脈沖中子快速分析煤質(zhì)的研究.pdf

1、煤炭大量燃燒產(chǎn)生的CO2、SOx、NOx等氣體和有毒重金屬加劇了環(huán)境污染。因此,需要實時、快速的煤質(zhì)檢測方法以評價煤質(zhì)優(yōu)劣。目前,主要采用化學(xué)方法來測量煤質(zhì)、氮含量、硫含量以及有毒重金屬含量。其測量過程復(fù)雜,時間長,精度低。針對此問題,本論文利用“中子感生瞬發(fā)伽馬射線分析(NIPGA)”技術(shù)研究了快速測量煤質(zhì)及元素含量的分析方法。該技術(shù)利用非彈性反應(yīng)或者俘獲反應(yīng)測量元素含量,與元素存在形式無關(guān),且具有測量精度高、速度快等優(yōu)點。論文的主要

2、工作如下:
　　 (1)模擬設(shè)計了中子防護(hù)系統(tǒng)。中子穿透力強(qiáng),對人體的危害性大。用實驗比較方法設(shè)計中子防護(hù)系統(tǒng),需要大量的時間和經(jīng)費。本文用蒙特卡羅程序模擬設(shè)計了該系統(tǒng),結(jié)果顯示聚乙烯防護(hù)中子的效果比較好。當(dāng)聚乙烯的厚度超過50cm時,防護(hù)體外中子輻照劑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于職業(yè)放射性工作人員每年允許輻照的最大劑量,為工作人員創(chuàng)造出健康的工作環(huán)境。
　　 (2)模擬設(shè)計了伽馬射線屏蔽系統(tǒng)。周圍物質(zhì)中的碳、氫、氧、氮、硫等元素與中子作

3、用產(chǎn)生的伽馬射線嚴(yán)重地影響被檢測樣品的測量精度。為了屏蔽這些伽馬射線,本文用蒙特卡羅程序模擬出伽馬射線屏蔽體(鉛)的最佳厚度。當(dāng)鉛厚度為8 cm時,既可以屏蔽樣品以外物質(zhì)產(chǎn)生的伽馬射線,又使煤炭中快、熱中子數(shù)的比率合理,使測量精度得到了大幅度提高。
　　 (3)模擬設(shè)計了煤層的最佳厚度。中子產(chǎn)額一定時,離中子源較近區(qū)域的煤層,煤中元素產(chǎn)生的伽馬計數(shù)多,但是,由于此區(qū)域離探測器比較遠(yuǎn)以及煤炭樣品對伽馬射線的屏蔽作用,實際到達(dá)探測器

4、的伽馬計數(shù)比率小。為了尋找煤層的最佳厚度,本文用蒙特卡羅程序進(jìn)行了模擬,結(jié)合實驗結(jié)果,煤箱的厚度被確定為15 cm。
　　 (4)建立了一套全新的數(shù)據(jù)處理方法。NIPGA技術(shù)檢測元素含量的最大難題是提高測量精度。為了解決此問題,在煤質(zhì)分析實驗中,采用11道平滑公式平滑原始數(shù)據(jù),用25道計數(shù)和的最大值尋找各種元素特征峰峰位,從而減少統(tǒng)計誤差的影響；用同一煤樣特征峰面積十次測量值的相對偏差最小值確定特征峰左右邊界,可以降低元素特征峰

5、左右邊界不明顯所帶來的誤差；用線性回歸方法找出了元素含量和峰面積間的關(guān)系以及煤炭工業(yè)值和主要元素含量間的關(guān)系。此數(shù)據(jù)處理方法的使用,明顯提高了測量精度。
　　 (5)對NIPGA技術(shù)快速檢測煤炭中有毒重金屬含量進(jìn)行了探索。本文以鉛為例,用蒙特卡羅程序模擬研究了用NIPGA技術(shù)快速檢測煤炭中有毒重金屬含量的可行性。模擬結(jié)果顯示,當(dāng)煤層厚度為2 cm時,用10 cm厚的鐵屏蔽周圍物質(zhì)中碳、氫、氧等元素與中子作用產(chǎn)生的伽馬射線,可以用