蒙特卡罗法确定水泥在线中子活化分析样品参数_杨剑波
中子活化水泥元素在线分析仪
中子活化水泥元素在线分析仪
导读：中子活化水泥元素在线分析仪用于水泥生产过程中需要对物料成分进行测量的各相关环节。
特别适用于生料配料及预均化堆场。
不需取样，直接测量通过皮带的大宗物料，即时给出成分结果，参与自动控制，提高产品合格率。
中子活化水泥元素在线分析仪用于水泥生产过程中需要对物料成分进行测量的各相关环节。
特别适用于生料配料及预均化堆场。
不需取样，直接测量通过皮带的大宗物料，即时给出成分结果，参与自动控制，提高产品合格率。
原理：
中子活化水泥元素在线分析利用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术。
原子核俘获中子后处于激发态，退激时发出与核素相对应的特征γ射线，分析γ能谱，得出被测物料成分含量。
性能指标：
1、同时测量SiO
2、CaO、Fe2O
3、Al2O3、MgO含量，并计算出三率值KH、n、p；
2、测量控制周期为一分钟；
3、静态重复性：
产品特点：
1、全面：测量通过的所有物料，代表性强；
2、快速：每分钟给出一次成分数据；
3、有效：为生产提供关键参数数据，以便进行有效控制；
4、稳定：双环控温、自动稳谱，长期稳定运行；
5、安全：更为有效的屏蔽体，装置周围辐射剂量好于国外同类产品。
中子活化水泥元素在线分析仪在水泥厂的应用
中子活化水泥元素在线分析仪在水泥厂的应用中子活化在线分析仪主要应用于水泥厂内生料配料过程控制与矿山进场原材料的检测。
本文介绍了中子活化水泥元素在线分析仪的基本原理，重点介绍了在线分析仪在水泥厂的实际应用和针对现场实际情况的改进。
标签：水泥生料自动配料;中子活化水泥元素在线分析仪原理;原材料1 引言水泥作为建筑工业的基础材料，随着时代的发展，广泛应用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种环境下，为了满足在不同环境下的适应性，需要对水泥质量进行严格控制。
为了使工作效率更高、质量更好，就需要一个安全、可靠、稳定的配料系统。
随着中子活化水泥元素在线分析仪在水泥行业的深入应用和发展，在线分析仪中子活化技术也更加严密、稳定、高效，为水泥生料配料开启了新的发展道路，下面以华新迪庆现场使用的中子活化水泥元素在线分析仪為例，分析水泥元素在线分析仪在水泥生料配料中的应用。
2 分析仪工作原理该仪器采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，利用中子及高能γ的贯穿能力，能对大宗散装物料进行元素成分的在线检测，可一分钟得出测量结果，不需改动生产工艺，检测过程不需取样，对整个料流进行检测，检测结果代表性强。
3 分析仪的组成测量装置（测量装置采用模块式框架结构，包含测量过程中增强中子轰击物料原子核的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。
）、中子源（采用锎252同位素，能够与物料发生中子俘获反应。
）探测器（安装在测量装置上部，用于采集物料被中子作用后发出的γ射线，探测器外包有射线抑制体和恒温部件使用探测器保持最佳工作状态。
）、信号处理柜（包含能谱采集单元、温度控制器、信号转换模块，对探测器采集γ射线进行处理。
）、主机（由硬件和软件组成，主要采集来自信号处理柜的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，通过PLC实现自动控制。
）。
中子活化水泥元素在线分析仪
中子活化水泥元素在线分析仪1 范围本标准规定了中子活化水泥元素在线分析仪的术语和定义、测量原理、组成、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、随行文件、运输和贮存。
本标准适用于利用中子活化原理对水泥原材料进行元素成分检测的中子活化水泥元素在线分析仪（以下简称分析仪）。
2 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
