MAGYAR NÉPKÖZTÁRSASÁG ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL SZABADALMI LEÍRÁS SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY Bejelentés napja: 1981. VI. 25. (1865/81) Közzététel napja: 1982. IX. 28. Megjelent: 1985. III. 30. 181357 NSZ0 3 : G 01 N 23/221; G 01 V 5/14 Feltalálók-. Renner János okleveles geofizikus, Siklós Albert okleveles elektrotechnikus, Budapest Szabadalmas: Magyar Állami Eötvös Loránd Geofizikai Intézet, Budapest Geofizikai nukleáris analitikai berendezés, különösen ásványi anyagok analízisére 1 2 A találmány tárgya geofizikai nukleáris analitikai berendezés, különösen ásványi anyagok, előnyösen nyersanyagok, közbenső, és végtermék Al; Si; Ca; Ti; Fe komponenseinek meghatározására, elsősorban a nyersanyagkutatás, kitermelés, valamint ipari fel- 5 dolgozás területén. Ásványi anyagok egyes összetevőinek meghatározására többféle nukleáris analitikai berendezés vált ismertté, melyeket részletesen ismertet a jelen találmány szerinti megoldáshoz legközelebb álló 154 359 10 lajstromszámú magyar szabadalmi leírás. Az ismertetett szabadalom szerinti berendezés hiányossága, hogy elvében, és ehhez igazodva valójában is, csak az Al és Si tartalom meghatározását 15 teszi lehetővé. Jelen találmány célja a fenti hiányosság megszüntetése, olyan geofizikai nukleáris analitikai ipari berendezés létrehozása, amely több komponens egyidejű meghatározását teszi lehetővé, elhelyezhető 20 tengerkutató hajón, bányában, ipari termelő üzemben egyaránt, és alkalmas a kutatás, kitermelés, valamint a feldolgozás irányítására, beleértve a kitermelés, feldolgozás folyamatszabályozását és vezérlését ÍS. 25 A találmány hármas felismerés kombinációs hatásán alapul. Nevezetsen az ismert neutronaktivációs módszerrel mintapárokon végrehajtott Al Si meghatározással egyidejűleg közös szimmetrikus, ciklikus rendszerben 30 - a vizsgálandó anyagból mintá(ka)t véve, ezeket - egymástól eltérő energiaspektrumú, célszerűen lágy gamma sugárforráspárpkkal besugározva - detektorpárokkal érzékelve a keletkező karakterisztikus röntgensugárzást, további összetevők, különösen Ca; Ti; Fe; határozhatók meg, ahol is a lágy gamma sugár megnevezés jelen találmány keretei között a 200 kev energiáig teqedő sugárzás megjelölésére szolgál, a két sugárforrás energiaspektruma pedig akkor eltérő, ha legalább egy-egy eltérő domináns energiájú spektrumvonala van. A találmányt olyan geofizikai nukleáris analitikai berendezés valósítja meg, amelynek vizsgálandó anyagból vett egyik minta egyik tagját gyors, másik tagját lassú neutronokkal besugárzó aktiváló egysége, ezt mintaadagolóval és nagyenergiás mérőhellyel összekötő pneumatikus mintaszállító egysége, továbbá lágy gammasugaras geijesztőegységből és detektoregységből, valamint ezekhez csatlakozó mintatároló egységből álló, a vizsgálandó anyagból vett másik mintát mérő kisenergiás mérőhelye vari, amikor is a kisenergiás mérőhely és a nagyenergiás mérőhely detektorkimenetei, a pneumatikus mintaszállító egység és a mintatároló egység vezérlő bemenetei, központi vezérlő adattároló és kiértékelő egységhez vannak kapcsolva. A nem vizsgált elemek jelenlétéből és a visszaszórt sugárzásból adódó hiba elkerülésére előnyös, 181357-1-
