Диссертация (1143140), страница 43

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 43)

Как следует из Таблицы 6-6, минимальное анодноенапряжение, при котором выходное напряжение интегратора равно уровню десятикратногопревышенияпороговоготока,определяемогошумамиинтеграторапривремениинтегрирования 1 мс, составляет 62,9 кВ. В связи с этим, для проведения измерений времяинтегрирования было увеличено до 100 мс. Величина порогового шумового тока при времениинтегрирования 100 мс составляет 0,0085 пА. Выходное напряжение, соответствующееданному току, составляет U вых I 0  Tint 0,85 мВ. При десятикратном запасе пороговоеСИ217значение выходного напряжения составит 8,5 мВ.

Зависимости выходного напряженияинтегратора от анодного напряжения рентгеновской трубки с анодом из вольфрама привремени интегрирования 100 мс для пустой породы 20 мм (черная линия) и с включением впороду алмаза 4 мм (красная линия) и воздушного пузыря 4 мм (зеленая линия) представленана рис. 6-16.Рис.

6-16. Зависимости выходного напряжения интегратора от анодного напряжениярентгеновской трубки с анодом из вольфрама при времени интегрирования 100 мс.На том же графике также отмечен уровень (пунктирная горизонтальная линия)десятикратного превышения порогового тока, определяемого шумами интегратора привремени интегрирования 100 мс, а также результаты экспериментальных измерений.Экспериментальные данные соответствуют теоретически рассчитанным с относительнойпогрешностью 3 ÷ 5%.Зависимости максимальной толщины породы от анодного напряжения рентгеновскойтрубки при Ia = 5 мА, сцинтилляторе Gd2O2S (толщиной 0,3 мм) при временах интегрированияTint = 1 мс и Tint = 100 мс представлены на рис.

6-17.Рис. 6-17. Зависимость максимальной толщины породы от анодного напряжения W-трубки,сцинтилляторе Gd2O2S (толщиной 0,3 мм), при временах интегрирования 1 мс и 100 мс.218При анодных напряжениях порядка 20 кВ, на которых максимально значение отношенияинтегральных интенсивностей в сечении алмаза и в сечении пустой породы в иммерсионнойсреде, максимальная толщина породы составляет менее 1 мм (при Tint = 1 мс), что непредставляет собой практического интереса.Аналогичные зависимости получены для ППУ, облучение которого проводится трубкойс молибденовым анодом, детектирование электромагнитного излучения рентгеновскогодиапазона производится сцинтиллятором ZnSe, толщиной 0,3 мм.

Полученные зависимостипредставлены на рис. 6-18 для времен интегрирования 0,1 мс, 1 мс, 10 мс, 100 мс и 1 сек.Рис. 6-18. Зависимости максимальной толщины породы от анодного напряжениярентгеновской трубки с молибденовым анодом при Ia = 5 мА, сцинтилляторе ZnSe(толщиной 0,3 мм) при временах интегрирования Tint = 0,1 мс, 1 мс, 10 мс, 100 мс и 1 сек.На рис. 6-19 представлены зависимости максимальной толщины породы от времениинтегрирования. Как и в предыдущих расчетах максимальная толщина породы определяетсядесятикратным превышением шумового тока интегратора.Рис. 6-19.

Зависимость максимальной толщины породы от времени интегрирования.Анод трубки Mo, сцинтиллятор ZnSe (толщина 0,3 мм), анодный ток 5 мА.219Максимальная толщина породы практически линейно растет с анодным напряжениемрентгеновскойтрубки.Впромышленныхрентгено-абсорбционныхсепараторахкомпромиссным вариантом между временем интегрирования (определяет скорость движенияконвейера)имаксимальнойтолщинойпородыявляетсяиспользованиевремениинтегрирования порядка 1 мс при анодных напряжениях более 40 кВ. При этих условияхамплитуда отклика алмаза в руде составит значение 1,5 и более раз.6.4 Двуэнергетический метод регистрации алмазов в кусках кимберлитаВ основе двуэнергетического метода рентгеновской интроскопии лежит использованиеизлучения, в котором фотоны, диагностирующие объект исследования, разделены на двадиапазона – низкоэнергетический и высокоэнергетический [179].

