一种基于伽马射线的多道测钾仪制造技术

本发明专利技术涉及一种基于伽马射线的多道测钾仪，包括：闪烁探测器、信号分析系统和数据处理系统；所述闪烁探测器用于在线或即时取样探测40K衰变时放射的1.46MeVγ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分析，产生能谱信息；所述数据处理系统采集信号分析系统产生的能谱信息，绘制成能谱曲线并将其与系统内置的标准曲线进行对比，计算并显示钾含量数值；所述的标准曲线为多道测钾仪脉冲计数率与钾样品含量的关系曲线。本发明专利技术的多道测钾仪采用闪烁探测器及多道脉冲幅度分析器实现对钾的测量，具有很好的探测效率和测量精度，能够较好的去除环境本底，使得到的测量数据更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种基于伽马射线的多道测钾仪
本专利技术涉及钾元素测量
，尤其涉及一种基于伽马射线的多道测钾仪。
技术介绍
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，所需时间长，不能满足钾盐的加工生产。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，能够放射出具有连续光谱的、最大能量为1.33MeV的β射线，同时放射出能量为1.46MeV的γ射线。所以可以用测量40K放射出的β射线或者γ射线来测定待测样品中钾的含量。对于盐湖钾矿的实际情况，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1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。另外，β射线在水中的穿透能力只有几个毫米，所以上述测量方法只能适用于与探测器表面有良好接触，且含钾量均匀的样品。对于表面粗糙的或含钾量不均匀的固体样品或料浆，测量结果误差较大。而且在测量时，要保证探测器周围的样品厚度大于β射线的射程。40K放射的β射线能量虽高，但β射线的能量谱为连续谱，其低能部分的样品自吸收效应比较严重，对于钾含量较低的样品，如果加上仪器的探测效率又低，就难以得到准确的测量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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，本专利技术提供一种基于伽马射线的多道测钾仪，本专利技术的多道测钾仪采用40K所产生的1460keVγ射线来测定钾的含量，即用闪烁探测器来对γ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。由于单道脉冲分析器测定40K特征γ射线的方法受环境干扰影响较大，本底的扣除不易；故本专利技术的多道测钾仪的电路部分采用多道脉冲幅度分析器，可以根据测量到的能谱来扣除本底，这种扣除本底的方法受环境本底对感兴趣区(ROI)的影响小，因此不需要第二个γ探测器来探测本底，这样对探测器的技术工艺要求相对较低。40K1.46MeVγ射线的穿透能力很强，所以对于表面粗糙的或含钾量不均匀的固体样品或料浆引起的峰探测效率的改变不敏感，测量效果良好，现有的β测量方法是做不到的。本专利技术的一种基于伽马射线的多道测钾仪，与现有技术的G-M管探测器相比，本专利技术的探测下限更低，可以测定含钾量很低的样品(最小可测定重量百分比浓度为2%氯化钾的样品)。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于伽马射线的多道测钾仪，所述多道测钾仪包括：闪烁探测器、信号分析系统和数据处理系统；所述闪烁探测器用于在线或即时取样探测40K衰变时放射的1.46MeVγ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分析，产生能谱信息；所述数据处理系统采集信号分析系统产生的能谱信息，绘制成能谱曲线并将其与系统内置的标准曲线进行对比，计算并显示钾含量数值；所述的标准曲线为多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γ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，所述闪烁体为直径76mm、厚度50mm的NaI：TI晶体。作为上述技术方案的进一步改进，所述前置放大器采用一级C-R与电压跟随器。作为上述技术方案的进一步改进，所述信号分析系统包括线性放大器和多道脉冲幅度分析器；所述线性放大器用于将闪烁探测器探测生成的脉冲信号进行放大，所述多道脉冲幅度分析器用于对经线性放大器放大的信号进行甄别，产生1024道能谱信息。作为上述技术方案的进一步改进，所述多道脉冲幅度分析器通过RS-485接口与数据处理系统进行通讯。作为上述技术方案的进一步改进，所述数据处理系统包括数据采集模块、数据处理模块和数据显示模块；所述数据采集模块用于采集信号分析系统产生的1024道能谱信息，并将所采集到的能谱信息输送到数据处理模块；所述的数据处理模块将接收的能谱信息进行能谱曲线绘制，并将该能谱曲线与系统内置的标准曲线进行对比，计算求得钾含量数值；所述数据显示模块用于显示求得的钾含量数值。作为上述技术方案的进一步改进，所述标准曲线的斜率计算公式表示为：K=(NT-NB)/C其中，NT表示多道测钾仪中750道至860道之间的标准样品脉冲计数率，NB表示多道测钾仪中750道至860道之间的本底计数率，C表示标准样品钾离子含量；分别选定不同钾离子含量的钾离子化合物的标准样品，通过所述多道测钾仪测量得出与钾离子含量对应NT和NB，并代入上式计算得到斜率K，根据所述斜率K绘制成标准曲线。作为上述技术方案的进一步改进，所述钾含量数值的计算公式表示为：c=(Nt-Nb)/K其中，K表示标准曲线的斜率，c表示待测固体或液体的钾离子含量，Nt表示多道测钾仪中750道至860道之间的固体或液体脉冲计数率，Nb表示多道测钾仪中750道至860道之间的本底计数率。本专利技术的一种基于伽马射线的多道测钾仪优点在于：本专利技术的多道测钾仪采用闪烁探测器及多道脉冲幅度分析器实现对钾的测量，具有很好的探测效率和测量精度，能够较好的去除环境本底，使得到的测量数据更准确；仪器对工作环境要求更低，可以适用于固体样品的测量，也可以用于水溶液样品的测量；仪器功能设计合理，人机界面友好，操作简单，快速实时显示测量结果。附图说明图1为G-M管探测器的结构示意图。图2为本专利技术实施例中的一种基于伽马射线的多道测钾仪的结构示意图。图3为本专利技术实施例中的探测器的结构示意图。图4为本专利技术实施例中的软件操作流程图。图5本专利技术实施例中多道测钾仪的能谱图。图6本专利技术实施例中多道测钾仪脉冲计数率与钾样品含量的关系图。图7为本专利技术实施例中的一种基于伽马射线的多道测钾仪的通讯连接图。具体实施方式下面以附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。如图2所示，本专利技术的一种基于伽马射线的多道测钾仪，包括：闪烁探本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于伽马射线的多道测钾仪，其特征在于，所述多道测钾仪包括：闪烁探测器、信号分析系统和数据处理系统；所述闪烁探测器用于在线或即时取样探测40K衰变时放射的1.46MeVγ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分析，产生能谱信息；所述数据处理系统采集信号分析系统产生的能谱信息，绘制成能谱曲线并将其与系统内置的标准曲线进行对比，计算并显示钾含量数值；所述的标准曲线为多道测钾仪脉冲计数率与钾样品含量的关系曲线。