4 ha a berendezésnek legalább két kisenergiás mérőhelye van, amikor is a vizsgálandó elem karakterisztikus energiájánál az egyik kisenergiás mérőhely geijesztőegységének energiaspektruma dominánsan alacsonyabb energiájú összetevőket, másik kisenergiás mérőhely geijesztőegységének energiaspektruma pedig magasabb energiájú összetevőket is tartalmaz, és/vagy ha a detektoregység legalább egy detektor előtt elhelyezett mechanikus szűrőt tartalmaz. Geometriai hibák korrekciójára célszerű, ha a berendezés kisenergiás mérőhelyében levő geqesztőegység sugárfonásának tengelyvonala a vizsgálandó mintafelület normálisa, a detektoregység detektora érzékelési irányának középvonala pedig kúpfelület alkotója, mimellett a kúpfelület tengelyvonala a sugárforrás tengelyvonalával esik egybe. A kisenergjás mérőhelyek gerjesztőegységeiben levő sugárforrások bomlásából adódó hibát küszöböli ki, ha a másik mintá(k) mérési idejét bemenetével detektor egység bázisdetektorára kapcsolt presetelt adattároló határozza meg. Többcélú felhasználásra előnyös, ha a berendezés központi vezérlő, adattároló és kiértékelő egysége számítógép. A találmány szerinti fenti berendezés a kitűzött célt megvalósítja, a neutronaktivációs Al; Si meghatározás ciklusidején belül, azzal egyidőlen, további összetevő elemek, célszerűen Ca; Ti; Fe meghatározása, a nem vizsgált összetevő elemek sugárzása és a visszaszórt sugárzás okozta hibától mentesen válik lehetővé. A kombináció következtében nem várt előnyös hatásként jelentkezik, hogy egyrészt a mintapozicionálás geometriai hibájától, másrészt az alkalmazott lágy gammasugárforrások bomlásából adódó intenzitáscsökkenés okozta hibától is függetlenné válik a mérés eredménye, miáltal közvetlen (pl. súlyszázalék) eredmény adódik, ami közvetlenül felhasználható a kutatás, kitermelés illetve feldolgozás folyamatának irányítására. Ugyanakkor a berendezés kis méretben és olyan formában yalósítható meg, melynek üzemeltetése nem minősül sugárveszélyes üzemnek. A találmány közelebbről egy kiviteli példán rajzok alapján kerül ismertetésre, ahol is az 1. ábra a példa szerinti kiviteli alak tömbvázlata, 2. ábra a kisenergiás mérőhely geometriai felépítése. Amint az 1. ábrán látható, aktiváló egységhez 4 mintaszállító egységen át 2 mintaadagoló és 3 nagyenergiás mérőhely csatlakozik. A 3 nagyenergiás mintamérőhely detektor kimenetei 9 központi vezérlő adattároló és kiértékelő egységben elrendezett 12 vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egység 121 mérőbemeneteihez vannak kötve. A 4 mintaszállító egység vezérlő bemenete a 9 központi vezérlő, adattároló és kiértékelő egységben elrendezett 10 mintamozgató egység egyik kimenetéhez van kapcsolva. A berendezés két 7a; 7b kisenergiás mérőhelyet tartalmaz. A 7a, 7b kisenergiás mérőhelyekben 5.a.; 5.b. geijesztőegység, 8.a.; 8.b. mintatároló egység és 6.a.; 6.b. detektoregység van, amikor is az 5.a. ger- 2 jesztőegység energiaspektruma a vizsgálandó elem karakterisztikus röntgensugárzási energiájánál dominánsan alacsonyabb összetevőkből áll, az S.b. gerjesztőegység energiaspektruma pedig ennél magasabb 5 energiájú összetevőt is tartalmaz. A 8.a.; 8.b. mintatároló egységek vezérlő bemenetei a 10 mintamozgató egység másik kimenetéhez, a 6.a.; 6.b. detektoregységekben levő I4.a; 14.b. detektorok közül 14.a.l.; 14.b.l. mérődetektorok kimenetei a 12 ve- 10 zérelt és/vagy szabályozott adattároló egység 121 mérőbemeneteire, 14.a.2.; 14.b.2. bázisdetektorok kimenetei pedig 122 vezérlő és/vagy szabályozó bemeneteire vannak kapcsolva. A 9 központi vezérlő, adattároló és kiértékelő egységben 13 időzítő egy- 15 jég, és bemenetével a 12 vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egység kimenetéhez kapcsolt 11 súlyszázalék-meghatározó egység van. A 2. ábrán példaként bemutatott geometriai felépítésű 7 kisenergiás mérőhely 6 detektoregységé- 20 25 30 ben 14 detektorok, célszerűen végablakos (GM) számlálócsövek vannak elhelyezve. A 14 detektorok érzékelési irányának középvonalai olyan kúpfelület alkotói, melynek csúcsa a minta felületén van, tengelyvonala pedig merőleges a mintafelületre. Ennek a kúpnak a tengelyvonalában van az 5 geijesztőegység és ennek 5.1 sugárforrás tartója is, miáltal a sugárforrás tengelyvonala a kúpfelület tengelyvonalával esik egybe. A 6 detektoregységgel szemben 8 mintatároló egység van úgy elhelyezve, hogy a mé- rendő mintafelület a kúpfelület csúcspontjában annak tengelyvonalára merőlegesen helyezkedjen el. A szimmetrikusan elhelyezett 14 detektorok közül az egyik 14.1. mérődetektor, míg a másik 14.2. bázisdetektor. 