2.1瞬发γ中子活化分析 prompt gamma neutron activation analysis(PGNAA)利用热中子束轰击靶样品中各种元素的原子核，使之俘获热中子后受激生成激发态复合核，在退激过程中释放出特征γ射线。
根据特征γ射线峰的能量（道址）和强度（峰计数）对元素进行定性和定量分析，可测量水泥原材料中主要元素的含量。
2.2中子活化水泥元素在线分析仪 on-line elemental analyzer for cement based on neutron activation analysis利用瞬发γ中子活化分析原理，对水泥原材料中元素成分进行在线分析的检测系统。
2.3标准样品 reference sample化学成分准确、稳定，物理性质稳定的测试样品。
2.4分析仪示值 analyzer value用分析仪对一个试验单元进行试验得到的特定的测量值。
2.5参比值 reference value用参比试验方法对一个试验单元进行试验得到的一个特定的测量值，该值作为参比用于与分析仪示值进行比对。
2.6准确度 accuracy分析仪对标准样品进行测量的示值与参比值之间的一致程度。
2.7重复性 repeatability分析仪对标准样品进行重复测定所得的示值相互间的一致程度。
3 测量原理利用热中子束轰击靶样品中各种元素的原子核，使之俘获热中子后受激生成激发态复合核，在退激过程中释放出特征γ射线。
根据特征γ射线峰的能量（道址）和强度（峰计数）对元素进行定性和定量分析。
4 组成4.1 总述分析仪由测量及防护主体、中子源、探测器、信号处理柜和主机五部分组成，如图1所示。
中子活化水泥元素在线分析仪的团体标准
■质量检测Q uality & Inspection中子活化水泥元素在线分析仪的团体标准鹿晓泉\李楠楠2,王伟1(1.中国建材检验认证集团股份有限公司，北京100024 ;2.中冶建筑研究总院有限公司，北京100088)摘要：随着分析仪在水泥行业的广泛应用，如何评价分析仪各项指标以及使用效果，目前国内乃至国际上还没有该产品的统一标准。
该文主要规范了在线分析仪的要求，提供了评价分析仪在准确性、重复性、率值控制等性能的方法，对验评在线分析仪提供了有力的数据支撑，使得用户有客观、公正的数据可供参考，为仪器厂商对产品进行性能提升与升级改进提供了思路，促进了国产科学仪器品牌影响力、用户认可度和市场销量的提升。
关键词：中子活化水泥；在线分析中图分类号：TQ172.16 文献标识码：B文章编号：1671—8321 (2019) 12—0096—040引言水泥生产过程质量控制中生料质量控制是一个很重要的部分，它是保证生产优质熟料、确保水泥质量的 基础。
传统的过程质量控制均为事后检验，预先控制、调整滞后，质量波动大，往往给生产控制带来被动局面，特别是大型化、自动化的干法水泥生产，对水泥生产过 程质量控制提出更高的要求，传统的质量控制方法逐渐 显示出它的局限性。
以上这些问题的根本原因是缺少有 效的检测手段，无法进行有效控制。
中子活化水泥元素在线分析仪能直接植入到水泥生 产过程中，类似于窑操作系统中的温度、压力、电流等参 数的在线检测，可用于在线检测石灰石矿或磨前生料混 合料中各成分含量，实时计算各质量参数，控制生产过 程。
主要用途有：石灰石开采，生料配料。
第一台应用于水泥行业的中子活化分析仪诞生于上 世纪80年代，我国水泥行业在90年代末开始接触到中子 活化分析仪，引进其用于石灰石预均化前和原料人磨前 在线分析。
目前国外主要有美国Thermo Fisher公司，美国 Sabia公司，澳大利亚Scantech公司等几家公司有相关产 品，但价格昂贵，供货周期长，现场适应性差。
使用在线中子活化分析仪实现水泥生产质量前馈控制
图 １ 石 灰 石质 量 控 制 图
维普资讯
琢 璐等 使用在线中子活化分忻１ 义变现水泥生产质量 馈 控制
石灰石 质量 控制是 生产过 程质量控制 的第一
关。 在线 中子活化 分析 仪安装在 预均化 堆场 石灰石进 料皮 带输送 机上 （ 见图 ｌ ， １ 可以保 证 石灰石质 量稳定 均匀 ． 同时也可 以指导矿 山合理 开采 ， 合利用 综
