DD252441A1

DD252441A1 - Anordnung zur dicken- und eisengehaltskompensierten aschegehaltsbestimmung an kohle

Info

Publication number: DD252441A1
Application number: DD29387986A
Authority: DD
Inventors: Hans-Wolf Thuemmel
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1986-08-27
Filing date: 1986-08-27
Publication date: 1987-12-16

Abstract

Das Ziel der Erfindung ist es, die Anordnung unter Nutzung der Zweienergie-Transmission und der elastischen Vorwaertsstreuung von Quantenstrahlung so aufzubauen, dass in beiden Messstrecken weitgehend identische Messguteigenschaften sowohl bei bewegten als auch an ruhenden Messproben gewaehrleistet sind. Das wird erreicht, indem in einem Messkopf zwei Strahlungsdetektoren und Absorber so angeordnet sind, dass ein Detektor nur fuer die transmittierte Strahlung der geringeren Energie, der andere Detektor dagegen sowohl fuer die vorwaertsgestreute Strahlung der geringeren Energie als auch die transmittierte Strahlung der hoeheren Energie erreichbar ist. Das bedeutet, dass beide Messstrecken koaxial zueinander angeordnet sind.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Bestimmung des Aschegehaltes von Kohle mit schwankender Zusammensetzung des Mineralstoffgehaltes beim Transport auf Transportbändern unter Anwendung der Schwächung und Streuung von Quantenstrahlung. Sie ist darüber hinaus allgemein zur Bestimmung des Gehaltes von Zweistoffkomponenten in einem Dreistoffsystem mit schwankender Schichtdicke einsetzbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Radiometrische Aschegehaltsbestimmungen an Kohle auf Transportbändern, bei denen gleichzeitig die störenden Einflüsse von Schwankungen sowohl der Schichtdicke als auch der Aschezusammensetzung (insbesondere die durch Schwankungen des Eisengehaltes bedingten) eliminierten werden, erfordern drei voneinander unabhängige simultane Informationen über das gleiche Volumen des Meßgutes. Bei einigen Verfahren wird dazu die in Transmission oder Rückstreuung gemessene Strahlenschwächung bei drei unterschiedlichen Quantenstrahlungsenergien ausgenutzt. In einem ersten Energiebereich (40-50 keV) wird ein erster Massenschwächungskoeffizient μι des Meßgutes, in einem zweiten Energiebereich (60-100keV) ein zweiter Massenschwächungskoeffizient μ₂ des Meßgutes und in einem dritten Energiebereich, für den der Massenschwächungskoeffizient als konstant angesehen werden kann, die Flächenmasse oder Schichtdicke bzw. Dichte des Meßgutes bestimmt. Das Dilemma dieser Verfahren besteht darin, daß zur Erzielung einer befriedigenden Kompensation der Wirkung der Eisengehaltsschwankungen ein großer Unterschied zwischen zwei Energiebereichen zur Bestimmung von μ_Ί und μ₂ realisiert werden muß. Dabei ist zu beachten, daß für den zweiten Energiebereich die obere Grenze bei etwa 100 keV liegt, weil der Photoeffekt mit weiter steigender Energie gegenüber der Compton-Streuurtg stark zurücktritt, so daß der Massenschwächungskoeffizient μ₂ schließlich unabhängig von der Stoffzusammensetzung wird. Andererseits darf der erste Energiebereich niht unter 50 keV gesenkt werden, weil die Strahlung ja das Transportband und die Meßgutschicht (bei Kohle bis ca. 400mm) durchdringen muß.

