Диссертация (1143140), страница 41
Текст из файла (страница 41)
6-6. Аппроксимации энергетической зависимости массового коэффициентаослабления углерода: ‒‒‒ экспериментальные значения [112], ‒‒‒ расчет [114], ‒‒‒предложенная автором аппроксимация.На рис. 6-7 показана рассчитанная в блоке УРОИ на основе предложенной в диссертациимодели зависимость массового коэффициента ослабления электромагнитной волны отэнергии рентгеновского фотона для элементов: углеродмедь29 Cu,6С, алюминий13Al, кальций20Ca,барий 56 Ba, вольфрам 74 W, свинец 82 Pb.Рис.
6-7. Аппроксимации массового коэффициента ослабления углерода, алюминия, кальция,меди, бария, вольфрама, свинцаМассовый коэффициент поглощения сложной молекулы определяется выражением:( m ) мол Ci mi , где Ci – весовое содержание элемента i в молекуле, μmi – массовыйiкоэффициент поглощения i – того элемента в молекуле. Суммирование идет по всемэлементам в молекуле.
Для любых однородных смесей, сплавов, твердых и жидких растворов206определяется по тому же выражению m Ci mi , где Ci – весовое содержание i – тогоiвещества в такой среде, μmi – массовый коэффициент поглощения i –того вещества в среде[113]. Рассчитанная в УРОИ таким способом зависимость массового коэффициентаослабления рентгеновского излучения от энергии фотонов на основе предложенных вдиссертации аппроксимаций для сцинтилляторов ZnS, CsI, Gd2O2S, LuAlO3 представлена нарис.
6-8. В блоке УРОИ рассчитываются также коэффициенты ослабления сцинтилляторовZnSe, Y2O2S, CdWO4, CdS, NaI, Bi4Ge3O12, BaF2, CaF2, Y3Al5O12, YAlO3, PbWO4, Gd2SiO5, LuPO4,Lu3Al5O12.Рис. 6-8. Аппроксимации массового коэффициента ослабления сцинтилляторов ZnS, CsI,Gd2O2S, LuAlO3Прохождение рентгеновского излучения через руду характеризуется слоем половинногопоглощения, определяемого как толщина слоя вещества, в котором происходит ослаблениеинтенсивности излучения в 2 раза.
Значение слоя половинного поглощения определяетсявыражением d ln 2, где ρ – плотность вещества [113]. В блоке УРОИ на основеm предложенных в диссертации аппроксимаций рассчитываются слои половинного поглощенияминералов руды и алмаза, приведённых в Таблице 6-4.Таблица 6-4. Химический состав основных минералов геологических руд.НазваниеминералаСерпентинКварцАЛМАЗКальцитПиропДистенДиопсидБиотитХимическийсоставMg6Si4O18H8SiO2СCaCO3Mg3Al2Si3O12Al2O8SiCaMgSiO2KMg3Fe3AlO12H2F2Плотность,кг/м32.52.53.5112.63.513.563.273.02207ИльменитПиритМагнетитЦирконШеелитFeTiO3FeS2Fe3O4SrSiO4CaWO44.724.94.94.685.8Для перечисленных в Таблице 6-4 компонентов руды значения слоев половинногопоглощения от энергии рассчитаны в блоке УРОИ на основе предложенных в диссертацииаппроксимаций и представлены на рис.
6-9.Рис. 6-9. Зависимости слоев половинного поглощения компонентов руды от энергиирентгеновских фотоновКак видно из графиков, в диапазоне энергий 30 ÷ 35 кВ наблюдается максимальнаяразница между толщинами слоев половинного поглощения алмаза и ближайшего изкомпонентов руды (серпентина Mg6Si4O18H8). С увеличением энергии рентгеновского фотонапрозрачность алмаза для электромагнитного излучения рентгеновского диапазона становитсяменьше по сравнению с минералами руды.
Существенное превышение толщины слояполовинного поглощения алмаза над всеми компонентами руды в диапазоне 30 ÷ 35 кВявляется физической основой рентгено-абсорбционной технологии. Иммерсионная среда,имеющая линейный коэффициент ослабления рентгеновского излучения, равный среднемузначению по всем компонентам руды с учетом их весового содержания, применяется длязаполнения пустот между кусками. Если пустоты оставить незаполненными, интенсивностьпрошедшего рентгеновского излучения в сечениях пустот резко возрастает вплоть донасыщения рентгеновского детектора и обнаружение алмаза становится невозможным.Кусковая руда в иммерсионной среде с точки зрения прохождения электромагнитных волнрентгеновского диапазона эквивалентна бруску (параллелепипеду) кимберлита с включениемвнутри алмаза.
В сечении алмаза ППУ сепаратора регистрирует увеличение интенсивностипрошедшего рентгеновского излучения, преобразует его в фототок и обрабатывает в блоке208УРОИ. Разделительным признаком алмаза и пустой породы является превышение уровнярентгеновского излучения над пороговым уровнем, определяемым шумами фотоинтегратораППУ и флюктуациями рентгеновского фона, связанными с неоднородным составом руды.В качестве иммерсионной среды возможно использовать водные растворы солей, то естьжидкости.Авторомисследовалисьрастворы:натриявольфраматаNa2WO4∙2H2O,уксуснокислого свинца Pb(CH3COO)2∙3H2O, йодистого калия KI, а также суспензии сульфатабария BaSO4 и ферросилиция. Все растворы показали принципиальную возможностьиспользования их в качестве иммерсионной среды. Концентрацией водного раствора удаетсядостигнуть требуемого линейного коэффициента ослабления рентгеновского излучения.Однако существенным недостатком жидких иммерсионных сред является наличие пузырьковвоздуха в среде, которые детектируются в ППУ также, как и алмазы.