石 衷 矿 山
石
打印机 、 用于分析结果的操作控制台和用于 射线工
期
２０ ０ ０—０ １ ２０ ０ ０—０ ２ ２ Ｏ一 ３ ∞ ６
２０ ０ ０—０ ４
生 产 含 泥 灰 石龟 ／ ｔ
５ ５
在线 中子活 化分析仪 的分 析是连 续 的 ．每分钟 １ 个分 斫结果 ， “ 以 当前 分析值 ” “ 、 滚动平 均” “ 、 累计平 均 ” “日隔平 均” 、『 】 ４种形 式 显示在屏幕 上， 二 同时还 可 以 将 当前料堆质 量和产 量显示 在屏幕 上． 将分 析仪 的显 示 数据反馈 到矿 山调度 ． 据料堆 石灰石 质量 控制指 根 标 和 ｊ 前料堆 分析结 果 的加 权平 均值 ， 整铲 区满足 调 料堆均化 的需要 用在线 中子 活化 分析仪控 制进 厂 使 石灰 质量 与未使用时 有 明显 提高 见表 ｌ
文 章 编 号 ：０ ２— ８ ７ ２ ０ １２ ０ ５ ０ １０ ９ ７ ｌ０２ ０ ０ ４ ３
水 泥生 产过 程 质量 控制 中生料 质 量控 制 是一 个 很 重要 的部分 ， 是保证 生产优 质熟料 、 它 确保水 泥质 量的 基础 ．传统 的过程 质量控 制均为事 后检验 ， ． 预先 控制， 调整滞后 ， 质量 渡动 大 ， 往往 给生 产控制 带来被 动局 面 ． 特别是 大型化 、 自动化 的干法水 泥生产 ， 对水
在线中子活化煤质分析仪在煤矿的应用
在线中子活化煤质分析仪在煤矿的应用时间:2009-5-11来源：中国煤炭网在线煤质分析仪应用于煤炭业已有20多年的历史，其稳定的销量足以证明其价值。
在线分析仪通过提供实时信息为煤厂各煤种的质量控制和生产管理提供了极大的帮助，如果依赖化验室，这些数据只能在采样后的数小时甚至数天后才能得到。
近年来，随着经济下滑，生产优化和料堆控制变得尤为重要。
煤炭业的持续下滑导致该行业重新关注煤炭质量管理，从而提高客户满意度最终增加煤炭销量。
同时也提高矿区资源的有效利用，使原先认为煤质不达标的资源可以有选择地开采。
为达到上述目的，煤炭生产商和煤炭用户开始寻找更为经济且仍然高精度煤质分析仪。
随着人们对环境的日益关注，特别是对硫释放的关注导致法律对污染控制更加严格。
新近设计的皮带在线中子活化煤质分析仪（PGN AA）恰好可以满足上述要求。
1在线煤质分析技术与设备1.1双能量伽玛传输技术（DUET）DUET仪器|仪表自20世纪80年代早期上市以来，已成为在线煤质监测设备家族中的重要一员。
该设备价格相对低廉，安装便捷，可以直接在皮带上进行在线煤质分析，只要是分析固定煤种，DUET分析仪测定煤质灰分就可以达到相当的精度。
它利用两个γ射线源贯穿煤层而测量灰分。
对给定的煤种，该设备的测定精度为：一个标准偏差下0.5%～1%。
该设备的主要缺点是其标定与煤种有关，特别是在灰中的铁和钙元素变动很大的情况下。
该设备的用途包括：监测运送到选煤厂的原煤；监测洗净的精煤；给选煤厂提供反馈信息；通过混煤优化资源利用，使之达到一定的质量目标；监测送往用户的煤质是否达到合同要求的质量。
1.2自然伽玛射线技术另一种广泛使用的简单的分析仪能够测定煤中的自然放射性大小，并将其与灰分联系起来。
这种煤质分析仪不需要放射源，对影响DUET系统的铁和钙元素的变化不敏感。
然而，作为一种“被动”的系统，该分析仪的精度大约只为1%～2%，其理想应用是测量厚煤层的灰分，例如原煤输送机或选煤厂入料输送机上的煤质，在煤层很厚时，这仍然是测定灰分的唯一技术。
中子活化水泥元素在线分析仪在水泥厂的应用
中子活化水泥元素在线分析仪在水泥厂的应用作者：张伟孙常安来源：《山东工业技术》2019年第03期摘要：中子活化在线分析仪主要应用于水泥厂内生料配料过程控制与矿山进场原材料的检测。
本文介绍了中子活化水泥元素在线分析仪的基本原理，重点介绍了在线分析仪在水泥厂的实际应用和针对现场实际情况的改进。
关键词：水泥生料自动配料;中子活化水泥元素在线分析仪原理;原材料1 引言水泥作为建筑工业的基础材料，随着时代的发展，广泛应用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种环境下，为了满足在不同环境下的适应性，需要对水泥质量进行严格控制。
