[实用新型]煤炭灰分测量装置

说明书

本实用新型涉及一种使用湮灭辐射法测量煤炭灰分的煤炭灰分析装置。

在现有技术中，传统双能γ射线方法利用γ射线与物质相互作用发生光电效应，其反应截面与物质的原子序数Z^4～5成正比；而湮灭辐射法利用γ射线与物质相互作用发生电子对效应，测量正负电了湮灭辐射，其反应截面与物质的原子序数Z成正比；用双能γ射线的测量装置比用湮灭辐射法的测量装置的不确定度比低一个量级，且在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时测定灰分的精度太低。

本实用新型的目的是提供一种能连续测量煤炭灰分，且在煤炭灰分成分范围变化或湿度变化较大时测定不易受影响，测量的精度高的湮灭辐射法煤炭灰分测量装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案：

一种煤炭灰分测量装置，其特殊在于：本装置由屏蔽体1、放射源2、NaI探头3、和吸收板4构成，所述放射源2设置于可伸缩装置5上，放射源2与NaI探头3之间设置屏蔽材料6；所述吸收板4设置于NaI探头3的前端。

上述放射源2采用⁶⁰COγ射线。

上述NaI探头3还可采用高纯锗探头。

上述放射源2置于可伸缩装置5为可伸缩螺杆。下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为双能γ射线方法和湮灭辐射法的测量不确定度计算比较；

图3为康普顿反散射峰和湮灭辐射峰多道能谱图；

参见图1，本实用新型由屏蔽体1、放射源2、NaI探头3、吸收板4构成，所述放射源2设置于可伸缩装置5上，放射源2与NaI探头3之间设置屏蔽材料6；所述吸收板4设置于NaI探头3的前端。上述放射源2采用⁶⁰COγ射线。上述NaI探头3还可采用高纯锗探头。上述放射源2置于可伸缩装置5为可伸缩螺杆。

本实用新型采用湮灭辐射法通过⁶⁰COγ射线照射煤样，核技术测灰主要依据原煤中所含媒质(即可燃物主要是炭、氢，还有氧、氮)与矿物质(主要为硅、铝、铁、钙、镁、钾、钠，其氧化物即为灰分)的等效原子数的差异。通过⁶⁰COγ射线照射煤样，测出电子对引起的正电子湮灭辐射峰和康普顿反散射峰的强度来确定灰分，如图3。康普顿散射强度只与原煤的体密度有关，而正电子质湮灭γ射线既与体密度有关，又与物质的原子序数有关，当光子能量超过电子对的阈能(1.022MeV)时，康普顿散射的几率可近似认为正比于Z_j/A_j，电子对产生的几率正比于∑Z_j²W_j/A_j。其中Z_j、W_j、A_j分别为原煤中第j组元素的原子序数、质量份额和原子量。煤的总质量衰减系数可用煤质和矿物质的质量衰减系数拟合。该方法的精度依赖于湮灭辐射的产额和煤灰之间的相关程度。我们对21种褐煤和21种Fe₂O₃含量大于10％杂煤进行了双能γ射线穿透法和湮灭辐射法的理论计算，由于产生的电子对截面只与Z²成正比，而不是像光电截面与z的4～5次方成正比，如图2所示，康普顿辐射法的不确定度约为双能Y射线穿透法的一半。

当需要测量煤炭灰分时，置于可伸缩的螺杆上放射源，可根据使用需要调节其伸缩程度。放射性本底测量达到国家标准。要求康普顿散射角大于120°^[2]，这样1.3MeV的γ射线康普顿反散射能量小于0.27MeV。煤样置于铝容器盒中，30种媒样每种至少取样两次，每种煤样约40kg，通过调整，达到统一的几何条件。

采用7.4GBq⁶⁰Coγ放射源，每种煤样测量5min。测得的多道能谱如图3所示。用²⁴¹Am(60keV)、¹³⁷Cs(662keV)进行能量刻度。0.511MeV湮灭辐射峰的净计数率y为感性区(457～569keV)的计数率减去感性区(574～681keV)的计数率的1.2倍，因子1.2是0.511MeV湮灭辐射峰的本底的斜率。康普顿计数率为170keV以上的累计计数率k。灰分(ASH)可通过下式拟合得到：ASH＝ak＋by＋c。a、b、c是最小二乘法拟合的常数。由a、b、c及测定的未知煤样的k、y值，即可求出其煤灰分含量、发热量。