Избавиться от пузырьковвоздуха возможно применением вакуумных методов смешения руды с иммерсионной средой,однако такой способ существенно удорожает предлагаемую технологию и делает еепрактически непривлекательной.Лишена указанного недостатка иммерсионная среда в виде сыпучего материала свыравниванием толщины образованной смеси. Исследовались различные виды сыпучихматериалов - кварцевый песок, сульфат бария с разбавлением песком, ферросилиций(сверхмелкой фракции и металлургический), оксид железа, порошок железный, алюминиевыйпорошок, порошок сплава алюминия с цинком, порошок сплава алюминия с оловом и медью,порошок сплава алюминия с никелем, различные смеси перечисленных материалов.Наилучшие результаты убедительно показал порошок сплава алюминия с цинком(94%Al+6%Zn), фракцией -100+200мкм.
Порошок производится как материал дляпорошковой металлургии, обладает отличной сыпучестью, полностью безвреден и неопасен,безпылен, отлично отделяется от породы, просушивается и не комкуется. Может практическиполностью возвращаться в оборотный цикл, не изменяет плотность при надавливании. Вотличие от всех жидких суспензий и растворов, применение порошка впервые решилопроблему воздушных пузырей в зоне анализа.На рис. 6-10 приведены экспериментальные результаты регистрации алмазов в кускахкимберлита, помещенного в иммерсионную среду в виде порошка сплава алюминия с цинком(94%Al+6%Zn), фракцией -100+200мкм, насыпной плотностью 1,46 г/см3.209а) иммерсионная среда (без кимберлита иалмаза) Va=30кВ, Ia=5мА, Tint=8мс, h=26мм.б) иммерсионная среда с кусками кимберлитаVa=60кВ, Ia=5мА, Tint=32мс, h=26мм.в) иммерсионная среда с кимберлитом иалмазом 4 мм, Va=30кВ, Tint=8мс, h=26мм.г) иммерсионная среда с кимберлитом иуглем 6 мм,Va=60кВ, Tint=32мс, h=26мм.Рис.
6-10. Экспериментальные зависимости интенсивности прошедшего излучения откоординаты (номера фотодиода в линейке) при использовании иммерсионной среды в видепорошка сплава алюминия с цинком (94%Al+6%Zn), фракцией –100+200 мкм, насыпнойплотностью 1,46 г/см3.Сопоставлениеграфиковпоказывает,чтоотклоненияинтенсивностизарегистрированного сцинтилляционным детектором излучения после прохождения 1) черезпустую иммерсионную среду составляют 10 %, 2) через иммерсионную среду с кускамикимберлита – 15 %.
На фоне этих отклонений амплитуда отклика алмаза превышает среднийуровень в 2 раза и уровень флуктуаций регистрируемого излучения, связанный снеоднородностью кусков кимберлита, в 5 раз.На рис. 6-11 представлены зависимости отношения интегральных интенсивностей всечении алмаза 4 мм и в сечении пустой породы в иммерсионной среде I алм 4мм I породы оттолщины породы при различных анодных напряжениях рентгеновской трубки. Линейныйкоэффициент ослабления рентгеновского излучения соответствует минералу серпентин,который наиболее близок к линейному коэффициенту алмаза и является, вследствие этого,наихудшим случаем.
Расчеты проведены для рентгеновской трубки с массивным анодом извольфрама, сцинтиллятора оксисульфида гадолиния Gd2O2S(Tb), толщиной 300 мкм. На том210же рисунке приведены экспериментальны значения для анодного напряжения на трубке 30кВ.Экспериментальные данные отличаются от теоретических на 5 ÷ 7 %, что является достаточнохорошим совпадением.Рис. 6-11. Зависимости отношения интегральных интенсивностей поглощенного всцинтилляторе Gd2O2S(Tb) рентгеновского излучения в сечении алмаза 4мм и в сечениипустой породы от толщины породы при различных анодных напряжениях рентгеновскойтрубки.Относительная амплитуда отклика имеет наибольшие значения при анодныхнапряжениях порядка 20 кВ и уменьшается с ростом анодного напряжения.
Однако, как будетпоказано ниже, при столь низких зачениях анодного напряжения толщина породылимитируется абсолютным значением мощности прошедшего рентгеновского излучения исоставляет всего несколько долей миллиметра, что недостаточно для применения на практике.Для увеличения толщины руды приходится увеличивать напряжение рентгеновской трубки.На рис. 6-12 представлены зависимости отношения интегральных интенсивностей всечении алмаза и пузыря воздуха 4 мм к интегральной интенсивности в сечении пустойпороды в иммерсионной среде от толщины породы при различных анодных напряженияхрентгеновской трубки.211Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
