中子活化分析

中子活化分析（精选6篇）

中子活化分析 篇1

0 引言

在生产工艺设计中, 在破碎工段将低钙石灰石与高钙石灰石按设定的化学成分范围调整配比, 混合破碎后作为石灰质原料 (它再与硅、铝、铁质等原料进行二次配料) 的预配料混合破碎系统的工艺设置已较普及。但如何精确调整配比, 保证预配料后的石灰石质量稳定是关键问题。采用在线中子活化瞬发γ射线分析 (PGNAA) 技术可方便地实现此要求[1], 即在带式输送机上安装中子活化分析仪, 实时在线测量水泥矿物原料中各氧化物含量, 其分析精度、可靠性等均能满足生产控制要求。该控制方案也适用于水分大的黏土质原料与石灰石搭配破碎的预配料系统。

1 两种矿物预配料混合破碎系统的构成

1.1 系统构成

该系统由主辅料受料喂料、混合料破碎、成品输送、除铁、物料计量及控制系统、物料化学成分在线分析, 以及收尘等部分构成。其系统构成和工艺流程见图1。

1, 2.板式喂料机;3.破碎机;4, 6.带式输送机;5.除铁器;7.皮带秤;8.中子活化分析仪

1.1.1 主辅料受料喂料

主辅料受料喂料部分分别由主辅受料仓1、仓2, 主辅料板式喂料机1、2组成, 分别完成主要原料及辅助原料的受料、调整给料量及输送至破碎机喂料口的功能。主料是指石灰质矿物原料, 辅料是指低品位石灰石, 或是水分较大的黏土质矿物原料。

1.1.2 混合料破碎

为在一个工段完成混合料的破碎过程, 破碎机要选择适合两种混合料特性的、大破碎比的破碎机, 一般而言, 选用单段锤式破碎机有较大的性价比, 可将当量直径1 100mm左右的混合矿物一次破碎至25~80mm以下, 满足下段工序对原料粒径的要求。

1.1.3 成品输送、除铁及物料计量

破碎后的成品由带式输送机输送至混合料预均化堆场。考虑均衡稳定出料, 防止带式输送机意外被尖锐矿石划伤, 降低设备投资, 便于检修等因素, 一般将带式输送机分为2段。首段位于破碎机出料端, 输送能力为1.5倍破碎机产量, 带速1~1.25m/s, 带宽比后段输送机至少宽1档以上, 如后段带式输送机带宽1 200mm, 则首段带式输送机带宽选用≥1 400mm。后段带式输送机输送能力按1.2倍破碎机产量选型, 并设有皮带秤进行物料的计量。

1.1.4 物料化学成分在线分析

使用中子活化分析仪对破碎后的原料进行在线测量。与常规的化学分析方法相比, 该方法具有快速、自动连续、全物料分析、代表性好和准确等优点。利用其分析数据可实时调整控制2种或2种以上预配原料的配比, 以满足工艺对破碎后混合料各氧化物含量的要求。

1.2 工艺流程

主料石灰石卸入矿仓1, 辅料低品位石灰石或者黏土质原料卸入矿仓2, 二者分别由变频调速的板式喂料机1、2喂入混合料破碎机, 破碎后的混合料由带式输送机输送至厂区混合料预均化堆场。在带式输送机6上设有PGNAA在线分析仪, 实时在线测量水泥矿物原料中各氧化物含量, 自动反馈调整辅料板式喂料机的转速, 以实现调整2种物料的配比, 使破碎后的预配料化学成分满足工艺需要。破碎机、板喂机废气经袋式除尘器净化后排入大气。

2 工艺布置

工艺布置见图2。其中, 图2a为2种矿物预配料混合破碎系统布置图, 图2b为外延的3种矿物预配料混合破碎系统布置图。实际工艺中, 辅料板喂机4搭接在主料板喂机3上。

3 在线中子活化分析仪的功能和配置

选用Scantech公司的GEOSCAN-C在线中子活化分析仪, 其工作原理是, 由锎252中子源发出的中子, 被带式输送机上物料元素的原子核所吸收, 这些原子核从而被激发而发出γ射线。锎252 (Cf-252) 的半衰期为2.65年。每隔2.5年, 需要补充一个新源, 放射源容器内可以放置3~6个射源。

