专利名称：利用标准化样本容器的用于确定中子流的中子激发分析的制作方法
利用标准化样本容器的用于确定中子流的中子激发分析本发明涉及一种利用中子射线对大体积样本进行无破坏的元素分析的方法以及一种用于执行该方法的设备。
背景技术：
在接触以及特别是在存放危险物质时重要的是要知道确切地在用什么物质做事。在这种关联中混合废料会产生特别的困难，所述混合废料例如是容纳载有不同有害物质的物体的团块的废料桶。如果没有存在什么有害物质的认识，则与该废料接触是有危险的。但是为了得到这样的认识，人们必须正好与该废料接触。由于必要的保护措施，为了所述分析而例如从其中用水泥浇注放射性废料的桶中取出岩心样本是非常费事的和昂贵的。中子激发分析提供了一条出路。其中用中子对样本进行透射。样本中的原子核由此被激励为发射对每种元素都表现出特征性签名的伽马射线。由此通过评估从所述样本发射的伽马射线，可以无破坏地检查在该样本中存在什么元素。特别是对于大体积对象的检查来说，从W001/07888A2公知一种用于在非放射性大体积样本中确定通过美国的“Resource Conservation and Recovery Act (资源保护和恢复法案)”(RCRA)被分级为特别危险的金属的方法。其中将样本置于脉冲式中子射线下。从样本所发射的伽马射线的光谱中，评估该样本中通过中子轰击引起的原子核的即时和延迟的伽马射线。所述伽马射线被用于确定在样本中存在的元素。缺点是对样本中的元素的量化需要耗费时间和高强度计算的蒙特卡洛仿真，从而该方法不适用于使用高通过量对很多样本的连续测量。任务和方案
因此本发明的任务是提供一种用于对大体积样本进行无破坏的元素分析的方法，该方法更快速地执行并且由此适用于使用高通过量的按照规程的连续测量。该任务根据本发明通过根据独立权利要求的方法和根据并列权利要求的设备解决。其它有利设计分别由引用所述权利要求的从属权利要求得出。
发明内容
在本发明的范围中开发了一种用于对大体积样本进行无破坏的元素分析的方法。其中用快中子脉冲式地照射样本，并且测量从样本发射的伽马射线。在从光峰面积中除去背景信号之后评估包含在样本中的元素的数量，所述光峰由该元素在计数率-能量图中引起。根据本发明，对从样本的子区域一所述子区域的组成是已知的一中发射的伽马射线进行评估以确定样本位置处的中子流。作为这样的子区域例如可以选择样本的金属包封。恰好是化学和放射性废料通常被封装到标准化的钢桶中，所述钢桶优选能被用于测量中子流。术语“中子流”既包括慢中子也包括快中子。本发明的方法和设备例如也适用于从回收利用工业领域对样本或材料进行元素分析和质量控制。从而例如可以评估来自玻璃工业、塑料工业或金属工业、电/电子废料工业、替代燃料工业、建筑混合废料产生、工艺工业、汽车工业、充填工业的废料、具有金属/金属化合物和过渡金属/过渡金属化合物的废料(例如锑、铍、钴、氟石、镓、锗、铟、镁、铌、钼族金属、钽、钨)、工业矿物废料或还有包含稀土金属的废料。在从光峰面积中除去背景信号之后评估包含在样本中的元素的数量，所述光峰由该元素在计数率-能量图中引起。以伽马能量Ey为中心的峰值的净光峰面积P(Ey)通过下式给出
权利要求
1.一种用于对大体积样本进行无破坏的元素分析的方法，其中 用快中子脉冲式地照射样本， 测量从样本发射的伽马射线，以及 在从光峰面积中除去背景信号之后对包含在样本中的元素的数量进行评估，所述光峰由该元素在计数率-能量图中引起， 其特征在于， 对从样本的子区域中发射的伽马射线进行评估以确定样本位置处的中子流，所述子区域的组成是已知的。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，作为子区域选择样本的金属包封。
3.根据权利要求1至2之一的方法，其特征在于，将样本围绕一个轴旋转，并且依据旋转角度来测量伽马射线。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，从伽马射线对旋转角度的依赖性中评估出样本中兀素相对于旋转轴的径向分布。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于，为了确定元素的光峰效率将样本近似为由该元素组成的、被屏蔽的点源。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，样本中元素相对于旋转轴的事先确定的径向分布被用于对样本进行近似。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于，通过假定在样本中包含伽马屏蔽结构来计算光峰面积，并且该面积与从测量结果中获得的面积的比较被评估为对该假定有效性的度量。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，通过在计算的光峰面积与从测量结果中获得的光峰面积之间的偏差的Chi平方测试来评估所述假定的有效性。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于，基于针对在样本中包含的伽马屏蔽结构的作用的参数化定律来计算光峰面积，并且通过改变参数将该面积与从测量结果中获得的面积的偏差最小化，尤其是根据Chi平方方法。