35 A berendezés működése ciklikus. A ciklusokat 13 időzítőegység vezérli. A mérendő minták útját követve a működés a következő: a vizsgálandó anyagból vett két pár minta'közül az egyik mintapár két 40 tagja 2 mintaadagolóból 10 mintamozgató egység parancsjelére 4 mintaszállító egységen át 1 aktiváló egységbe kerül. Itt a mintapár egyik tagja gyors, a másik tagja lassú neutronfluxus hatására felaktiválódik. Ezt követően a mintapár 10 mintamozgató 45 egység következő ütemére 1 aktiváló egységből 4 mintaszállító egységen át 3 nagyenergiás mérőhelyre 50 55 60 jut Ezzel egyidőben az előzővel azonos módon újabb két pár mintából származó mintapár kerül 2 mintaadagolóból 1 aktiváló egységbe. A 3 nagyenergiás mérőhelyen tartózkodó felaktivált mintákról 3 nagyenergiás mérőhely nukleáris detektorai által észlelt sugárzás hatására keletkező impulzusok a 12 vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egységet működtetik. A mérési időt is a 13 időzítő egység szabja meg. A mérési ciklus végével a mintapár a 3 nagyenergiás mérőhelyről távozik, és a ciklus a leírtak szerint újabb mintapárral ismétlődik. Azzal egyidőben, hogy vizsgálandó anyagból vett két pár minta közül az egyik pár a 3 nagyenergiás mérőhelyre kerül, a másik pár 8.a.; 8.b. mintatároló egységekben tárolt tagjai 7.a.; 7.b. kisenergiás mérőhelyeken kerülnek mérésre. Sem a mintapárok egymás közti, sem pedig az egyes párok tagjai közötti mérés egyidejűsége a találmányi gondolat megvalósulásának nem feltétele, csupán az egysze- -2-
iűbb áttekinthetőséget segíti elő a bemutatott példánál. A 7.a.; 7.b. kisenergiás mérőhelyeken a mérés folyamán a mintapár egyik tagja 5.a. geijesztőegységből olyan lágy gammasugár gerjesztést kap, mely- 5 nek spektruma a vizsgált összetevő karakterisztikus sugárzási energiájánál dominánsabb, alacsonyabb összetevőket tartalmaz, így a vizsgálandó összetevőt nem, vagy csak kis mértékben geijeszti. A mintapár másik tagja 5.b. gerjesztő egységből olyan lágy gam-1 masugár gerjesztést kap, melynek spektruma a vizsgált összetevő karakterisztikus sugárzási energiájánál magasabb, célszerűen közelálló, energiájú összetevőt is tartalmaz. Mintkét 7.a.; 7.b. kisenergiás mérőhelyen 6.a.; 6.b. detektoregységekben elrendezett 15 14.a.; 14.b. detektorok közül 14.a.l.; 14.b.l. mérődetektorok detektálják a mintákból a geijesztés hatására kilépő sugárzást. Ezt a sugárzást a minta atomjai annak következtében bocsátják ki, hogy a geijesztés hatására a K héjakból kilökött, elektronok 20 az L héjakról pótlódnak. A detektált sugárzás impulzusok formájában a 12 vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egységben a 121 mérőbemeneteken keresztül kerül tárolásra.. A mérést 13 időzítő egység indítja, befejezését azonban 6.a.; 6.b. detektoregységekben levő I4.a.2; 14.b.2 bázisdetektorok által 25 érzékelt impulzusok szabályozzák, illetve vezérlik, a 12. vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egység 122 vezérlő és/vagy szabályozó bemenetéről. 