So benutzen Fockesund Mitarbeiter (Nuclear Techniques and Mineral Resources, IAEA Wien 1977) ein 3-Energie-Transmissionsverfahren, bei dem eine simultane Messung der durch das Meßgut transmittierten Gammastrahlung der Energien 32keV, 80 keV und 365 keV erfolgt. Die Verknüpfung der Zählraten führt auf eine für dieses sogenannte 2/i-Verfahren mit Dickenkompensation typische Auswerteformel für den dicken- und eisenkompensierten Aschegehalt.

c_A = a + bQi + cQ₂ mit Qi = μ·ι/μ₃ und Q₂ = μ₂Ιμζ-

Weiterhin sind Verfahren mit einer einzigen Gammastrahlungsenergie bekannt, bei denen das Rückstreuspektrum in drei verschiedenen Energiebereichen, die unterschiedliche Informationen über die Eigenschaften des Meßgutes liefern, ausgewertet wird. P. Starcik u. a. (Ugol' 1981, Nr. 5, S. 58) benutzen eine Primärenergie von 660 keV und werten das Rückstreuspektrum in den Energiebereichen 30-40keV und 60-80 keV hinsichtlich der Kohlezusammensetzung und im Energiebereich 120-300keV hinsichtlich der Dichte des Meßgutesaus. Dabei muß die Schichtdicke des Meßgutes mindestens 30cm betragen.

Ähnlich arbeiten Watt und Gravitis (AU 3079-80; DE-OS 3114668), die mindestens zwei Gammaenergien einsetzen. Die Auswertung des Rückstreuspektrums erfolgt bei zwei Energien, die so gewählt werden, daß ein erheblicher Unterschied in der Absorption der Strahlung durch die Kohle bzw. das mineralische Material mit und ohne Eisen besteht. Das Verfahren entspricht also dem 2μ-νβΓΓ3ΐπβη. Die Autoren empfehlen Gd-153, das Gammastrahlung bei 97 und 103keV und die Röntgen-K-Strahlung des Europiums (41-47 keV) emittiert. Die Auswertung des Rückstreuspektrums erfolgt in den Energiebereichen 81-107keV und 27-44keV. Zur Eliminierung des Dickeneinflusses muß ein weiteres unabhängiges Verfahren herangezogen werden. Die oben genannten Verfahren sind wegen der erforderlichen niedrigen Energie im 3. Meßkanal sämtlich nicht für Messungen an Kohlehauptbändem bis 40cm Beladehöhe einsetzbar. Die genannte Schwierigkeit kann überwunden werden, indem neben einer flächenmassekompensierten Zwei-Energie-Transmission (bei 60keVundz. B. 660keV) die dritte Information aus dem Meßgut nicht aus einem Meßeffekt gewonnen wird, der auf der Schwächung von Quantenstrahlung beruht. Geeignet ist z. B. die Ausnutzung der elastischen Streuung von 60keV-Quantenstrahlung, die wegen der starken Kernladungszahlabhängigkeit des Streuquerschnittes trotz Anwendung der gleichen Primärenergie (60keV) eine andersartige Inform ation über das Meßgut liefert als die 60keV-Transmission.

Durch simultane Messung und Auswertung der Signale einer flächenmassekompensierten Zweienergie-Transmission und einer flächenmassekompensierten Vorwärtsstreuung, in der überwiegend elastisch gestreute Quanten registriert werden, kann ein flächenmasse- und eisengehaltkompensiertes Aschemeßsignal trotz schwankender Schütthöhe und Mineralstoffzusammensetzung der Kohle auf dem Transportband gewonnen werden (DD WP G 01 N/287230.2). Die Realisierung dieses Verfahrens bringt Schwierigkeiten bei der Justierung, insbespndere bei der Kalibrierung mit sich. Die Kalibrierung muß unter dynamischen Bedingungen erfolgen, weil im Stand des Transportbandes unterschiedliche Meßguteigenschaften (Dicke, Dichte, Zusammensetzung) in den beiden Meßstrecken zur Wirkung kommen können.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, die Kalibrierung eimer Meßanordnung zur flächenmassen- und eisengehaltkompensierten Aschegehaltsbestimmung unter Nutzung der Zweienergie-Transmission und der elastischen Vorwärtsstreuung von Quantenstrahlung am stehenden Transportband bzw. an ruhenden Meßproben durchführen zu können.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für die genannte Aschegehaltsbestimmung zu schaffen, bei der in beiden Meßstrecken weitgehend identische Meßguteigenschaften, unabhängig davon, ob das Transportband in Bewegung ist oder nicht, gegeben sind.

Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus Quantenstrahlungsquelle, Strahlungsdetektoren, Meßwerterfassung und Meßwertverarbeitung und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Strahlungsquelle verwendet wird, die beide erforderlichen Quantenenergien emittiert oder eine Kombination zweier Quellen mit den erforderlichen Einzelquellen darstellt, und die Strahlungsdetektoren in einem Meßkopf vereinigt sind, wobei entsprechend angeordnete Absorber dafür sorgen, daß ein Detektor nur für die transmittierte Strahlung der geringen Energie, der andere Detektor dagegen sowohl für die vorwärtsgestreute Strahlung der geringeren Energie als auch die transmittierte Strahlung der höheren Energie erreichbar ist. Damit sind die beiden Meßstrecken koaxial zueinander angeordnet, so daß ein weitgehend identisches Probevolumen durchstrahlt wird.

Als Strahlungsquelle kann z.B. eine Kombination der beiden Radionuklide Am-241 mit E = 60keVund Cs-137 mit E = 661 keV, die gemeinsam in einer Abschirmung untergebracht sind, zum Einsatz kommen. Im Meßkopf sind die beiden Detektoren hintereinander angeordnet. An der Vorderfront des Meßkopfes befindet sich ein Absorber, der verhindert, daß die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie (60keV) den zweiten Detektor erreicht, dagegen für die transmittierte Strahlung der höheren Energie (661 keV) durchlässig ist. Der Durchmesser des Absorbers ist so gewählt, daß die vorwärtsgestreute Strahlung mit der geringeren Energie an ihm vorbei in den zweiten Detektor gelangen kann. Der erste Detektor, hinter dem Adsorber angeordnet, ist so bemessen, daß er ebenfalls für die transmittierte Strahlung mit der höheren Energie durchlässig ist. Eine (zentrale) Bohrung im Absorber ermöglicht es, daß die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie vom ersten Detektor erfaßt wird.

Dieser Aufbau des Meßkopfes führt dazu, daß vom ersten Detektor nur die transmittierte Strahlung mit der geringeren Energie (mit einem kleinen Anteil der transmittierten Strahlung mit der höheren Energie), vom zweiten Detektor dagegen die vorwärtsgestreute Strahlung mit der geringeren Energie und die transmittierte Strahlung mit der höheren Energie erfaßt wird. Die Trennung der beiden letzteren Komponenten kann durch elektronische Hilfsmittel (z.B. gemäß DD-WP 212108) erfolgen.

Ausführungsbeispiel

Die Figur zeigt das Schema einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Die Anordnung besteht aus einem Strahlkopf 1, einem Meßkopf 4 sowie der erforderlichen Meßwerterfassung 9,10 und 11 und Meßwertverarbeitung 12 und 13. Beim Strahlkopf 1 handelt es sich um eine Bleiabschirmung 2 mit Kollimator, in der sich als Strahlungsquelle 3 eine Kombination mit den Radionukliden Am-241 (E = 60keV) undCs-137(E = 661 keV) befindet. Im Meßkopf 4 sind ein Szintillationszähler 5 mit NaJ-Kristall (Durchmesser 45mm. Höhe 45mm) und ein Halbleiterdetektor 6 aus HgJ₂ (Durchmesser 5 mm, Dicke 3 mm) installiert. An der Frontseite des Meßkopfes 4 sitzt eine Blende 7 aus Blei (Dicke 2 mm), die eine zentrale Bohrung von 3 mm Durchmesser besitzt. Zwischen dem Halbleiterdetektor 6 und dem Szintillationszähler 5 ist ein Absorber 8 aus Blei (Durchmesser 5mm, Dicke 1 mm) vorgesehen. Der Halbleiterdetektor 6 ist mit einem Verstärker 9, einem Einkanalanalysator 10 und einem Zähler 11, der Szintillationszähler 5 mit zwei Verstärkern 9' und 9", zwei Einkanalanalysatoren 10'und 10" und zwei Zählern 11'und 11" verbunden. An die Zähler 11,11'und 11" schließt sich ein Mikrorechner 12 und eine Ausgabeeinheit 13 an.