1.主料仓;2辅料仓;3、4.板式喂料机;5.锤式破碎机;6.后段带式输送机 (安装有在线分析仪) ;7、8.第二种辅料的受料矿仓及其板式喂料机

3.1 功能

可以连续监测矿石中钙、硅、铝、铁、镁、钾、钠、硫、锰和钛的氧化物含量, 以及氯含量。

如果要求精确测量水分 (或物料中水分含量超过4%) , 则由一台单独的微波水分仪来分析, 其与系统电控箱相连。否则水分可由氢元素含量计算。

3.2 构成

3.2.1 钢制外壳

钢制外壳内有伽玛探头组、放射源容器及放射源, 全部由中子屏蔽层包围。屏蔽层通过了800℃的抗高温试验。4个或6个锗酸铋探头安装成两排。

3.2.2 电控柜

一个IP66规格的不锈钢电控柜内设置有工业电脑、抗干扰电源、输入输出模块、网络接口和调制解调器。外部面板上的红绿指示灯显示放射源处于工作状态或安全存放状态。

3.2.3 操作终端

操作终端包括电脑、Microsoft Windows XP Pro操作系统和Intellution iFix SCADA软件包。其中的SuperSCAN软件提供实时、累计、滚动平均、料堆和批量累计报表等分析数据以及质量控制参数。

3.2.4 现场接口及输入输出

输入的信号包括:皮带秤的荷重信号 (4~20mA信号) ;皮带运转 (开关信号) ;料堆选择 (4个开关信号, 为可选项) ;料堆平均清零 (4个开关信号, 为可选项) ;强制分析模式 (开关信号, 可在皮带停车时工作, 为可选项) ;强制射源关闭 (开关信号, 为可选项) 。

输出信号包括:从GEOSCAN-C输出, 由RJ45TCP/IP网线或光纤输出结果和状态信息, 标准通讯协议为MODBUS;从电脑的SuperSCAN输出, 可选择PROFIBUS DP、ETHERNET TCP/IP S7或者OPC Server通讯协议;从GEOSCAN-C输出, RJ11调制解调器与电话线相连。通过调制解调器和通讯软件可以授权对GEOSCAN-C进行远程遥控。

GEOSCAN-C的分析结果可以通过标准PLC通讯协议直接输出至现场的控制系统, 去调整板式喂料机的转速。其他的诸如当前分析 (瞬时) 、定量分析 (指定时间段) 、滚动平均、累计分析、趋势图、质量控制参数 (如LSF, SM, AM等) 显示在SuperSCAN电脑上。

4 设计要点

1) 为防止堵料, 各料仓出料口宜设计成梯形出料口, 尽量避免矩形出料口;

2) 各板式喂料机采用变频调速;

3) 在线中子活化分析仪不能安装在钢芯带式输送机上;

4) 带式输送机上物料的厚度限制在一定范围内, 载荷保持在60kg/m以上;

5) 在前段带式输送机上安装除铁器, 在分析仪前4~5m安装皮带秤。

5 实例介绍

安哥拉Lobito的1 500t/d水泥厂系由中材建设有限公司 (CBMI) 总承包、河南建筑材料研究设计院设计的工程项目, 业主为葡萄牙的SECIL公司。该厂有2座石灰质原料矿山, 一座为Marl (泥灰岩) 矿山, CaO含量为32%~51%, SiO2含量为12%~26%;另一座矿山的CaO含量为36%~51%, SiO2含量为6%~23%。两座矿山部分采区的矿石品位较低, 化学成分波动大。为了保护环境、降低生产成本并均衡稳定的生产, 最大限度的合理利用资源, 将两矿的低品位石灰石以及泥灰岩与高品位的石灰石搭配使用, 以最大限度的合理利用资源。

其中成分分析控制部分的设备配置如下:

1台GEOSCAN-C UCG PGNAA皮带在线中子活化分析仪;1台SuperSCAN (操作终端) 电脑;1组5个参考标样;1套分析通道两边的屏蔽防护罩;1台TBM220微波水分仪;1套锎252中子源。