Совместная обработкаполученныхврезультатерентгено-электрическогопреобразованиясигналовнизкоэнергетического и высокоэнергетического каналов позволяет дополнительно повыситьконтрастностьрентгенографическогоизображения.СпецификаППУрентгено-абсорбционного сепаратора требует разработки методов разделения очень схожих пиковвыходного напряжения интеграторов от алмаза и от воздушных пузырей.Двуэнергетический детектор представляет собой двуслойную структуру сцинтилляторфотодиод-усилитель (интегратор), в которой светочувствительные площадки фотодиодовнижнего слоя расположены под светочувствительными площадками верхнего слоя.Сцинтилляторы выбираются так, что верхний сцинтиллятор поглощает, в основном,низкоэнергетическую часть электромагнитных волн рентгеновского диапазона при этомпропуская проникающее излучение высокоэнергетического спектра насквозь с меньшимослаблением, чем низкоэнергетическую.

С двуэнергетического детектора электромагнитныхволн рентгеновского диапазона снимается два сигнала – с фотодиодов верхнего слоя и сфотодиодовнижнегослоя.СверхнегослояСЦ-ФДсигналпропорционаленнизкоэнергетической части спектра проникающего рентгеновского излучения, с нижнего –высокоэнергетической части. Двуэнергетические детекторы внедряются в медицинскоеоборудование [180], позволяя увеличить контрастность между мышечными и костнымитканями. Энергетические зависимости линейных и массовых коэффициентов ослабленияпроникающего электромагнитного излучения рентгеновского диапазона различны, поэтомуотносительные амплитуды откликов (отношение Uвых фотоинтегратора в сечении с алмазом ксреднему значению Uвых пустой породы) будут отличаться.

По отличию амплитуд откликоввозможно разделять отклики от алмаза и воздушных пузырей.Для монохроматического рентгеновского излучения возможно достаточно простоопределять размер алмаза в куске кимберлита. Для этого рассмотрим следующую220гипотетическую задачу. Гипотетическую потому, что реально создать монохроматическоеизлучение рентгеновского диапазона очень затруднительно – это либо характеристическиелинии в спектре излучения металлов, либо дифрагировавшая волна на кристаллическойрешетке кристалла-анализатора. И в том, и в другом случае интенсивность рентгеновскогоизлучения на несколько порядков ниже интенсивности тормозного излучения рентгеновскойтрубки, поэтому такие технические решения не могут быть применены в практике обогащенияполезных ископаемых. Итак, два монохроматические рентгеновские излучения с энергиямиквантов E1 = 30 кэВ и E2 = 40 кэВ падают на руду в сечении с алмазом.

Слои половинногопоглощения при этом равны:E1 = 30 кэВE2 = 40 кэВАлмазda1 = 7.9 ммda2 = 9.6 ммПородаdk1 = 3.7 ммdk2 = 6.5 ммСлой половинного поглощения воздуха одинаков для обоих энергий и может бытьпринят бесконечно большим по сравнению с приведенными в таблице значениями. Толщинаслоя половинного поглощения среды выбрана для серпентина, как для наихудшего случая приобнаружении алмаза.

На выходе измеряется отношение прошедшей интенсивности излученияк падающей для 30 кэВ (I1/I0) и тоже для энергии 40 кэВ (I2/I0). Интенсивность прошедшегоизлучения на обоих энергиях: h  ha ha I 1  I 0  exp  (ln 2)  dda1  k1при E1 = 30 кэВ h  ha ha I 2  I 0  exp  (ln 2)  dda 2  k2при E2 = 40 кэВ(6.6)Данные уравнения представляют систему уравнений с двумя неизвестными: h –толщина породы с алмазом и hа – толщина алмаза внутри породы.

