- •В. Е. Поляков
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Основы взаимодействия различных видов излучений с веществом
- •1.1. Ядерное взаимодействие
- •1.1.1. Взаимодействие нейтронов с веществом
- •1.1.2. Взаимодействие заряженных частиц
- •1.1.3. Ядерные реакции при взаимодействии гамма-излучения
- •Пороги фотоядерных реакций для изотопов некоторых химических
- •Максимальные значения сечений фотоядерной реакции для ряда
- •1.2. Электромагнитное взаимодействие
- •1.2.1. Взаимодействие гамма-излучения
- •Энергия k-краев поглощения для ряда химических элементов
- •Взаимодействие рентгеновского излучения
- •Взаимодействие излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектральных диапазонов
- •Взаимодействие излучения видимого спектрального диапазона с веществом
- •Взаимодействие инфракрасного излучения с веществом
- •Взаимодействие излучения радиочастотного диапазона
- •Глава 2. Метод масс-спектроскопии в задачах контроля металлов, сплавов и лома
- •2.1. Физическая сущность метода масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •Масс-спектрографе с двойной фокусировкой, и фотометрическая кривая этой спектрограммы (б) и области массового числа
- •2.2. Принципы взаимодействия импульсного лазерного излучения с веществом мишени
- •2.3. Типы лазеров и их параметры
- •2.4. Метод масс-спектроскопии с лазерной ионизацией вещества
- •2.5. Масс-спектрометры – средства контроля металлов, сплавов и лома
- •2.6. Типы масс-анализаторов, используемые в масс-спектрометре
- •2.7. Основы методики идентификации элементного состава вещества с использованием лазерного ионизатора и время-пролетного динамического масс-анализатора
- •2.8. Эмиссионные спектроскопы для экспертного спектрального анализа черных и цветных металлов
- •2.8.1. Многоканальный эмиссионный спектрометр дсф-71 (ls-1000)
- •Составные части прибора имеют следующие особенности:
- •Технические характеристики
- •2.8.2. Многоканальный эмиссионный спектрометр серии мфс
- •Технические характеристики:
- •Источник возбуждения спектра – универсальный генератор угэ-4:
- •Унифицированная система управления и регистрации:
- •Источники питания:
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 2
- •Глава 3. Физические основы γ-флуоресцентного контроля металлов, сплавов, лома
- •3.1. Рентгеновские лучи
- •3.2. Рентгеновские спектры
- •Рентгеновская спектроскопия
- •Рентгеновская аппаратура. Рентгеновская камера и рентгеновская трубка
- •Рентгеновский гониометр
- •3.6. Рентгеновский дифрактометр
- •3.7. Рентгенофлуоресцентный кристаллдифракционный сканирующий вакуумный «Спектроскан-V»
- •3.8. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан»
- •3.9. Спектрометр рентгенофлуоресцентный кристалл-дифракционный сканирующий портативный «Спектроскан-lf»
- •3.10. Основы методики идентификации элементного состава неизвестного вещества и определение концентрации ингредиентов с использованием метода гамма-флуоресцентного анализа
- •3.11. Методика безэталонного рентгеноспектрального анализа сталей
- •3.11.1. Методика анализа углеродистых сталей
- •3.11.2. Методика определения содержании металлов в питьевых, природных и сточных водах при анализе на сорбционных целлюлозных дэтата-фильтрах
- •3.11.3. Методика определения содержания металлов в порошковых пробах почв
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 3
- •Глава 4. Приборы и методы таможенного контроля состава металлов, сплавов, лома с использованием методов вихревых токов
- •4.1. Основы теории вихревых токов
- •4. 2. Распределение вихревых токов
- •4.3. Характеристики вещества и поля
- •4.4. Физические принципы метода вихревых токов (вт)
- •4.5. Области применения и классификация методов вихревых токов
- •Датчики и характерные физические процессы
- •4.7. Некоторые типовые конструкции датчиков
- •Контроль и влияние примеси на электропроводность некоторых металлов
- •Меди (б)
- •Электропроводность и температурный коэффициент некоторых
- •4.9. Методы и приборы измерения электропроводности немагнитных металлов
- •4.10. Общие положения. Порядок проведения измерений
- •4.11. Элементы методики исследования и выбор материала для контроля
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 4
- •Глава 5. Ультразвуковые методы контроля металлов, сплавов, лома и руд
- •5.1. Классификация акустических методов контроля
- •5.2. Ультразвуковая аппаратура