6 结束语

利用在线中子活化瞬发γ射线分析仪, 在破碎后的出料带式输送机上实时在线测量混合矿物原料中各氧化物含量, 同时在破碎机前设置2套受料喂料装置, 从而构成所述的2种矿物预配料混合破碎系统。其中的喂料装置 (板式喂料机) 是可调速的, 利用在线中子活化分析仪所测数据调节其配比, 使破碎后的预配料化学成分满足工艺要求。在此基础上再增设一套受料喂料装置, 外延成为3种矿物预配料混合破碎系统, 拓展了应用范围。应用所述的矿物预配料混合破碎系统, 既可以搭配使用低品位石灰石, 以节约资源, 保护环境, 同时降低生产成本;又可以采用黏土预配料工艺, 很好地解决了黏土质原料水分大, 在破碎、输送、储存以及配料等过程中易产生粘结、堵料和难以精确配料等问题。

参考文献

[1]何伶俐, 庹先国, 穆克亮, 等.基于PGNAA技术在线分析系统的应用[J].物探化探计算技术, 2005, 27 (4) :317-320.

中子活化分析 篇2

我公司于2010年末采购了一台丹东东方测控技术有限公司的DF-5701在线分析仪,也是国内首台自主研发的中子活化水泥多元素在线分析仪,布置在入生料立磨皮带上。我厂石灰石通过铁路进厂,厂内设有石灰石预均化堆场,经过生料调配站,进入生料立磨。购入DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪后,生料质量控制由X-荧光分析仪取样改为活化分析仪在线质量控制,因入库生料质量稳定,生料均化库的均化功能几乎不影响入窑生料质量。采用在线分析仪后,因入窑生料均齐性提高,对窑产能、熟料质量、烧成系统热耗及耐火砖寿命等均有帮助。

2 电气连接示意图(图1)

3 工作原理

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪是跨皮带式水泥物料在线检测装置,采用中子活化瞬发γ射线分析(PGNAA)技术,是国内中子活化应用于水泥成分检测的首例新技术。慢化后的热中子照射水泥物料,物料中各元素原子核与中子发生热中子俘获反应,放射出不同能量的特征γ射线,通过检测特征γ射线的能量辨识物料中元素种类,通过检测特定能量γ射线的强度得出元素含量。同时测量SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、MgO含量,并计算出三率值KH、SM、AM;测量控制周期为一分钟;生料配料软件根据分析结果和生料配料质量控制指标实时控制原料喂料机,调整喂料比例,使之按照生料质量控制的三个质量控制标准(KH、SM和AM)进行配料,从而控制生料的质量。

4 故障现象及处理

(1)秋季定检时发现分析仪检测结果不准确,经检查发现检查信号处理柜的灰尘堆积过多,造成电子模块接触不良。清洁信号处理柜后,重新上电,经过一段时间,直到探测器温度控制点达到正常值为止,分析仪恢复正常。由于水泥厂的工作环境相对恶劣,我们对此进行了小改,将空压机的风用直径为5mm的铜管接入柜内,加入单向阀,使柜内保持正压,经过一段时间,发现故障再没出现。

(2)原料磨调试期间,石灰石库和别的库调换了一下,发现测出来的值发生了变化,经研究分析发现,在换库后,原料信息所对应的位置发生了变化,于是将配料控制软件做出相应调整,并输入换库后对应的原料成分,这样配料就会针对当前的原料库情况进行自动配料,问题消除。由于调试期是在春夏交际的时候,物料水分大,料粘堵仓引起频繁断料,对在线分析仪的分析精度产生影响,我们厂针对这种情况对均化堆场采用防雨措施,并减少原料输送时皮带的漏雨面积,加装顶棚,从而收到了很好的效果。

(3)在线分析仪在2011年7月10日四点班检测失真,经维护人员现场排查,发现是皮带秤上称重传感器发生了故障,经抢修更换,恢复了正常。由于分析仪是一种在线,连续、自动测量装置,如要保证其最佳性能,皮带秤的维护及标定起着至关重要的作用,只有皮带上物料流均匀且具有足够的载荷(一般物料厚度不少于10cm),分析仪才能工作在最佳状态,从而保证生料的充足供应。