【技术特征摘要】
1.一种基于伽马射线的多道测钾仪，其特征在于，所述多道测钾仪包括：闪烁探测器、信号分析系统和数据处理系统；所述闪烁探测器用于在线或即时取样探测40K衰变时放射的1.46MeVγ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分析，产生能谱信息；所述数据处理系统采集信号分析系统产生的能谱信息，绘制成能谱曲线并将其与系统内置的标准曲线进行对比，计算并显示钾含量数值；所述的标准曲线为多道测钾仪脉冲计数率与钾样品含量的关系曲线；所述信号分析系统包括线性放大器和多道脉冲幅度分析器；所述线性放大器用于将闪烁探测器探测生成的脉冲信号进行放大，所述多道脉冲幅度分析器用于对经线性放大器放大的信号进行甄别，产生1024道能谱信息；所述标准曲线的斜率计算公式表示为：K＝(NT-NB)/C其中，NT表示多道测钾仪中750道至860道之间的标准样品脉冲计数率，NB表示多道测钾仪中750道至860道之间的本底计数率，C表示标准样品钾离子含量；分别选定不同钾离子含量的钾离子化合物的标准样品，通过所述多道测钾仪测量得出与钾离子含量对应NT和NB，并代入上式计算得到斜率K，根据所述斜率K绘制成标准曲线。2.根据权利要求1所述的基于伽马射线的多道测钾仪，其特征在于，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γ射线发生光电效...

【专利技术属性】
技术研发人员：王相明，曲广卫，马海洲，连琦，周园，李海民，徐建新，王永晏，张志宏，王树轩，陈育刚，徐黎明，李海军，冉广芬，王德荣，王波，王秀芳，韩积斌，李冠伟，戈桦，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，陕西卫峰核电子有限公司，
类型：发明
国别省市：青海;63