專利名稱：利用標(biāo)準(zhǔn)化樣本容器的用于確定中子流的中子激發(fā)分析的制作方法
利用標(biāo)準(zhǔn)化樣本容器的用于確定中子流的中子激發(fā)分析本發(fā)明涉及一種利用中子射線對大體積樣本進行無破壞的元素分析的方法以及一種用于執(zhí)行該方法的設(shè)備。
背景技術(shù)：
在接觸以及特別是在存放危險物質(zhì)時重要的是要知道確切地在用什么物質(zhì)做事。在這種關(guān)聯(lián)中混合廢料會產(chǎn)生特別的困難，所述混合廢料例如是容納載有不同有害物質(zhì)的物體的團塊的廢料桶。如果沒有存在什么有害物質(zhì)的認(rèn)識，則與該廢料接觸是有危險的。但是為了得到這樣的認(rèn)識，人們必須正好與該廢料接觸。由于必要的保護措施，為了所述分析而例如從其中用水泥澆注放射性廢料的桶中取出巖心樣本是非常費事的和昂貴的。中子激發(fā)分析提供了一條出路。其中用中子對樣本進行透射。樣本中的原子核由此被激勵為發(fā)射對每種元素都表現(xiàn)出特征性簽名的伽馬射線。由此通過評估從所述樣本發(fā)射的伽馬射線，可以無破壞地檢查在該樣本中存在什么元素。特別是對于大體積對象的檢查來說，從W001/07888A2公知一種用于在非放射性大體積樣本中確定通過美國的“Resource Conservation and Recovery Act (資源保護和恢復(fù)法案)”(RCRA)被分級為特別危險的金屬的方法。其中將樣本置于脈沖式中子射線下。從樣本所發(fā)射的伽馬射線的光譜中，評估該樣本中通過中子轟擊引起的原子核的即時和延遲的伽馬射線。所述伽馬射線被用于確定在樣本中存在的元素。缺點是對樣本中的元素的量化需要耗費時間和高強度計算的蒙特卡洛仿真，從而該方法不適用于使用高通過量對很多樣本的連續(xù)測量。任務(wù)和方案
因此本發(fā)明的任務(wù)是提供一種用于對大體積樣本進行無破壞的元素分析的方法，該方法更快速地執(zhí)行并且由此適用于使用高通過量的按照規(guī)程的連續(xù)測量。該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過根據(jù)獨立權(quán)利要求的方法和根據(jù)并列權(quán)利要求的設(shè)備解決。其它有利設(shè)計分別由引用所述權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求得出。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的范圍中開發(fā)了一種用于對大體積樣本進行無破壞的元素分析的方法。其中用快中子脈沖式地照射樣本，并且測量從樣本發(fā)射的伽馬射線。在從光峰面積中除去背景信號之后評估包含在樣本中的元素的數(shù)量，所述光峰由該元素在計數(shù)率-能量圖中引起。根據(jù)本發(fā)明，對從樣本的子區(qū)域一所述子區(qū)域的組成是已知的一中發(fā)射的伽馬射線進行評估以確定樣本位置處的中子流。作為這樣的子區(qū)域例如可以選擇樣本的金屬包封。恰好是化學(xué)和放射性廢料通常被封裝到標(biāo)準(zhǔn)化的鋼桶中，所述鋼桶優(yōu)選能被用于測量中子流。術(shù)語“中子流”既包括慢中子也包括快中子。本發(fā)明的方法和設(shè)備例如也適用于從回收利用工業(yè)領(lǐng)域?qū)颖净虿牧线M行元素分析和質(zhì)量控制。從而例如可以評估來自玻璃工業(yè)、塑料工業(yè)或金屬工業(yè)、電/電子廢料工業(yè)、替代燃料工業(yè)、建筑混合廢料產(chǎn)生、工藝工業(yè)、汽車工業(yè)、充填工業(yè)的廢料、具有金屬/金屬化合物和過渡金屬/過渡金屬化合物的廢料(例如銻、鈹、鈷、氟石、鎵、鍺、銦、鎂、鈮、鉬族金屬、鉭、鎢)、工業(yè)礦物廢料或還有包含稀土金屬的廢料。在從光峰面積中除去背景信號之后評估包含在樣本中的元素的數(shù)量，所述光峰由該元素在計數(shù)率-能量圖中引起。以伽馬能量Ey為中心的峰值的凈光峰面積P(Ey)通過下式給出
權(quán)利要求
1.一種用于對大體積樣本進行無破壞的元素分析的方法，其中 用快中子脈沖式地照射樣本， 測量從樣本發(fā)射的伽馬射線，以及 在從光峰面積中除去背景信號之后對包含在樣本中的元素的數(shù)量進行評估，所述光峰由該元素在計數(shù)率-能量圖中引起， 其特征在于， 對從樣本的子區(qū)域中發(fā)射的伽馬射線進行評估以確定樣本位置處的中子流，所述子區(qū)域的組成是已知的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，作為子區(qū)域選擇樣本的金屬包封。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2之一的方法，其特征在于，將樣本圍繞一個軸旋轉(zhuǎn)，并且依據(jù)旋轉(zhuǎn)角度來測量伽馬射線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，從伽馬射線對旋轉(zhuǎn)角度的依賴性中評估出樣本中兀素相對于旋轉(zhuǎn)軸的徑向分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，為了確定元素的光峰效率將樣本近似為由該元素組成的、被屏蔽的點源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的方法，其特征在于，樣本中元素相對于旋轉(zhuǎn)軸的事先確定的徑向分布被用于對樣本進行近似。