5 结语

中子活化分析 篇3

关键词：脉冲中子氧活化测井技术,低渗透油田,应用

XX油田是非均质多油层注水开发油田,了解注水井各油层的吸水状况,对于油田开发和生产具有极其重要的作用。油田测量吸水剖面最常用的方法是放射性同位素示踪测井技术。但随着时间的推移和油田开发的不断深入,在近几年的同位素注入剖面测井中的放射性示踪剂沾污、漏失和窜槽现象比较多,因此在放射性同位素示踪测井曲线上产生了不能正确反映注水量的假异常,影响了注入剖面测井的准确性,降低了资料利用率。而应用脉冲中子氧活化测井技术,弥补了这些弊端,主要应用在注凝胶、注聚合物、低注入量、沾污严重及窜漏等类水井中,地质分析效果良好。

1 现场应用

(1)对于同位素示踪剂“沾污”的井,如XX井为分层井,在进行同位素示踪测井中,由于层位II正对着配水器,使得同位素的反应很难确定该层位的吸水量,不好确定扣除沾污的比例。而脉冲中子氧活化技术就可以确定出该层的实际吸入量。

某井日配注20m3,用同位素示踪和氧活化测井得到的解释结果如表1。

注:XX井氧活化、同位素结果对照表

从表l看出,脉冲中子氧活化测量II层相对吸水量为70.14%,III层相对吸水量为29.86%。测量的总流量为20.26m3/d。II层绝对吸水量为14.21m3/d,III层绝对吸水量为6.05m3/d。氧活化法测量同时还测出了该层的绝对吸水量。而同位素由于存在沾污的影响,测得II层相对吸水量为46.2%,误差很大,影响了注入剖面的准确性。

(2)在存在大孔道地层的情况下,可避免或消除地层大孔道对放射性同位素注水剖面测井的影响,如XX井该井为分层配注,从井温曲线可以看出,该层井温有变化,说明该层有水量变化。但同位素示踪测井技术由于同位素载体进入层位的内部,超出伽玛仪器探测范围,不能真实的说明该层位的吸水情况。

接下来对该井进行氧活化测井项目,在层上、下分别加测点进行测量,该层位的绝对吸入量为9.14方。同位素示踪测井技术由于同位素载体进入层位的内部,超出伽玛仪器探测范围,不能真实的说明该层位的吸水情况。氧活化测井技术,可避免或消除地层大孔道对放射性同位素注水剖面测井的影响,为油田开发提供可靠的注水井注水剖面资料,是油田在注水开发后期测量注水井注水剖面的行之有效的测井方法。

(3)脉冲中子氧活化测井技术还可以判断封隔器密封性,在分层配注井中,如果各层段封隔器都正常工作,且套管外水泥环中没有窜流,则在封隔器上下,即在一个配注段中最上面射开层位之上和最下面射开层位之下,不应该测到水流,并且油管内水嘴上下流量差应该等于该配注段各层注入量之和。可是实际资料显示,封隔器不密封的情况经常出现,有时甚至会出现几个封隔器同时失效的情况,因此测井施工和资料解释中要首先检验封隔器是否密封。

(4)对于喇叭口在射孔段底部,当同位素微球密度大时,微球滑脱、下沉,下部同位素多,上部到位少,污染多。即使同位素微球密度不大,也常因为井段长,沿途沾污损失后,上部主吸水层同位素到位少或不到位,影响资料解释质量。如XX井为笼统注水,并且喇叭口在射孔层的底部。另外两个小层距IV层的层距在为25米,从注入剖面对比成果表中可以看出,IV层为主力吸水层。又对该井进行了氧活化测井项目进行对比,结果显示,III层的绝对吸水量占全井的百分之五十二,为主力吸水层。

2 存在的问题

2.1 流量测量的影响

目前,使用的氧活化仪器测得的油管流量的下限为3方/天,套管流量的下限为8方/天,而XX油田为低配注油田,某些井因不能满足流量测量条件而无法进行测井。

2.2 源距的限制

由于源距的限制,对于层间距小于一米的层位,氧活化测井技术无法将层位分开,只能按和层进行处理。

2.3 井况的影响

由于井内可能有脏物或死油很多,而且分布不均匀,使得仪器与油管的环形空间面积是变化的,可能使得下一测点比上一测点的水量要高。

参考文献

[1]付剑,山永兰.注入剖面测井存在的问题及解决途径[J].大庆石油地质与开发,2004,23(1).

