[发明专利]双中子源煤质在线分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种以D-T及D-D中子发生器为中子源，对煤质进行在线快速分析的仪器，属于核技术应用领域。

背景技术

用脉冲D-T中子发生器为中子源，在线快速分析煤质(主要包括元素含量以及低位热值、全水分、灰分、挥发份)是核技术应用领域的一大研究热点。它的原理是：用脉冲D-T中子发生器发射的中子辐照煤炭样品，与煤炭中的原子核发生非弹性散射反应(主要包括C、O两种元素)以及辐射俘获反应(其它元素)，并释放出瞬发特征伽马射线。利用特征伽马射线的能量确定元素种类，利用特征伽马射线的总计数计算元素含量，再利用元素含量计算煤炭的低位热值、全水分、灰分以及挥发份。

以脉冲周期为300μs为例，脉冲D-T中子发生器电源的工作模式一般为：电源在0～10μs内把220V的电压升高到高压(100KV左右)，D-T中子发生器几乎不释放中子；在10～90μs之间保持高压不变，D-T中子发生器释放14MeV快中子；在90～100μs内把高压降低到220V，D-T中子发生器几乎不释放中子，但是煤炭样品中还存在快、热中子；在100～300μs之间保持低电压(220V左右)，D-T中子发生器不释放中子，煤炭样品在100～220μs之间还存在快、热中子，220～300μs之间几乎只存在热中子。

在10～90μs时，D-T中子发生器释放出14MeV快中子，并与煤炭中的原子核发生非弹性散射，慢化后的热中子与煤炭中的原子核发生辐射俘获，这两种伽马射线的叠加谱简称为全谱。所以，全谱的检测时间只有80μs，俘获谱(辐射俘获所释放的伽马射线谱)的检测时间也只有80μs(220～300μs)。

从上述分析可以看出，以脉冲D-T中子发生器为中子源对煤质进行快速分析有以下两个明显的缺点：

1.测量时间长：在每个检测周期中，全谱和俘获谱的检测时间都只有80μs，仅为周期的26.7％，浪费了大量的时间，增加了测量时间。

2.系统误差大：以检测时间15分钟为例，电源需要在高压和低压之间转换3×10⁶次，虽然每次转换所引起的误差很小，但是累计的误差还是较大的。

煤炭中C、O两种元素的热中子俘获截面非常小，需要用非弹性散射反应释放出来的伽马射线(非弹谱)来分析其含量。它们的阈值分别为4.8MeV和6.4MeV，所以通常选择D-T中子发生器(释放的中子能量为14MeV)为中子源。

煤炭H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素的热中子俘获截面比较大，一般用俘获谱来分析它们的含量，需要热中子。在煤质分析中，热中子可以来自于快中子的慢化，也可以来自于热中子源。同位素热中子源由于具有不可关断，难防护等缺点，不适合用于煤质的在线分析。

D-D中子发射器所释放的中子平均能量为2.5MeV，远远低于C、O两种元素非弹反应的阈值，与煤炭中其它元素发生非弹反应的截面也很小。当2.5MeV中子进入煤炭中，经过多次弹性散射，能量降低为热中子，被H、N、S、Si、Al、Fe、Ca、Mg等元素俘获，并释放出瞬发伽马射线(俘获谱)。所以，D-D中子发射器可以作为煤质分析的热中子源。

以直流D-T中子发生器为中子源获得的伽马能谱，和脉冲D-T中子发生器在10～90μs产生的全谱一样；以直流D-D中子发生器为中子源获得的伽马能谱，和脉冲D-T中子发生器在220～300μs产生的俘获谱类似。所以，在煤质的在线分析中，可以用直流D-T发生器和直流D-D中子发生器的组合代替脉冲D-T中子发生器。但是，到目前为止还没有单位对它们进行过具体研究。

发明内容

为了克服现有的“脉冲中子煤质在线分析仪”的不足，本发明提供一种“双中子源煤质在线分析仪”，所要解决的技术问题是缩短检测时间，降低系统误差。

为了实现上述目标，本发明所采用的技术方案是：

(1)检测时间的缩短

为了缩短检测时间，分别建立了全谱检测系统和俘获谱检测系统。全谱检测系统主要包括直流D-T中子发生器，BGO探测器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。俘获谱检测系统主要包括直流D-D中子发生器，BGO探测器，BGO定位器，多道卡(MCA)，主放大器。全谱和俘获谱同时进入一台计算机内，通过处理后输出煤质的各项指标。和“脉冲中子煤质在线分析仪”相比，检测时间缩短了73.3％。

(2)系统误差的降低