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，通過假定在樣本中包含伽馬屏蔽結(jié)構(gòu)來計算光峰面積，并且該面積與從測量結(jié)果中獲得的面積的比較被評估為對該假定有效性的度量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，通過在計算的光峰面積與從測量結(jié)果中獲得的光峰面積之間的偏差的Chi平方測試來評估所述假定的有效性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的方法，其特征在于，基于針對在樣本中包含的伽馬屏蔽結(jié)構(gòu)的作用的參數(shù)化定律來計算光峰面積，并且通過改變參數(shù)將該面積與從測量結(jié)果中獲得的面積的偏差最小化，尤其是根據(jù)Chi平方方法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于，對來自樣本的事先執(zhí)行的量化元素分析的認(rèn)識被用于限制或者設(shè)定伽馬屏蔽結(jié)構(gòu)的參數(shù)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求7至10之一的方法，其特征在于，由樣本中查找的元素的不同伽馬線產(chǎn)生的光峰面積的預(yù)期比例被考慮在所述假定或參數(shù)化定律中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的方法，其特征在于，樣本被旋轉(zhuǎn)，以及由樣本發(fā)射的伽馬射線對旋轉(zhuǎn)角度的依賴性將基于在樣本中局部集中的元素的位置的假定而計算得出，并且該角度依賴性與從測量結(jié)果中獲得的角度依賴性的比較被評估為該假定有效性的度量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其特征在于，所述假定的有效性通過所計算的角度依賴性與從測量結(jié)果中獲得的角度依賴性之間的偏差的Chi平方測試來評估。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13之一的方法，其特征在于，由樣本發(fā)射的伽馬射線對旋轉(zhuǎn)角度的依賴性基于針對樣本中局部集中的元素的位置的參數(shù)化定律來計算，并且與從測量結(jié)果中獲得的角度依賴性的偏差通過改變參數(shù)來最小化，尤其是根據(jù)Chi平方方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14之一的方法,其特征在于， 計算由元素構(gòu)成的球的直徑，如果該球被設(shè)置在樣本中元素的局部集中的位置處，則發(fā)射的伽馬射線對旋轉(zhuǎn)角度的所測量的依賴性就表現(xiàn)出該球，以及 根據(jù)該直徑與由所述元素構(gòu)成的參考球的直徑的比較來評估在樣本中局部集中的元素的總質(zhì)量m,該參考球的質(zhì)量已知。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，作為參考球選擇這樣的球，如果該球被設(shè)置在樣本中元素的局部集中的位置處，則該球與同樣位于那里的、由所述元素構(gòu)成的具有預(yù)定幾何形狀的圓柱體展示出相同的所測量的伽馬射線對旋轉(zhuǎn)角度的依賴性。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16之一的方法，其特征在于，在中子脈沖之后的時間間隔中測量伽馬射線，在該時間間隔中該脈沖的中子的至少50%被減弱到IOOeV與IKeV之間的能量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17之一的方法，其特征在于，在中子脈沖之后的時間間隔中測量伽馬射線，在該時間間隔中該脈沖的中子的至少50%被減弱到低于IeV的能量。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18之一的方法，其特征在于，用具有高于IOMeV的能量的中子照射樣本。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19之一的方法，其特征在于，至少一部分穿透樣本的中子被反射回樣本中。
21.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至20之一的方法的設(shè)備，該設(shè)備包括用于容納待檢查樣本的樣本空間、用于照射樣本的脈沖式中子源以及用于從樣本發(fā)射的伽馬射線的檢測器， 其特征在于， 樣本空間被反射中子的材料包圍，該材料能夠?qū)⑽幢粯颖疚盏闹凶臃瓷浠貥颖究臻g中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的設(shè)備，其特征在于，中子是反射性材料石墨。
23.根據(jù)權(quán)利要求21至22之一的設(shè)備，其特征在于，檢測器相對于樣本空間設(shè)置為，使得從檢測器來看樣本最多填充最高0. 6球面度的空間角度。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23之一的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括用于樣本的旋轉(zhuǎn)盤。
25.根據(jù)權(quán)利要求21至24之一的設(shè)備，其特征在于，檢測器包括用于從樣本發(fā)射的伽馬射線的初級檢測器、至少部分地包圍初級檢測器的次級檢測器以及用于初級檢測器和次 級檢測器的反符合電路的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求21至25之一的設(shè)備，其特征在于，檢測器具有由6Li構(gòu)成的中子屏蔽。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對大體積樣本進行無破壞的元素分析的方法以及執(zhí)行該方法的設(shè)備。在該方法中，用快中子脈沖式地照射樣本并且測量從樣本發(fā)射的伽馬射線。在從光峰面積中除去背景信號之后對包含在樣本中的元素的數(shù)量評估，所述光峰由該元素在計數(shù)率-能量圖中引起。根據(jù)本發(fā)明，對從樣本的子區(qū)域中發(fā)射的伽馬射線進行評估以確定樣本位置處的中子流，所述子區(qū)域的組成是已知的。作為這樣的子區(qū)域例如可以選擇樣本的金屬包封，例如標(biāo)準(zhǔn)化的廢料桶?；诙鄥?shù)分析的新型評估方法由此可以比現(xiàn)有技術(shù)更快和更精確地量化各個參數(shù)的存在性。該設(shè)備的特征在于被反射中子的材料、尤其是石墨包圍的樣本空間。
文檔編號G01N23/222GK103069268SQ201180035866
公開日2013年4月24日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者E.毛厄霍費爾, J.克特勒 申請人:于利奇研究中心有限公司