[2]钟兴福,李婧,朴玉琴,龚杰.中子氧活化测井技术在油田开发中的应用[J].测井技术,2004,(28).

[3]陆海英,董丽华,兰艳.脉冲中子氧活化测井技术在油田开发中的应用[J].大庆石油地质与开发,2004,23(2).

[4]孙秀梅,严青伍,王佳平,崔杰.脉冲中子氧活化测井仪的改进及应用[J].大庆石油地质与开发,2005,24(3).

中子活化分析 篇4

1中子水流氧活化测井仪器的组成及测井原理

1.1 仪器的组成

中子水流氧活化测井仪由遥传短节 (包含磁定位、温度、压力、自然伽马四个参数) 、上发生器短节、采集短节 (包含四个伽马探测器) 、下发生器短节组成。 (仪器连接图, 如图一)

1.2 中子水流氧活化测井仪的主要技术指标

仪器最大耐压:80MPA

仪器最高耐温:135℃

仪器最大外径:43mm

仪器长度:6.84m

1.3 中子水流氧活化测井原理

中子水流测井时中子管发射能量为14Mev的快中子, 快中子轰击仪器周围流体中的氧原子, 与氧原子发生核反应, 氧原子被激化后, 产生不稳定氮的同位素16N, 处于激发态的氮衰变后还原为氧同时产生高能伽马射线, 其半衰期为7.13s。这些高能的伽马射线能够穿透井中流体、油管、套管和水泥环。中子水流氧活化测井仪是通过对氧活化活化伽玛射线时间谱的测量来反映油管内、油套环型空间、套管内含氧流体的流动状况, 通过解析时间谱可以计算出含氧流体的流动速度, 从而准确反映各油层的注入剖面。

2中子水流氧活化测井施工工艺

中子水流氧活化测井技术测流量的方式主要采用停点测量。在测量时, 需要根据中子产额、注入介质的不同选择不同活化周期期 (1、2、10s) 和数据采集期 (20、40、60s) 。中子发生器在活化周期内连续发射中子, 使周围的流体中的氧原子被活化, 活化周期结束停止工作。一段时间后, 流体依次到达各探测器, 各探测器记录的时间谱上出现一个峰, 根据时间谱上峰的位置可知水流到达各探测器的时间T。由于流体在这段时间走的路程就是各探测器的源距L, 则水的速度V=L/T。由于井内套管和油管直径D已知, 就可算出水流的截面积S, 则可求出流量。

3实例分析

3.1 中子水流氧活化测注聚剖面

某井为孤东油田的一口注聚井, 注聚方式为笼统正注, 管柱结构为光油管加喇叭口, 喇叭口在所有油层下方深度为1387.6米。该井射孔层段分别为17号层:1338.4-1339.9m, 20号层:1349.0-1360.0m, 21号层:1367.1-1374.0m。中子水流氧活化测井仪分别停点测得各深度流量为:1346.26m无水流显示, 1366.16m测得油套环形空间向上的水流为116.61m3/d, 1375.56m测得油套环形空间向上的水流为160.08m3/d, 配注为170m3/d (地面水表读数) , 测量结果与配注基本一致, 根据测量结果分析17号层不吸水, 20号层相对吸水量占全井注入量的72.85%, 21号层相对吸水量占全井注入量的27.15%, 20号层为主要吸水层。 (测井成果图, 如图二)

3.2 中子水流氧活化找漏

某井为孤东油田的一口注水井, 注入方式为笼统正注, 管柱结构为光油管加喇叭口, 喇叭口设计深度为1279.96m。该井测井施工时, 注入量为300m3/d。

根据该井的测井目的, 使用中子水流氧活化仪器分别停点测得的各深度的流量为:986.07m测得油管内向下的水流为302.93m3/d, 与全井注入量吻合, 1002.97m测得油套管中均无向下水流显示, 结合井温曲线分析, 油管在997m附近存在漏失, 漏失水量为全井注入量。301.25m测得油套环形状空间测得向上的水流为298.07m3/d, 292.01m测得油套环形状空间测得油套环形状空间无向上的水流显示, 说明套管在292.01～301.25m之间存在漏失点, 漏失量为全井水量。 (测井成果图, 如图三)