- •Подготовка к контролю
- •Порядок проведения контроля
- •5.3. Ультразвуковая аппаратура в неразрушающем контроле
- •5.4. Ультразвуковые преобразователи
- •5.5. Определение типа металла, сплава, лома по измерению скорости распространения упругих волн
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 5
- •Глава 6. Классификация радиометрических методов контроля состава руд
- •6.1. Методы определения элементного состава полезных ископаемых по спектрометрии вторичных излучений
- •6.2. Методы, основанные на взаимодействии гамма- или рентгеновского излучения с электронными оболочками атомов или ядрами атомов элементов
- •6.3. Методы, основанные на спектрометрии гамма-излучения, возникающего при различных ядерных реакциях нейтронов с веществом
- •Методы определения естественной радиоактивности пород, содержащих радиоактивные элементы
- •6.5. Люминесцентные методы контроля состава руд
- •6.6. Фотометрические методы контроля состава руд
- •6.7. Радиоволновые методы контроля руд
- •6.8. Технология сортировки руды
- •Вопросы для самопроверки знаний по главе 6
- •Заключение
- •Список используемой литературы:
- •Предметный указатель
- •Оглавление
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, 5
6.3. Методы, основанные на спектрометрии гамма-излучения, возникающего при различных ядерных реакциях нейтронов с веществом
Методы, основанные на спектрометрии гамма-излучения, возникающего при различных ядерных реакциях нейтронов с веществом называют нейтронными гамма-спектрометрическими методами. Они занимают важное место среди радиометрических методов опробования минерального сырья. Большая проникающая способность нейтронного и -излучения обеспечивает нейтронным гамма-спектрометрическим методам высокую глубинность анализа, превышающую глубинность рентгено-радиометрического метода на два - три порядка, обусловливает относительно слабое влияние неравномерности оруденения и «ближней зоны» на аналитический сигнал и позволяет осуществлять дистанционный анализ объектов большого объема без непосредственного контакта с ними, в том числе через стенку технологического оборудования.
Нейтронные гамма-спектрометрические методы можно условно разделить на две группы: нейтронно-активационный метод, при реализации которого регистрируется запаздывающее относительно момента реакции с нейтронами гамма-излучение, и нейтронно-радиационный метод с регистрацией «мгновенного» гамма-излучения, испускаемого за время менее 10-7- 10-9 с.
Нейтронно-активаиионный метод (НАМ)
Метод основан на регистрации интенсивности излучений радиоактивных изотопов, образующихся в результате ядерных реакций при облучении вещества потоком нейтронов. Сечения активации элементов под воздействием тепловых нейтронов за счет реакции (n, ) значительно выше, чем при облучении их потоком быстрых нейтронов, поэтому, как правило, наибольшая чувствительность анализа достигается при облучении пород и руд тепловыми нейтронами. Активацию быстрыми нейтронами наиболее выгодно использовать при определении легких элементов.
Для некоторых элементов сечение реакции резко возрастает в области энергий резонансных нейтронов. Большими резонансными активационными способностями обладают такие элементы, как медь, цинк, марганец, серебро, золото и др.
Анализ основных ядерно-физических констант, используемых в ,. нейтроном активационном анализе (сечений активаций для нейтронов различных энергий и характеристики изотопов-продуктов активации), показывает, что НАМ наиболее целесообразен при опробовании руд, содержащих фтор, алюминий, магний, натрий, ванадий.
Нейтронно-активационный метод используют при опробовании руд в массиве и для предварительного обогащения полезных ископаемых при активации их тепловыми и быстрыми нейтронами; последний наиболее широко применяется на месторождениях флюоритов, фосфоритов и некоторых других фторсодержащих руд. С помощью НАМ возможно прямое определение золота в породах в условиях естественного залегания. Использование высокоразрешающего Ge(Li)- спектрометра позволяет снизить порог обнаружения золота до 0,5-1 г/т. При опробовании руд в массиве НАМ наиболее широко используют на месторождениях бокситов для геометризации рудных тел, определения их мощности, распределения в них концентраций полезных компонентов. НАМ возможно использовать для опробования и крупнопорционной сортировки флюоритовых, фосфоритовых, апатитовых руд, бокситов.