Решение системы уравненийпозволяет определить и размер алмаза, и толщину породы.I Id k 2  ln  2   d k1  ln  1 I0  I0ha  d k1 d k 2   ln 2 d a1 d a 2 I I ln  1   d a1  d k1  d k 2  d a 2   ln  2   d a 2  d k 2  d k1  d a1 I1 I0 h  0ln 2d a 2  d k1  d a1  d k 2(6.7)(6.8)Для практического применения могут быть использованы два способа формированиярентгеновского излучения с выраженными максимумами энергетической зависимости221спектральной интенсивности: 1) коммутация анодного напряжения рентгеновской трубки илииспользование двух строго коллимированных рентгеновских источников, 2) разделениеизлучения на высокоэнергетическое и низкоэнергетическое с помощью сцинтилляторов ифильтров, имеющих различный эффективный атомный номер Zэфф.

Первый способ замедляетскорость движения конвейера поскольку одно и тоже сечение руды должно быть просвеченосперва при одном напряжении рентгеновской трубки, затем – при другом. Второй способсвободен от этого недостатка.Выбор сцинтилляторов в верхнем и нижнем слоях на пути рентгеновского излучениядолжен приводить к тому, что низкоэнергетическая часть рентгеновского излученияпоглощается в верхнем сцинтилляторе, а высокоэнергетическая – в нижнем.

Вычислительныйблок УРОИ позволяет проводить такие расчеты. На рис. 6-20,21 представлены наиболееоптимальные комбинации сцинтилляторов в двуэнергетическом детекторе. Рис 6-20соответствует излучению рентгеновской трубки с анодом из вольфрама при анодном токе 5мА и анодном напряжении 80 кВ, толщине породы 20 мм, верхний сцинтиллятор - ZnSeтолщиной 0,3 мм, нижний сцинтиллятор - Gd2O2S(Tb) толщиной 0,3 мм.Рис. 6-20. Спектральное распределение интенсивности рентгеновского излучения,регистрируемое верхним сцинтиллятором ZnSe толщиной 0,3 мм (черная линия) и нижнимсцинтиллятором Gd2O2S(Tb) толщиной 0,3мм (красная линия) при Va = 80кВ, Ia = 5 мА итолщине породы 20 мм, анод из вольфрама.Максимумы спектральной плотности интенсивности рентгеновского излучениярасполагаются на энергиях 41 кэВ и 52 кэВ.

Поскольку сцинтиллятор Gd2O2S(Tb) обладаетнизкойконверсионнойэффективностьюввысокоэнергетическом(нижнем)каналеформируются низкие уровни выходного напряжения. Поэтому удобно применить и в нижнемканале сцинтиллятор либо ZnSe, либо CsI. В этом случае между слоями необходиморазместить фильтр – слой металла, который сдвинет спектр рентгеновского излучениянижнего канала в более высокоэнергетическую область. Пример поглощенного излучениятакого двуэнергетического детектора представлен на рис. 6-21 при следующих условиях:рентгеновская трубка с анодом из молибдена при анодном токе 5 мА и анодном напряжении222100 кВ, толщина породы 20 мм, верхний сцинтиллятор ZnSe толщиной 0,1 мм, слой медитолщиной 0,3 мм, нижний сцинтиллятор CsI толщиной 1 мм.Рис. 6-21.

Спектральное распределение интенсивности рентгеновского излучения,регистрируемое верхним сцинтиллятором ZnSe толщиной 0,1 мм (черная линия) и нижнимсцинтиллятором CsI толщиной 0,3 мм (красная линия) при Va=100 кВ, Ia=5 мА и толщинепороды 20 мм, анод из молибдена.Максимумы спектральной плотности интенсивности рентгеновского излучениярасполагаются на энергиях 40 кэВ и 60 кэВ. Как видно из графиков, спектр поглощенногосцинтилляторами излучения весьма далек от монохроматического с двумя энергиямифотонов. На рис.

6-22 представлены зависимости выходных напряжений интеграторовнижнего и верхнего каналов от анодного напряжения трубки с молибденовым анодом,сцинтилляторами ZnSe (0,1 мм) и CsI (1 мм) для пустой породы 20 мм, с включением алмаза4 мм и с включением воздушного пузыря 4 мм.

Характеристики

Список файлов диссертации