4结论

中子水流氧活化测井通过记录氧活化产生的伽马射线得到时间谱, 方便准确的计算油管、套管和油套环形空间的向上和向下的流体速度, 为不同管柱和注入流体条件下测量水流速度提供了准确可靠的方法, 在注入剖面监测、找漏、验封和验窜等测井项目中取得了很好的效果, 目前中子水流氧活化测井技术在油田动态监测中得到了广泛的应用。

摘要：油田开发过程中, 注入剖面监测是了解生产动态的重要手段。传统的注入剖面监测技术有同位素示踪、电磁流量计等, 这些测井技术受到测量精度、注入介质的粘度、油层的物性、井壁的清洁程度、管柱限制等因素的影响, 不能满足注入剖面动态监测的需求。中子水流氧活化测井技术通过对氧活化后的流体流速的测量来定量反应注入情况, 能够对注入剖面准确监测, 同时能够方便进行找漏、验窜和验封等工程测井。

关键词：中子水流氧活化,注入剖面,找漏

参考文献

中子活化分析 篇5

发现中子八十多年以来, 人类对中子自身以及其与物质相互作用的研究不断进行, 已获得了很清晰的认识。中子进入物质内部与电子的相互作用可忽略, 主要考虑与原子核发生弹性散射、非弹性散射、辐射俘获、裂变。反应类型由元素性质和中子的能量决定, 在实际应用中低能中子的反应起主要的作用。在中子物质分析中主要分析对象为中子与物质感生出来的瞬发特征γ射线, 元素在物质中的质量分数与元素特征γ射线关系式可简化为

(其中p、q为经验常数)

当中子能量足够大时, 中子入射后与原子核发生非弹性散射将使原子核处于激发态, 原子核退激释放特征γ射线。低能中子与被测原子核形成复合核, 复合核退激释放多种特征γ射线, 通过对计数较高特征γ射线的能谱分析, 可以反映出被测原子核的特征及含量情况。

二实验研究与生产应用

1. 实验设备逐渐完善, 实验室标准基本形成。

在国内研究的初期主要应用反应堆中子源, 早在80年代, 中国原子能研究院就建立了微型反应堆中子源, 为开展中子活化分析技术创造了条件。此外一些天然放射性物质也常被作为中子源, 如镧252C�中子源、241Am-Be也常被使用。但由于这些中子源释放的中子多为快热中子, 不能直接用于活化分析, 需要经过慢化才能使用。在中子源的小型化和可控性的研究方面东北师范大学辐射技术研究所做了大量研究工作解决了技术难题, 较早地生产出了D-D中子发生器。此外中国石油测井有限公司测井仪器厂也是重要的中子管研制单位, 目前已有几个系列的产品。中子发生器的可控性、单能性、便携性等方面, 相比传统同位素中子源有事明显。

常用的γ射线探测装置分为闪烁体型和半导体型。碘化钠 (Na I) 属无机单晶体, 容易受潮失效故需严密的封装。锗酸铋 (BGO) 单晶体因铋的原子序数高, 密度大, 对射线线性吸收系数更大探测效率更高, 明显优于碘化钠 (Na I) 。在中子物质分析实验中往往采用二者结合使用的方式。

防护体和测量方法的选择。测量时应尽量避免其他伴随生成的干扰γ射线。防护体材料一般选用聚乙烯、6Li H和吸收γ射线的Pb块。利用飞行时间技术和甄别器可提高测量精度。根据γ射线的速度接近光速c远高于中子速度的方法甄别掉由样品散射进入探测器所产生的γ射线。

2. 研究成果已应用在多个领域。

八十年代初期, 在国内中子物质分析技术已逐步开发利用。其无损快速测量的特点优势明显。

中子活化分析在石油测井中的应用。利用可控的中子发生器做中子源使对中子的利用更加方便可行。在石油勘探领域, 已经形成了几种成熟的测量方法, 包括:法测井、脉冲能谱测井方法。东北师范大学辐射技术研究所生产的中子发生器以在大庆油田测井单位得到了长期应用, 中子石油测井技术已发展成为一门成熟的技术。

