[发明专利]瞬发伽马中子活化物质分析仪

说明书

背景技术

本说明书涉及物质分析仪，并且更具体地涉及可以使用一个或多个中子源和一个或多个辐射检测器来确定块状材料的组成元素的块状物质分析仪单元。

当原子吸收中子时，其原子量增大，但在此时，原子的化学性质并未改变，从而形成了同一元素的新同位素。当中子被吸收时，吸收原子就发射出一条或多条伽马射线，所述伽马射线的数量和能量对所述元素而言是唯一的。新同位素可能不稳定并且可以通过在某个时间段内发射一种或多种形式的辐射来寻求稳定，这也可能导致原子变成不同的元素。每个放射性同位素都由其衰变至稳定状态而具有特有的半衰期。已经吸收了中子的元素可以或者通过其发射的吸收伽马射线或者通过其发射的衰变辐射来标识。后者通常被称为中子活化分析，并且前者经常被称作瞬发伽马中子活化分析(PGNAA)。

在20世纪70年代和20世纪80年代期间引入了商用PGNAA分析仪。因为中子穿透物质到达很大的深度并且所产生的瞬发伽马射线的能量高到足以允许它们逃离材料内的实质深度，所以PGNAA可以测量相对大体积的材料的材料成分。当使用中子辐射轰击块状材料时，从块状材料中的不同元素中产生不同的特有伽马射线能量谱。通过处理检测到的指示伽马射线能量的信号，可以进行关于块状材料的元素含量的测量。将PGNAA分析仪用于工业材料流可以允许对整个流进行分析，并且在不对材料进行特殊处理的情况下，可以迅速提供对块状材料的成分的准确评估。关于PGNAA分析仪的进一步细节，见美国专利号7,152,002和7,778,783，所述美国专利使用用于标识物质特性的瞬发伽马中子活化分析来描述了对物质分析仪的改进；这些专利通过引用以其全部内容结合在此。

发明内容

本说明书描述了与物质分析仪相关，并且更具体地与块状物质分析仪单元相关的技术，所述块状物质分析仪单元可以使用一个或多个中子源和一个或多个辐射检测器来确定块状材料的组成元素。

可以在物质分析仪单元中将本说明书中所描述的主题的一个或多个方面具体化，所述物质分析仪单元包括中子源；开口，所述开口相对于所述中子源被安排成用于接纳物质；以及检测器外壳，所述检测器外壳具有(i)检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过物质吸收中子而生成的伽马射线以及(2)电子装置，所述电子装置与所述检测器外壳内的所述检测器耦合，其中，所述电子装置被配置成用于接收并处理来自所述检测器的模拟信号并输出数字检测信号。也可以在系统中将本说明书中所描述的主题的一个或多个方面具体化，所述系统包括主流浆料管，所述主流浆料管在浆料中携带物质；以及物质分析仪单元，所述物质分析仪单元缠绕所述主流浆料管并且对所述主流浆料管在浆料中携带的所述物质进行分析，其中，所述物质分析仪单元包括中子源以及检测器，所述检测器被配置且被安排成用于接收通过所述物质吸收中子而生成的伽马射线。

这些和其他实施例可以可选地包括以下特征中的一个或多个特征。所述主流浆料管可以包括具有低中子吸收横截面的管段，并且所述物质分析仪单元可以包括蛤壳结构。此外，所述检测器可以是集成检测器，其中，用于所述检测器的所述电子装置被整合到所述检测器外壳中。

所述物质分析仪单元可以是块状物质分析仪，所述中子源可以是同位素放射源，所述同位素放射源具有相对于所述放射源被配置且被安排成用于对所发射的中子进行调节的相关联材料，并且所述开口包括被安排成用于由所述同位素放射源携带物质的通道。所述检测器外壳可以主要由碳、氢和氧元素制成，当被中子撞击时，所述碳、氢和氧元素向背景光谱贡献比其他元素更低的信号。例如，所述检测器外壳可以包括波纹塑料，所述波纹塑料被配置且被安排成用于为所述检测器提供热绝缘和机械支撑。此外，所述波纹塑料可以包括波纹塑料片，所述波纹塑料片包括聚丙烯、聚碳酸酯、或类似塑料。

可以将所述物质分析仪单元构造成使得只有电力信号、温度控制信号、以及数字通信信号穿过所述检测器外壳。所述物质分析仪单元可以包括检测器组件，所述检测器组件包括具有整合到所述检测器外壳中的电子装置的两个或更多个检测器。所述检测器组件还可以包括检测器接口通信模块，所述检测器接口通信模块与所述两个或更多个集成检测器的所述电子装置耦合。此外，所述检测器组件还可以包括温度控制模块，所述温度控制模块与所述两个或更多个集成检测器耦合，并且所述温度控制模块还可以是电源模块，所述电源模块包括AC(交流)电力输入接口并且向所述检测器接口通信模块提供电力。