Нейтронный гамма (нейтронно-радиационный) метод
Метод основан на регистрации гамма-излучения радиационного захвата нейтронов, испускаемого ядрами элементов, слагающих вещество, при облучении его потоком нейтронов. Спектр этого -излучения - линейчатый и индивидуален для каждого нуклида, что позволяет идентифицировать нуклид, а по интенсивности-линий захватного излучения определять содержание искомого элемента. Ядерная реакция радиационного захвата нейтронов протекает наиболее интенсивно при энергиях нейтронов, близких к тепловым. Нейтронно-радиационный метод используют при опробовании полезных ископаемых в естественном залегании как в спектрометрическом, так и в интегральном режимах измерений.
Интегральный нейтронный -каротаж применяют для выделения в разрезе скважин интервалов пород, содержащих элементы с аномально большим сечением захвата нейтронов: бора, кадмия, лития, ртути, некоторых редкоземельных элементов, а также на месторождениях калийных и каменных солей для дифференциации полезных ископаемых по минеральному составу. Так как величина захватного гамма-излучения зависит от объемной влажности пород, то для однозначного определения анализируемого элемента нейтронно-радиационные измерения целесообразно комплексировать с нейтрон-нейтронным методом. При правильно подобранной длине зондов отношение показаний этих методов зависит только от содержания определяемого элемента.
Спектрометрический нейтронный -каротаж может использоваться для определения содержания элементов, испускающих интенсивные
линии гамма-излучения радиационного захвата в жесткой (> 5 МэВ) области спектра (Ti, Cr, Mn, Fe, Ni, Си, S, C1), а также для оценки содержания элементов с меньшей энергией захватного гамма-излучения, но характеризующихся большими сечениями захвата тепловых нейтронов (Cd, Hg, Dy, Gd, Yb и др.).
Для опробования и крупнопорционной сортировки минерального сырья нейтронно-радиационный метод, нашел применение только при опробовании и сортировке на конвейерной ленте железных руд и угля. Метод возможно использовать для опробования и крупнопорционной сортировки железных, марганцевых, хромитовых, титановых, медных, никелевых, никель-кобальтовых, медно-мышьяковых, ртутных, вольфрамовых, серных, кальцийсодержащих, а также руд, содержащих редкоземельные элементы. Немаловажно, что нейтрон но-радиационный метод может быть успешно использован для опробования борных руд в широких диапазонах концентраций бора при высоком содержании других элементов с большим сечением захвата нейтронов (например, лития, хлора), когда затруднено применение наиболее широко используемого для его определения нейтронно-абсорбционного метода. Исследована возможность нейтрон но-радиационного опробования силикатной никелевой руды в вагонах и опробования и сортировки на конвейерной ленте железных руд и угля.
Основное число публикаций по применению нейтронно-радиационного метода для опробования минерального сырья на потоке относится к опробованию на ленте транспортера. Рассматривают и апробируют две геометрии измерений: при расположении источника нейтронов и детектора гамма-излучения по одну сторону от исследуемого вещества и по разные стороны. Это так называемые при нейтронно-радиационных измерениях геометрии «на отражение» и «на просвет». По данным отечественных и зарубежных авторов, на конвейерной ленте с использованием полупроводникового детектора в сульфидных медно-никелевых рудах могут быть установлены основные компоненты: Ni, Cu, Co, Fe, S, Si, определяющие их ценность и технологичность.
Для опробования и сортировки руд, содержащих элементы с атомной массой менее 40, перспективно использование нейтронного гамма-метода с регистрацией -излучения неупругого рассеяния быстрых нейтронов по реакции. Однако в связи со сложным характером спектра, наличием допплеровского уширения и смещения-линии в реакции, необходимости вследствие этого использования при детектировании-излучения полупроводниковых детекторов этот метод пока не нашел применения. Апробирована возможность определения никеля спектрометрическим нейтронным гамма-методом в скважинах на месторождениях силикатных никелевых руд (Кемпирсайском и Буруктальском), сульфидном медно-никелевом месторождении Мончегорского района и медно-никелевых месторождениях Печенгского рудного поля и Норильского района.
Комплексирование нейтронно-радиационного и нейтронно-активационного методов опробования минерального сырья в технологическом потоке позволяет на единой базе оборудования расширить круг эффективно определяемых элементов.