煤矿选煤领域中的应用, 尤其是在线煤质分析仪的应用更加扩展了中子物质分析的应用范围。在线煤质分析仪利用中子发生器对样品元素轰击产生的非弹和俘获特征γ射线进行分析, 为此需应用脉冲中子发生器并研制了配套的电路系统。其分析结果的精确度与传统化学分析相比均达到了行业标准, 应用价值明显。在我国西南部一些煤矿企业中已得到应用。

水泥成分在线分析配料, 90年的中期, 我国开始引进国外中子煤质分析设备, 湖北新华水泥厂首先引进两台水泥生料分析设备。03年左右, 北京的两家水泥企业也先后引进了总计四台相关设备。随着中子物质分析技术在实验室研究中不断取得突破, 我国科研部门相继将科研成果开始转变为生产力, 在水泥原料分析方面, 南京大陆中电科技有限公司, 东北师范大学辐射技术研究所, 分别独立研制成功水泥生料在线分析设备, 并已应用于生产。

三模拟研究

蒙特卡罗模拟方法在中子物质分析中被广泛利用。其中程序源于美国可以模拟中子光子的输运问题。当中子与靶核相遇时, 按照统计规律进行随机抽样确定发生何种反应放射何种粒子。MCNP程序中可以利用空间构图来模拟真实的实验情景, 贴近物理实际, 便于设计。设计实验防护体时可以通过测量的方法来检验应该选择的尺寸, 但需要基本实验设备的搭建和组织, 带了人力物力的消耗和安全风险。MCNP程序进行模拟则可以避免以上风险, 在充分考虑实验事实的情况下, 只要建立起合理的物理模型即可得到符合实际的可靠结论。

1. 在中子源的相关特性研究中的应用。

例如, 利用MCNP程序对中子管的防护进行模拟研究, 确定了对于特定能量中子的防护标准;对中子源的慢化过程的模拟, 为选择慢化材料提供了依据。

2. 选择合理样品尺寸、优化探测方法的应用。

利用MCNP程序模拟煤质分析仪中样品箱的尺寸, 通过改变煤层厚度, 分析程序获得的数据确定选择多厚的样品为宜;通过模拟实验条件探究中子感γ射线在空间辐射的分布情况, 为合理确定探测器位置提供理论依据。

四发展趋势

中子物质分析技术自传入我国以来, 经历了从学习借鉴到自主研发的过程。设备不断改进, 测量精度不断提高。研发出许多新设备, 使得中子物质分析技术成为一项实用的无损分析方法。在生产应用方面, 中子分析技术涉及的领域不断扩大, 在油田, 矿山, 医药, 环境等领域发挥着重要作用。随着技术的不断成熟和创新, 将会在更多领域得到应用, 发挥优越性。

参考文献

[1]褚圣麟.原子核物理学导论第二版[M].高等教育出版社, 1987.10.

[2]郑世平, 秦爱玲, 赵舒平.测井中子发生器.地球物理学进展, 2009.

[3]梅义忠, 田益华, 徐军伟.基于中子活化技术的水泥原料在线检测装置[J].水泥工程, 2O05.

[4]刘珺.中子煤质分析实验中应用蒙特卡罗模拟方法进行煤层厚度变化的研究[D]:[硕士学位文].长春:东北师范大学物理学院, 2009

中子活化分析 篇6

1 故障现象

正常的临界操作培训过程中,中子计数装置的状态体现如下:

1)因未带功率运行,中子脉冲本底较低造成的中子计数涨幅很小。但分阶段提棒引入反应性较大时,完全可以根据两台计数装置数据进行临界外推。

2)次临界度较浅时,分阶段将3SB/6SB由0提至临界棒位时,中子计数涨幅满足外推曲线规律。(2013年12月18日临界操作培训临界外推数据见附表1)

此次培训过程中,计数装置的状态异常。在临界操作培训过程中,外推无法利用两台计数装置数据进行,主要是靠已知临界棒位,在已知次临界深度的情况下,进行1/2或1/3计算逐步达临界。(详见附表1 2014年3月18日临界操作培训)