30 A mérés végén a 12 vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egységben tárolt, a 3 nagyenergiás és a 7 kisenergiás mérőhelyekről származó, mérési adat a 11 súlyszázalék meghatározó egységbe kerül, ahol a kívánt eredmény ismert matematikai összefüggések alapján aritmetikai lépésekkel kerül meghatározásra, 35 kiírásra és esetleg tárolásra. Amint ez látható, a példaként közölt kivitel a találmányi célkitűzést igen egyszerű eszközökkel és egyszerű módon a működtetéssel szemben igénytelen kivitelben valósítja meg, a megjelölt ipari fel- 40 adatokra előnyösen alkalmazható. Szabadalmi igénypontok: 1. Geofizikai nukleáris analitikai berendezés, különösen ásványi anyagok analízisére, amely vizsgálandó anyagból vett egyik minta egyik tagját gyors, másik tagját lassú neutronokkal besugárzó ak- 5Q tiváló egységet (1), ezt mintaadagolóval (2) és nagyenergiás mérőhellyel (3) összekötő pneumatikus mintaszállító egységet (4) tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a vizsgálandó anyagból vett másik mintádhoz lágy gammasugaras geijesztőegységből (5) ^ és detektoregységből (6), valamint ezekhez csatlakozó mintatároló egységből (8) álló kisenergiás 45 2 rajz, 2 ábra mérőhelye (7) van, amikor is a nagyenergiás mérőhely (3) és a kisenergiás mérőhely (7) detektorkimenetei, a pneumatikus mintaszállító egység (4) és a mintatároló egység (8) vezérlő bemenetei központi vezérlő adattároló és kiértékelő egységhez (9) vannak kapcsolva. 2. Az 1. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy több kisenergiás mérőhelye (7a; b; c...) van, amikor is ezek közül legalább egynek a vizsgálandó elem karakterisztikus sugárzási energiájánál dominánsan alacsonyabb energiájú geijesztőegysége (5a), és legalább egy továbbinak a viszgálandó elem karakterisztikus sugárzási energiájánál magasabb energiájú összetevőt is tartalmazó gerjesztő egysége (5b) van. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a geijesztőegység(ek) (5) sugárforrásainak tengelyvonala(i) a vizsgálandó irintafelület(ek) normálisa, egy-egy gerjesztőegységhez (5) tartozó detektoregységben (6) levő detektor(ok) (14) érzékelési irányának középvonala pedig kúpfelület alkotója, mimellett a kúpfelület tengelye a detektoregységhez (6) tartozó gerjesztőegység (5) sugárforrásának tengelyvonalával esik egybe. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy legalább egy detektor (14) előtt elhelyezett mechanikus szűrőt tartalmazó detektoregysége (6) van. 5. Az 1 4. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy mérődetektort (14.1) és bázisdetektort (14.2) tartalmazó detektoregységet (6), és sugárforrást tartalmazó gerjesztőegységet (5) magában foglaló kisenergiás mérőhelye (7) van. 6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy központi vezérlő adattároló és kiértékelő egységében (9) kimeneteivel súlyszázalék meghatározó egységhez (11), mérőbemenetével (121) nagyenergiás mérőhely (3) és kisenergiás mérőhely (7) detektorkimeneteihez csatlakozó vezérelt és/vagy szabályozott adattároló egység (12), időzítő egység (13), és kimeneteivel a pneumatikus mintaszállító egység (4) és a mintatároló egység (8) vezérlő bemeneteire csatlakozó mintamozgató egység (10) van elrendezve. 7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a detektoregységben (6) legalább egy, kimenetével az adattároló egységben (9) levő szabályozó és/vagy vezérlő adattároló (12) vezérlő és/vagy szabályozó bemenetére (122) kapcsolt bázisdetektor (14.2) van. 8. Az 1 5. igénypontok bármelyike szerinti berendezés kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy központi vezérlő, adattároló, és kiértékelő egysége (9) számítógép. A kiadáséit felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója 84.4298 - Zrínyi Nyomda, Budapest -3-
G 01 N 23/221, G 01 V 5/14 2/1 121 10 7o 12 6 a o 14.0-2 in g 1 <1 Ka 3 a S b Kb icbl < ió K b.2 6 b 121 122 7b 13-4-
G 01 N 23/221, G 01 V 5/14 2/2-5-