为了使工作效率更高、质量更好，就需要一个安全、可靠、稳定的配料系统。
随着中子活化水泥元素在线分析仪在水泥行业的深入应用和发展，在线分析仪中子活化技术也更加严密、稳定、高效，为水泥生料配料开启了新的发展道路，下面以华新迪庆现场使用的中子活化水泥元素在线分析仪为例，分析水泥元素在线分析仪在水泥生料配料中的应用。
2 分析仪工作原理该仪器采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，利用中子及高能γ的贯穿能力，能对大宗散装物料进行元素成分的在线检测，可一分钟得出测量结果，不需改动生产工艺，检测过程不需取样，对整个料流进行检测，检测结果代表性强。
3 分析仪的组成测量装置（测量装置采用模块式框架结构，包含测量过程中增强中子轰击物料原子核的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。
）、中子源（采用锎252同位素，能够与物料发生中子俘获反应。
）探测器（安装在测量装置上部，用于采集物料被中子作用后发出的γ射线，探测器外包有射线抑制体和恒温部件使用探测器保持最佳工作状态。
）、信号处理柜（包含能谱采集单元、温度控制器、信号转换模块，对探测器采集γ射线进行处理。
）、主机（由硬件和软件组成，主要采集来自信号处理柜的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，通过PLC实现自动控制。
基于蒙特卡罗抽样的活化中子能谱测量不确定度分析
摘要 ： 不 确 定 度 分 析 是 活 化 法 测 量 中 子 能 谱 的关 键 环 节 。 本 文 针 对 Ｓ ＡＮＤ － Ⅱ活 化 中 子 解 谱 过 程 ， 给出 了 一 种 基 于 先 验谱 、 活 化 率 和 截 面 协 方 差 的 中子 能 谱 测 量不 确 定 度 蒙 特 卡 罗 分 析 方 法 。首 先 ， 建 立 了 基
第５ Ｏ 卷第 ｌ ２ 期
２ ０ １ ６ 年１ ２ 月
原
子
能
科
学
技
术
Ｖｏ １ ． ５ ０， Ｎ ｏ． １ ２
Ｄｅ ｃ ．２ ０ １ ６
Ａｔ ｏｍｉ ｃ Ｅｎ ｅ ｒ ｇｙ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏｇ ｙ
基 于 蒙特 卡 罗抽 样 的 活 化 中 子 能 谱 测 量 不 确 定 度 分 析
子 能谱 测 量 结 果 保 守 性 。
关键词 ： 中子 能 谱 ； 不确定度分析 ； １ Ｍｅ Ｖ 等效 中 子 注 量 ； 西 安 脉 冲堆
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｌ ３ ７ ５ ． ４ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ０ — ６ ９ ３ １ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２ — ２ ２ ４ ９ — ０ ７
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｍｏ ｎｔ ｅ 。 Ｃａ ｒ ｌ ｏ Ｓ ａ ｍ ｐｌ ｉ ｎｇ
ＬＩ Ｄａ ， ，Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｘｉ ｎ — ｂ ｉ ａ ｏ ｌ ，ＺＨ Ｕ Ｇｕ ａ ｎ ｇ — ｎ ｉ ｎ ｇ ，Ｚ Ｈ ＡＮＧ Ｗｅ ｎ — ｓ ｈ ｏ ｕ ，
ＳＵ Ｃｈｕｎ — ｌ ｅ ｉ 。Ｍ Ｉ Ａ Ｏ Ｌｉ ａ ｎｇ — ｌ ｉ ａ ｎ ｇ 。Ｙ Ｕ Ｘｉ ａ ｏ — ｒ ｅ ｎ
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ＳｅｒｉｅｓＮｏ.406Ａｐｒｉｌ 2010 金 属 矿 山ＭＥＴＡＬＭＩＮＥ 总第406期2010年第4期＊国家创新方法工作专项(编号:2008ＩＭ021500),四川省科技条件平台项目(编号:2008ＧＺ0040,2008ＧＺ0197)。