2 工作原理

中子计数装置主要包括5个NIM插件:前级单元、处理单元、输出单元、高压单元和低压单元。

3 故障排查

针对目前某研究堆临界外推的现象,专业组人员对控制保护系统进行了全面的检查,将此次故障排查的重点集中在仪器本身,包括两台中子计数仪器、两套裂变电离室及传输信号电缆上。为了排除故障,本次检修工作主要从二次仪表和一次仪表两个方面进行。

3.1 二次仪表排查

为了检查和确认二次仪表出现故障的可能性,专业人员首先对仪器进行了自检(计数通道检查,周期检验),仪器各项功能正常。其次针对中子计数涨幅不明显的现象主要检查了前级单元和处理单元。在此次故障现象之前,阈值通常为5V左右,且完全满足临界外推的要求。此次故障现象出现后,专业人员结合运行人员次中子脉冲本底较低的分析,将阈值调至4.2V和4.0V,中子计数率变高,运行人员重复分阶段提棒,故障现象无变化。此次故障现象发生后,两台仪器的处理单元显示数据的波动性基本相似,排除处理单元故障。使用检测仪表检测高压单元电压和低压单元电压,数值均正常,且电压均稳定。

3.2 一次仪表排查

经过前期对一次仪表、二次仪表的故障排查,发现二次仪表本身工作正常,无故障,而一次仪表(即裂变电离室)故障可能性高,其可能原因是电离室已超过使用寿期,导致性能下降引起的。经过专题会议进行讨论,确定了两个方案。第一方案主要内容为:在堆芯放入一枚中子源,人为提高堆芯中子脉冲本底,且暂不更换裂变电离室。第二方案为更换裂变电离室,完全匹配的电离室采购周期较长,考虑采用其他型号电离室暂时代替,但其中子信号计数率可以满足某研究堆计数要求。

实验结果如下:除了计数明显变大,其涨幅与核电培训异常现象一致,一方面由于反应堆长期不运行,堆内中子计数本底本身较低,加入的中子源强度为107量级,量级较低不足以对实验数据带来较大变化,另一方面,裂变电离室性能本身已经下降,其灵敏度不够,导致涨幅不明显。(详见附表1 2014.3.21实验数据)

更换两套裂变电离室后,验证结果如下:中子计数率涨幅基本满足临界实验的要求,但是,还存在稳定性差、波动幅度大等问题。更换电离室解决了原电离室性能下降的问题,但仪器本身还存在其它干扰的问题。导致外推结果不理想。附表四和附表五为裂变电离室检修完毕后临界外推的数据。

4 解决故障

经过对设备本身、仪器连接线的故障排查均未发现异常,更换探测器后中子计数装置的计数涨幅基本满足临界实验的要求,但是,还存在稳定性差、波动幅度大等问题。更换电离室解决了原电离室性能下降的问题,但仪器所受干扰仍然存在。

根据分析,此次现象确实表明低压电源对该装置的计数影响明显,经检查,保护柜A柜和B柜共有4块低压电源,棒控柜A柜和B柜共有4块低压电源,其型号均为4NIC-Q系列朝阳电源,且其外形为黑匣子,无法检修。其工作原理为通过处理,将外电220V交流电源转变为±15V和+24V三种直流电源。低压电源在工作过程中产生脉冲信号或开关量处理信号,并会产生大量热量影响该装置。

处理方案:正常情况下,低压电源性能正常时,对装置计数无影响,出现此次现象后,专业人员将保护柜四块低压电源进行了排查,发现有两块低压电源性能降低,更换电源后,计数装置的计数率在不提棒状态下计数为个位计数,现象正常。在一周的现象观察后,此次中子计数装置异常排查工作告一段落。在后期的临界实验中,两台计数装置表现良好,临界实验顺利进行,至此,外部干扰对周期的影响得到了解决。

5 结论

此次中子计数装置异常状态的检修分别解决了电离室超过使用寿期性能下降的问题、主控室其它仪器仪表对装置的干扰问题,彻底解决了临界实验和开堆过程中两台装置计数不能正常工作的问题,为反应堆的安全运行提供了必要的保障。

参考文献

[1]刘增良,刘国亭.电气工程CAD[M].北京:中国水利水电出版社,2002.