции альфа-гамма совпадений для данного детектора 8 гамма-излучения (соответствуют пересечению строк X9-X12 и столбцов Y13-Y16), то событие является фоновым и режектируется (исключается и не регистрируется). Для любого другого пикселя альфа-детектора 3 событие регистрируется. Это позволяет устранить фоновые события, обусловленные попаданием нейтронов из нейтронного генератора 1 в детекторы 8 гамма-излучения.
Поскольку заявляемое устройство обеспечивает режекцию фона с помощью не временной, а пространственной селекции событий, временное разрешение альфа-гамма совпадений может быть больше 1 наносекунды, и в детекторах 8 гамма-излучения второй группы могут использоваться детекторы гамма-излучения на основе NaI(Tl) и BGO-сцинтилляторов, собственное временное разрешение которых 1,5 нс и 2,5 нс, соответственно.
Таким образом, достигается заявленный технический результат, а именно снижается требование к точности определения времени, между моментом регистрации альфа-частиц альфа-детектором 3 нейтронного генератора 1 и моментом регистрации гамма-излучения в каждом из детекторов 8 гамма-излучения второй группы, находящихся в потоке меченых нейтронов.

Claims (1)

  1. Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды, содержащий нейтронный генератор с нейтронообразующей мишенью, предназначенный для генерации потока меченых нейтронов и альфа-частиц, при этом в нейтронный генератор встроен многоэлементный альфа-детектор; детекторы гамма-излучения, предназначенные для регистрации характеристического гамма-излучения, возникающего при облучении алмазосодержащей руды потоком меченых нейтронов, систему анализа данных, предназначенную для сбора и анализа данных, получаемых от альфа-детектора и детекторов гамма-излучения нейтронного блока, систему питания, при этом детекторы гамма-излучения нейтронного блока расположены в виде двух групп: детекторов гамма-излучения первой группы, расположенной вокруг и вне потока меченых нейтронов и снабжённой защитой детекторов гамма-излучения от прямого попадания в них нейтронов, и детекторов гамма-излучения второй группы, расположенной в пределах потока меченых нейтронов, прошедшего через сосуд с алмазосодержащей рудой, при этом нейтронный генератор и система анализа данных соединены с системой питания, альфа-детектор и детекторы гамма-излучения соединены с системой анализа данных и системой питания, отличающийся тем, что каждому детектору гамма-излучения второй группы соответствуют пиксели режекции альфа-гамма совпадений, на которые приходят альфа-частицы, сопутствующие меченым нейтронам, попадающим на данный детектор гамма-излучения, система анализа данных с детекторов излучения выполнена по схеме совместной регистрации сигналов с альфа-детектора и детектора гамма-излучения второй группы во временном окне альфа-гамма совпадений только при отсутствии сигнала во временном окне альфа-гамма совпадений с пикселей режекции альфа-гамма совпадений, соответствующих данному детектору гамма-излучения второй группы, при этом нейтронный генератор, детекторы гамма-излучения, защита, система анализа данных, система питания закреплены на силовом каркасе и соединены с силовым каркасом свинчиванием, количество детекторов гамма-излучения первой группы и второй группы должно быть шестнадцать в каждой группе.
RU2021138470U 2021-12-23 2021-12-23 Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды RU210383U1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021138470U RU210383U1 (ru) 2021-12-23 2021-12-23 Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021138470U RU210383U1 (ru) 2021-12-23 2021-12-23 Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU210383U1 true RU210383U1 (ru) 2022-04-14

Family

ID=81255676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021138470U RU210383U1 (ru) 2021-12-23 2021-12-23 Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU210383U1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU137122U1 (ru) * 2013-11-12 2014-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Устройство анализа материалов посредством меченых нейтронов
RU2648105C1 (ru) * 2017-02-09 2018-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" Сепаратор и способ сухого обогащения алмазосодержащей руды
US20190094157A1 (en) * 2017-08-24 2019-03-28 Sodern Device and method for analysis of material by neutron interrogation
RU2685047C1 (ru) * 2018-03-23 2019-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" Устройство и способ определения элементного состава материалов методом меченых нейтронов

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU137122U1 (ru) * 2013-11-12 2014-01-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" Устройство анализа материалов посредством меченых нейтронов
RU2648105C1 (ru) * 2017-02-09 2018-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" Сепаратор и способ сухого обогащения алмазосодержащей руды
US20190094157A1 (en) * 2017-08-24 2019-03-28 Sodern Device and method for analysis of material by neutron interrogation
RU2685047C1 (ru) * 2018-03-23 2019-04-16 Общество с ограниченной ответственностью "Диамант" Устройство и способ определения элементного состава материалов методом меченых нейтронов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5606167A (en) Contraband detection apparatus and method
US5410156A (en) High energy x-y neutron detector and radiographic/tomographic device
US10228486B2 (en) Inspection of objects based on primary and secondary scanning
KR100261529B1 (ko) 고속 중성자 작용을 이용한 금지품 검출 장치 및 검출 방법
CN108680943B (zh) 一种基于瞬发伽马射线中子活化分析技术的中子能谱测量装置及方法
US20140321589A1 (en) Non-intrusive method to identify presence of nuclear materials using energetic prompt neutrons from photon-induced fission
EP3196674A1 (en) Method, apparatus and system for inspecting object based on cosmic ray
CN105549103A (zh) 基于宇宙射线的检查运动对象的方法、装置及***
Grozdanov et al. Measurement of angular distributions of gamma rays from the inelastic scattering of 14.1-MeV neutrons by carbon and oxygen nuclei
USRE36201E (en) High energy x-y neutron detector and radiographic/tomographic device
Pino et al. Characterization of a medium-sized CLLB scintillator: Single neutron/gamma detector for radiation monitoring
RU137122U1 (ru) Устройство анализа материалов посредством меченых нейтронов
RU210383U1 (ru) Нейтронный блок сепаратора алмазосодержащей руды
CN108490479A (zh) 一种测试放射性核素的方法
WO2001073415A2 (en) Detection of fissile material
Yang et al. Explosives detection using photoneutrons produced by X-rays
CN214668716U (zh) 一种可拆卸包裹***物中子检测装置
Lunardon et al. A large area scanning system using 14 MeV neutron tagged beams for non-destructive assays
JP2004108912A (ja) 中性子を用いた検知装置および検知方法
Bystritsky et al. Application of the tagged neutron method for diamonds detection in kimberlite
Tzanakos et al. Development and validation of a simulation model for the design of a PET scanner
Milechina et al. 3D position sensitivity of a highly segmented Ge detector
RU207121U1 (ru) Устройство обнаружения взрывчатых веществ методом меченых нейтронов с активной радиационной защитой
RU2578048C1 (ru) Устройство для радиационного измерения плотности
Trombetta et al. Sensitive detection of special nuclear materials for rpm applications based on gamma-fast neutron coincidence counting