杨剑波(1973—),男,成都理工大学核技术与自动化工程学院,博士研究生,610059四川省成都市成华区二仙桥东三路1号成都理工大学先达信箱。
蒙特卡罗法确定水泥在线中子活化分析样品参数＊杨剑波1 庹先国1,2 李 哲1 穆克亮1 罗耀华1 牟云峰3(1.成都理工大学;2.地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室;3.中国工程物理研究院)摘 要 针对成都理工大学核地球物理与地球化学研究室研制的在线瞬发γ中子活化分析(ＰＧＮＡＡ)装置,利用ＭＣＮＰ程序对水泥样品进行模拟计算分析,得到瞬发γ射线产额随样品厚度和样品形态(块状、颗粒、粉末等)的变化关系。
根据模拟结果,确定样品厚度以17ｃｍ为宜,并应在在实际分析前将水泥生料粗加工成细颗粒状。
关键词 蒙特卡罗法 ＭＣＮＰ 瞬发γ中子活化分析 水泥样品参数ＣｅｍｅｎｔＳａｍｐｌｅＰａｒａｍｅｔｅｒｓＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｉｎＯｎ-ＬｉｎｅＰｒｏｍｐｔＧａｍｍａＮｅｕｔｒｏｎＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓｗｉｔｈＭｏｎｔｅ-ＣａｒｌｏＭｅｔｈｏｄＹａｎｇＪｉａｎｂｏ1 ＴｕｏＸｉａｎｇｕｏ1,2 ＬｉＺｈｅ1 ＭｕＫｅｌｉａｎｇ1 ＬｕｏＹａｏｈｕａ1 ＭｏｕＹｕｎｆｅｎｇ3(1.ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ;2.ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｈａｚａｒｄＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎ＆ＧｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ;3.ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｈｙｓｉｃｓ)Ａｂｓｔｒａｃｔ ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｍｐｔｇａｍｍａｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ(ＰＧＮＡＡ)ｓｙｓｔｅｍｄｅｖｉｃｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙｔｈｅｎｕｃｌｅａｒｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌａｎｄｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｒｏｏｍ,ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ,ＭＣＮＰｐｒｏｃｅｓｓｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｓｉｍｕ-ｌａｔｅａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｃｅｍｅｎｔｓａｍｐｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ.Ｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏｍｐｔγｙｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｓａｍｐｌｅ'ｓｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｓｈａｐｅ(ｍａｓｓｉｖｅ,ｇｒａｎｕｌｅｓ,ｐｏｗｄｅｒｓ,ｅｔｃ.)ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ,ｔｈｅｏｐ-ｔｉｍａｌｓａｍｐｌｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｏｂｅ17ｃｍａｎｄｔｈｅｃｅｍｅｎｔｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓｓｈｏｕｌｄｂｅｐｒｏｃｅｓｓｅｄｉｎｔｏｆｉｎｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅ-ｆｏｒｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＰＧＮＡＡ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ Ｍｏｎｔｅ-Ｃａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ,ＭＣＮＰ,Ｐｒｏｍｐｔｇａｍｍａｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ,Ｃｅｍｅｎｔｓａｍｐｌｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ 瞬发γ中子活化分析(ＰｒｏｍｐｔＧａｍｍａＮｅｕｔｒｏｎＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ,ＰＧＮＡＡ)的基本原理是通过被测样品中各元素的原子核俘获中子,瞬时(<1014ｓ)发射特征γ射线,根据射线的能量和强度,对相应元素进行定性和定量分析[1],瞬发γ射线越多对元素分析越有利。
在实际应用中,为寻求最大的瞬发γ射线产额,需对在线分析装置进行最优化设计。
由于中子源裂变时发出的中子、γ射线等对人体危害大,因此在中子源辐照下来优化设计分析装置的各种参数,不仅费时费力,而且也很不安全。
20世纪70年代,国外数值模拟技术发展成熟,逐步用计算方法代替部分实验;80年代末90年代初,国内也逐渐开始了此方法的研究工作。
在核技术应用领域,国内外不少专家运用蒙特卡罗模拟方法计算了ＰＧＮＡＡ问题,例如Ｃ.Ｏｌｉｖｅｉｒａ等[2]优化设计了分析水泥生料的ＰＧＮＡＡ仪器,Ａ.Ａ.Ｎａｑｖｉ等[3]研究了不同中子源下的ＰＧＮＡＡ系统性能,我国学者张锋等[4]研究了蒙特卡罗方法在中子活化在线分析系统设计中的应用,他们在ＰＧＮＡＡ研究方面都取得了一些有价值的成果。
但是,ＰＧＮＡＡ系统性能参数的优化还有很多研究工作要做。
在水泥实际生产过程中,水泥生料的形态一般为块状、颗粒、粉末等,在进行ＰＧＮＡＡ分析时,如何强化热中子与水泥生料之间的(ｎ,γ)反应,还有待对水泥生料开展进一步研究。
本研究利用蒙特卡罗方法(ＭＣＮＰ程序),对成都理工大学核地球物理与地球化学研究室研制的在线瞬发γ中子活化分析装置的中子输运过程进行模拟计算,得到在平均能量为2.3ＭｅＶ的252Ｃｆ中子源照射下,水泥样品中主要元素Ｃａ,Ｓｉ,Ｆｅ,Ａｌ的中子俘获γ射线产额与样品厚度及形态变化的关系,从而为实际ＰＧＮＡＡ分析前对水泥生料的粗加工(将块状加工成颗粒或粉末等)提供了参考。
·134·1 ＰＧＮＡＡ实验装置模拟实验装置截面图如图1所示。
装置外部尺寸为120ｃｍ×120ｃｍ×90ｃｍ,源腔尺寸为60ｃｍ×60ｃｍ×30ｃｍ,样品腔尺寸为60ｃｍ×120ｃｍ×30ｃｍ(皮带运送样品穿过装置)。
中子源放于2ｃｍ厚的Ｂｉ屏蔽球中(内有半径为1ｃｍ,用于放置中子源的空腔),Ｂｉ屏蔽体外包半径为5ｃｍ厚的聚乙烯,样品的厚度可变,ＮａＩ探测器前加7ｍｍ厚的镉片和15ｍｍ厚的铅以吸收热中子和压制低能γ射线(小于1.5ＭｅＶ,对分析无贡献的γ射线)。
选用252Ｃｆ自发裂变中子源[5-7],其中子发射率为2.3×1012ｓ-1·ｇ-1,半衰期为2.64ａ,中子平均能量为2.3ＭｅＶ。
2 模拟样品为了与实际生产过程中的水泥生料相吻合,假定未经粗加工的纯水泥样品Ａ由33.88%的ＳｉＯ2,2.42%的Ａｌ2Ｏ3,1.77%的Ｆｅ2Ｏ3,0.23%的Ｆｅ3Ｏ4,9.40%的ＣａＯ,45.11%的ＣａＣＯ3,0.62%的ＭｇＯ,0.45%的ＳＯ3,0.34%的Ｋ2Ｏ,0.12%的Ｎａ2Ｏ,5.66%的Ｈ2Ｏ等物质组成,其密度为2.250ｇ/ｃｍ3。
