[发明专利]一种基于贝塔射线的单道测钾仪

说明书

技术领域

本发明涉及钾元素测量技术领域，尤其涉及一种基于贝塔射线的单道测钾仪。

背景技术

在盐湖开发、钾矿勘探和钾肥生产过程中，如何快速测定钾矿、卤水、油田水或钾肥中钾离子的含量，至今国内外仍无有效的测量方法。常规测量钾含量的方法主要依靠人工现场取样，以重量法、容量法或用离子选择电极、原子吸收等仪器进行分析，这些方法操作复杂繁琐，有些测量只能在实验室进行，携带不变，而且分析、测试所需时间长，不能满足钾盐的加工生产现场需求。

采用传统的化学分析方法时间较长，用仪器分析在野外又难以做到，离子选择电极等仪器又必须用化学方法前期处理所测样品。国外公司生产出的放射性仪器只能用在特定的场合且测量精度难以达到要求。

对于盐湖卤水的实际情况，现在采用的放射性测钾方法，是基于钾的β射线的测量，用气体探测器(G-M管)测量β射线，选用对γ射线灵敏度较低，而对β射线灵敏度较高的G-M管，选择特性曲线一致的7只G-M管组装成一组探测器，对每只G-M管的电极采取严格的密封措施，一台仪器中配有两组这样的探测器。如图2所示，为该气体探测装置示意图，一组探测器测量样品，另一组探测器测量环境中的本底辐射，并通过对比，可以消除环境本底辐射的干扰。探测器测得的信号需通过电子电路进行处理，采用两个单道脉冲幅度分析器，它们是完全相同且又相互独立的，用于两组探测器同时计数，采用80C31单片机进行数据处理、数据存储以及显示计数结果。

由于探测器采用专用的G-M管，其探测效率相对于闪烁探测器等核探测器而言，探测效率要低很多，而且G-M管主要由玻璃等类似材料组成，所以很容易破碎，而且采用多个G-M管的组合，这样对探测器组合的工艺技术要求较高，成本也大。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的放射性测量钾含量的仪器对工艺要求高、适用范围小、对钾含量较低的样品测量不准确的技术问题，本发明提供一种基于贝塔射线的单道测钾仪，本发明的测钾仪采用⁴⁰K所产生的1.33MeVβ射线来测定固体样品中钾的含量，即用闪烁探测器来对β射线进行测定，闪烁探测器的大小规格可以根据所测样品的情况调整，能够克服G-M管存在的测量效率低、易碎、探测面积小的问题。

放射性测量钾含量是基于测定钾的三种天然同位素³⁹K、⁴⁰K和⁴¹K中的⁴⁰K含量，因为仅⁴⁰K具有放射性，它的半衰期为1.25×10⁹年，丰度为0.012%。由于⁴⁰K的半衰期很长，故可认为⁴⁰K在钾元素中的含量是固定的，所以可以通过对其放射性的测定，进而推算出总的钾含量或者其它钾同位素的含量。

在⁴⁰K的衰变过程中有两个分支，β衰变分支比为89.25%，伴随着其β衰变，发射最大能量为1.33MeV的β射线，鉴于β衰变的特点，β能谱连续，在其最大能量以下均有分布。⁴⁰K的另一衰变分支——轨道电子俘获，其中衰变到子核1.46MeV激发态的分支比为10.55%，该激发态退激发时发射能量为1.46MeV的γ射线，没有内转换电子发射。如图1所示，从衰变纲图可以看出，⁴⁰K发射β射线的总量约为发射γ射线总量的8.46倍。所以可以测量伴随⁴⁰K衰变发射的β射线来测定待测样品中钾的含量。

为实现上述目的，本发明提供一种基于贝塔射线的单道测钾仪，所述单道测钾仪包括：闪烁探测器、信号分析系统和单片机控制系统；所述闪烁探测器用于即时取样探测⁴⁰K衰变时放射的1.33MeVβ射线，生成脉冲信号；所述信号分析系统用于将闪烁探测器探测生成的脉冲信号进行放大和甄别，并记录测量环境中的本底辐射和脉冲数；所述单片机控制系统根据上位机的命令控制信号分析系统记录脉冲数，并将记录的脉冲数和本底辐射通过系统内置的标准曲线计算并显示钾含量数值；所述的标准曲线为单道测钾仪脉冲计数率与钾样品含量的关系曲线。

作为上述技术方案的进一步改进，所述闪烁探测器包括：闪烁体、光电倍增管和前置放大器；所述的闪烁体用于与射入其内的β射线发生光电效应后产生光子；所述的光电倍增管用于接收闪烁体发射的光子，并将该光子转换为脉冲信号；所述前置放大器用于放大光电倍增管中生成的脉冲信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述闪烁体为塑料晶体。