10.根据权利要求9的方法，其特征在于，对来自样本的事先执行的量化元素分析的认识被用于限制或者设定伽马屏蔽结构的参数。
11.根据上述权利要求7至10之一的方法，其特征在于，由样本中查找的元素的不同伽马线产生的光峰面积的预期比例被考虑在所述假定或参数化定律中。
12.根据权利要求1至11之一的方法，其特征在于，样本被旋转，以及由样本发射的伽马射线对旋转角度的依赖性将基于在样本中局部集中的元素的位置的假定而计算得出，并且该角度依赖性与从测量结果中获得的角度依赖性的比较被评估为该假定有效性的度量。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于，所述假定的有效性通过所计算的角度依赖性与从测量结果中获得的角度依赖性之间的偏差的Chi平方测试来评估。
14.根据权利要求1至13之一的方法，其特征在于，由样本发射的伽马射线对旋转角度的依赖性基于针对样本中局部集中的元素的位置的参数化定律来计算，并且与从测量结果中获得的角度依赖性的偏差通过改变参数来最小化，尤其是根据Chi平方方法。
15.根据权利要求12至14之一的方法,其特征在于， 计算由元素构成的球的直径，如果该球被设置在样本中元素的局部集中的位置处，则发射的伽马射线对旋转角度的所测量的依赖性就表现出该球，以及 根据该直径与由所述元素构成的参考球的直径的比较来评估在样本中局部集中的元素的总质量m,该参考球的质量已知。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于，作为参考球选择这样的球，如果该球被设置在样本中元素的局部集中的位置处，则该球与同样位于那里的、由所述元素构成的具有预定几何形状的圆柱体展示出相同的所测量的伽马射线对旋转角度的依赖性。
17.根据权利要求1至16之一的方法，其特征在于，在中子脉冲之后的时间间隔中测量伽马射线，在该时间间隔中该脉冲的中子的至少50%被减弱到IOOeV与IKeV之间的能量。
18.根据权利要求1至17之一的方法，其特征在于，在中子脉冲之后的时间间隔中测量伽马射线，在该时间间隔中该脉冲的中子的至少50%被减弱到低于IeV的能量。
19.根据权利要求1至18之一的方法，其特征在于，用具有高于IOMeV的能量的中子照射样本。
20.根据权利要求1至19之一的方法，其特征在于，至少一部分穿透样本的中子被反射回样本中。
21.一种用于执行根据权利要求1至20之一的方法的设备，该设备包括用于容纳待检查样本的样本空间、用于照射样本的脉冲式中子源以及用于从样本发射的伽马射线的检测器， 其特征在于， 样本空间被反射中子的材料包围，该材料能够将未被样本吸收的中子反射回样本空间中。
22.根据权利要求21的设备，其特征在于，中子是反射性材料石墨。
23.根据权利要求21至22之一的设备，其特征在于，检测器相对于样本空间设置为，使得从检测器来看样本最多填充最高0. 6球面度的空间角度。
24.根据权利要求21至23之一的设备，其特征在于，该设备包括用于样本的旋转盘。
25.根据权利要求21至24之一的设备，其特征在于，检测器包括用于从样本发射的伽马射线的初级检测器、至少部分地包围初级检测器的次级检测器以及用于初级检测器和次 级检测器的反符合电路的装置。
26.根据权利要求21至25之一的设备，其特征在于，检测器具有由6Li构成的中子屏蔽。
全文摘要
本发明涉及一种用于对大体积样本进行无破坏的元素分析的方法以及执行该方法的设备。在该方法中，用快中子脉冲式地照射样本并且测量从样本发射的伽马射线。在从光峰面积中除去背景信号之后对包含在样本中的元素的数量评估，所述光峰由该元素在计数率-能量图中引起。根据本发明，对从样本的子区域中发射的伽马射线进行评估以确定样本位置处的中子流，所述子区域的组成是已知的。作为这样的子区域例如可以选择样本的金属包封，例如标准化的废料桶。基于多参数分析的新型评估方法由此可以比现有技术更快和更精确地量化各个参数的存在性。该设备的特征在于被反射中子的材料、尤其是石墨包围的样本空间。
文档编号G01N23/222GK103069268SQ201180035866
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月19日 优先权日2010年7月22日
发明者E.毛厄霍费尔, J.克特勒 申请人:于利奇研究中心有限公司