如图1所示,在所研究的在线瞬发γ中子活化分析系统中,样品被放在皮带上,通过皮带运送从样品腔穿过。
模拟时,固定样品的长度和宽度为样品腔的长度和宽度,而样品的厚度可调,其最大厚度为样品腔的高度。
在样品厚度一定的情况下,样品所占空间体积不变。
这样,当样品被粗加工成不同形态(块状、颗粒、粉末等)时,样品中的空隙率也不同,故样品形态的改变实际上可视为样品密度的改变;而样品密度的改变又意味着样品中纯水泥Ａ的质量分数即样品纯度的变化。
因此,可以通过样品纯度来模拟样品形态(块状、颗粒、粉末等)的变化,如表1所示。
表1 样品形态的参数值样品形态样品纯度/%样品密度/(ｇ/ｃｍ3)未加工1002.250粉末902.025颗 粒块 状801.800701.575601.350501.125400.900300.675200.450100.2253 模拟方法及步骤本次研究主要通过调整样品厚度和样品形态来寻求最佳样品设计参数。
利用ＭＣＮＰ程序进行模拟计算时,取中子源为各向同性点源。
选用Ｍａｘｗｅｌｌ裂变谱模型[8],其表达式为ｆ(Ｅ)=ｃｅ-Ｅａｅ,式中,Ｅ为中子能量;ａ,ｃ为特定常数,取ａ=1.42。
选择ＥＮＤＦ/Ｂ-ＶＩＲｅｌ.1截面数据库,用Ｉｎｔｅｌ(Ｒ)Ｃｏｒｅ(ＴＭ)2ＣＰＵＴ7200@2.00ＧＨｚ计算机进行计算。
模拟粒子数为2×107;计数方式为Ｆ2,分别记录热中子(能量小于0.5ｅＶ)、超热中子(0.5ｅＶ～1ｋｅＶ)和快中子(大于1ｋｅＶ)的相对计数(单位面积上相对1个源中子的计数),计算时间约2ｈ,计数误差小于1%。
模拟步骤为:(1)研究中子俘获γ射线产额与样品厚度的变化关系,从而选出最佳的样品厚度。
(2)采用步骤(1)确定的样品厚度研究中子俘获γ射线产额与样品纯度的变化关系,从而选出最佳的样品形态。
4 模拟结果及讨论4.1 样品厚度模拟选择纯度为50%的颗粒样品为对象,调整样品·135· 杨剑波等:蒙特卡罗法确定水泥在线中子活化分析样品参数 2010年第4期的厚度,分别模拟得到Ｃａ,Ｓｉ,Ｆｅ,Ａｌ的特征γ射线相对注量率与样品厚度的变化关系如图2～图5所示。
图2 Ｃａ的特征γ射线相对注量率与样品厚度的关系□—1.942ＭｅＶ;○—6.420ＭｅＶ图3 Ｓｉ的特征γ射线相对注量率与样品厚度的关系□—3.539ＭｅＶ;○—4.934ＭｅＶ图4 Ｆｅ的特征γ射线相对注量率与样品厚度的关系(7.631～7.646ＭｅＶ)图5 Ａｌ的特征γ射线相对注量率与样品厚度的关系(7.724ＭｅＶ)由图2～图5可知,Ｃａ,Ｓｉ,Ｆｅ,Ａｌ的特征γ射线相对注量率从总体来说都随样品厚度的增大而增加。
图2表明,Ｃａ的1.942ＭｅＶ和6.420ＭｅＶ特征γ射线相对注量率均在样品厚度为17ｃｍ时出现最大峰值。
图3表明,Ｓｉ的3.539ＭｅＶ和4.934ＭｅＶ特征γ射线相对注量率分别在样品厚度为8ｃｍ和11ｃｍ时出现最大峰值。
图4表明,Ｆｅ的7.631～7.646ＭｅＶ特征γ射线相对注量率在样品厚度为16～18ｃｍ时出现最大峰值。
图5表明,Ａｌ的7.724ＭｅＶ特征γ射线相对注量率在样品厚度为17ｃｍ时出现最大峰值。
综合图2～图5,不同元素取得最大峰值的样品厚度不同,为照顾各种元素,选取样品厚度为17ｃｍ。
4.2 样品形态模拟保持样品的厚度为17ｃｍ,以样品密度来模拟瞬发γ射线产额随样品形态的变化关系,结果如图6～图9所示。
图6 Ｃａ的特征γ射线相对注量率与样品纯度的关系□—1.942ＭｅＶ;○—6.420ＭｅＶ图7 Ｓｉ的特征γ射线相对注量率与样品纯度的关系□—3.539ＭｅＶ;○—4.934ＭｅＶ图8 Ｆｅ的特征γ射线相对注量率与样品纯度的关系(7.631～7.646ＭｅＶ)(下转第145页)·136·总第406期 金 属 矿 山 2010年第4期3 结 论(1)若激磁线圈是由多组线圈串接而成,温度传感器或温度断路器安装在线圈排水口的铜管处将起不到缺水监控作用,因而达不到缺水保护的目的。