Der Strahlkopf 1 wird unterhalb des Transportbandes 14 und der Meßkopf 4 ca. 1 m oberhalb der Kohleschicht 15 eingebaut. Der Abstand des Strahlkopfes 1 und des Meßkopfes 4 zum Transport (bzw. der Kohleschicht) sowie der Öffnungswinkel des Primärstrahlenbündels der 60keV-Strahlung werden so abgeglichen, daß die Vorwärtsstreuung möglichst große Einzelstreubeiträge im Streuspektrum liefert.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

Der Halbleiterdetektor 6 mißt die 60keV-Transmissionsstrahlung; seine Impulse werden vom Verstärker 9 verstärkt, im Einkanalanalysator 10 vom Untergrund und 661 keV-Strahlungsanteilen bereinigt und im Zähler 11 registriert. Der

661 keV-Strahlung und die überwiegend elastisch gestreute 60keV-Strahlung, so daß am Ausgang ein Überlagerungsspektrum vorliegt. Mit den beiden Verstärkern 9' und 9" und den beiden Einkanalanalysatoren 10' und 10" werden die beiden Signale getrennt und je einem Zähler 11' bzw. 11" zugeführt. Aus den Zählerergebnissen berechnet der Mikrorechner 12 nach einer vorgegebenen Funktion den Aschegehalt der Kohle, der unabhängig von Schwankungen der Schichtdicke und des Eisengehaltes ist. Dieser Wert wird durch die Ausgabeeinheit 13 angezeigt. Die in den Mikrorechner eingegebene Funktion stellt die Kalibrierungsfunktion dar, die mittels der Analysenwerte eines repräsentativen Probensatzes (Standardproben) gewonnen wird.

Claims

1. Anordnung zur dicken- und eisengehaltskompensierten Aschegehaltsbestimmung von Kohle unter Nutzung der Zweienergie-Transmission und Vorwärtsstreuung von Quantenstrahlung, bestehend aus Quantenstrahlungsquelle, Strahlungsdetektoren, Meßwerterfassung und Meßwertverarbeitung, dadurch gekennzeichnet, daß

— eine Strahlenquelle verwendet wird, die beide Quantenenergien emittiert oder eine Kombination zweier Quellen mit den erforderlichen Einzelenergien darstellt, und

— die Strahlungsdetektoren in einem Meßkopf hintereinander angeordnet sind, wobei Absorber garantieren, daß der eine Detektor nurfür die transmittierte Strahlung der geringen Energie, der andere Detektor sowohl für die vorwärtsgestreute Strahlung der geringeren Energie als auch für die transmittierte Strahlung der höheren Energie erreichbar ist

2. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle eine Kombination mit den Radionukliden Am-241 und Cs-137 in einer Abschirmung mit Kollimator verwendet wird.

3. Anordnung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Meßkopf ein Szintillationszähler und ein Halbleiterdetektor aus HgJ₂ oder CdTe befinden, wobei der Halbleiterdetektor zwischen dem Szintillationszähler und einem an der Vorderseite des Meßkopfes angeordneten Absorber mit einer zentralen Bohrung montiert ist.

4. Anordnung nach Punkt 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich hinter dem Halbleiterdetektor ein weiterer Absorber befindet, der für die Strahlung mit der geringeren Energie undurchlässig, für die Strahlung der höheren Energie durchlässig ist.