NIPGA方法檢測水泥生料的研究——用D-D中子管作中子源.pdf

1、水泥是國民經(jīng)濟的基礎原材料,水泥工業(yè)與經(jīng)濟建設密切相關。但水泥工業(yè)是高消耗、高污染工業(yè)。目前我國每年因水泥生產(chǎn)向大氣排放的粉塵約1300萬噸,粉塵使土壤孔隙度減少,出現(xiàn)碳酸鈣結(jié)核和板結(jié)現(xiàn)象；每年向大氣排放的CO2約12億噸,同時排放大量的SO2、NOx等有害氣體,廢氣增強了溫室效應,增加了酸雨量,擴大了酸雨范圍,對環(huán)境帶來很大的影響。
　　 在水泥生產(chǎn)過程中要求快速計算出石灰飽和系數(shù)(KH)、硅酸率(n)和鋁氧率(p),并把計算

2、結(jié)果及時反饋給控制投料的計算機,重新指導配料,以保持水泥生料配制的合理與穩(wěn)定。這是生產(chǎn)高質(zhì)量水泥的基礎,也是節(jié)能減排的重要手段。
　　 我國的許多水泥生產(chǎn)企業(yè)多采用化學抽樣分析方法來獲得這些參數(shù)?；瘜W分析方法檢測速度慢,不能及時指導生產(chǎn)。而使用NIPGA方法進行水泥生料分析是近年來核探測與分析領域內(nèi)的一個熱點。該方法具有分析快速、準確等優(yōu)點。
　　 目前,應用NIPGA方法進行物質(zhì)元素分析的儀器多采用放射性同位素中子源,

3、其發(fā)射的中子不可關斷,這給維護和檢修等工作帶來很大困難,限制了它的工業(yè)應用。近幾年還出現(xiàn)了用D-T中子發(fā)生器作中子源的分析儀,該種中子源具有中子產(chǎn)額較高、發(fā)射的中子可關斷等優(yōu)點,但其產(chǎn)生的中子能量高(14 MeV),不利于中子的防護。
　　 本論文應用D-D中子發(fā)生器作中子源,基于NIPGA方法進行了水泥生料檢測的研究,具體研究內(nèi)容如下:
　　 (1)利用MCNP程序模擬出聚乙烯和水防護中子的效果,并對模擬結(jié)果進行了驗證

4、。厚度為24 cm的水和厚度為19 cm的聚乙烯都能使防護體周圍的輻射劑量小于職業(yè)放射性工作人員每年允許輻照的最大劑量。
　　 (2)利用MCNP程序模擬出水泥生料樣品的厚度對特征伽馬計數(shù)測量結(jié)果的影響,根據(jù)實驗情況,設計出厚度為18 cm的聚乙烯材質(zhì)的水泥生料樣品箱。
　　 (3)研究了伽馬射線能譜的峰位與光電倍增管高壓和主放大器放大倍數(shù)的關系。為了減小或消除人為誤差,設計出BGO探測器的恒溫控制系統(tǒng),有效地抑制了由于

5、BGO探測器的工作環(huán)境溫度變化引起峰位的漂移,提高了儀器運行的穩(wěn)定性和測量精度。
　　 (4)通過MCNP程序模擬的結(jié)果與實驗測量的結(jié)果對比分析,確定出Al、Si、Ca和Fe元素的特征伽馬射線能量分別為1.01 MeV、4.93 MeV、6.42 MeV和7.64MeV。
　　 (5)建立了一套適合水泥生料檢測的數(shù)據(jù)處理方法,用11道平滑公式平滑原始數(shù)據(jù)和11道計數(shù)和的最大值尋找特征峰位,用線性回歸方法找出了元素含量和峰

6、面積之間的關系。
　　 (6)基于以上的研究工作制作出中子水泥生料多元素分析儀,并確定了使用條件。該儀器主要由D-D中子發(fā)生器、BGO探測器、探測器的溫度控制器、2048道能譜分析器、水泥生料樣品箱和中子防護主體(水箱)等組成。
　　 該儀器已進行了現(xiàn)場測試,測試結(jié)果表明該儀器的各系統(tǒng)工作穩(wěn)定,所測數(shù)據(jù)重復性和再現(xiàn)性好。應用該分析儀的測量結(jié)果和化學化驗方法比較,樣品中所測氧化物Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3質(zhì)量