Использование рентгеновских излучателей в рентгенофлуоресцентных анализаторах

В.В.Березкин, В.З.Завелев, С.А.Колосков, В.Ю.Родионов, Н.В.Сергеев, К.И.Щекин

В докладе приведены результаты исследования с целью создания переносного рентгенофлуоресцентного анализатора с полупроводниковым Si-PIN детектором и малогабаритным рентгеновским излучателем. Описаны структурная схема и конструкция прибора, даны основные технические характеристики.

Полученные экспериментальные результаты при анализе сталей и сплавов подтвердили обоснованность выбранных технических решений и позволили сделать вывод о том, что создан новый класс переносной рентгенофлуоресцентной аппаратуры.

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) является мощным средством определения элементного состава и неразрушающего контроля материалов и изделий. С его помощью экспрессно и с большой эффективностью решаются многие аналитические задачи в разных областях науки и техники, при этом наряду с лабораторными приборами создаются и успешно эксплуатируются переносные (портативные) приборы.

В работе [1] описаны переносные анализаторы ПРИМ-1 и ПРИМ-1М, разработанные и серийно выпускаемые для идентификации различны материалов, в т.ч. металлов и сплавов. В таможенной службе РФ указанные приборы используются для определения марок металлов и сплавов, для оценки качественного и количественного состава материалов на местах досмотра (в вагонах, кузовах автомобилей, трюмах судов, на досмотровых площадках и т.д.). Приборы ПРИМ-1, ПРИМ-1М позволяют идентифицировать группы элементов от кальция (ПРИМ-1М – от алюминия) до урана. Эти приборы являются радиоизотопными, т.е. содержат в своем составе радионуклидные источники возбуждения характеристического излучения. Последнее требует соответствующее оформление при эксплуатации анализаторов ПРИМ-1, ПРИМ-1М органами Госатомнадзора РФ. Кроме того, аппаратуру с рентгеновскими излучателями выгодно отличает значительно более простые, по сравнению с приборами, оснащенными радиоизотопными источниками, условия эксплуатации и хранения излучателя.

Указанные обстоятельства поставили на повестку дня вопрос о замене радионуклидных источников на альтернативные средства возбуждения, и в первую очередь на малогабаритный рентгеновский излучатель (РИ) с низким энергопотреблением.

При выборе направлений исследований с целью создания переносного РФ-анализатора с рентгеновским излучателем были поставлены следующие условия:

– прибор должен включать спектрометр рентгеновского излучения с Si-PIN детектором и РИ, при этом должна быть обеспечена биологическая защита персонала от воздействия рентгеновского излучения;

– диапазон определяемых элементов должен быть от Ca до Ba по K-серии характеристического излучения и от La до U по L-серии;

– время измерения должно быть не более 60 с.;

– время установления рабочего режима не более 5 мин;

– время непрерывной работы в автоматическом (носимом) режиме не менее 2 час.;

– диапазон рабочих температур – от 200С до +400С;

– масса: диагностика с РИ – не более 3 кг.; носимого спектрометра с ЭВМ типа Notebook и источником питания – не более 10 кг.

В результате исследования был создан образец переносного РФ-анализатора с РИ, структурная схема которого показана на рис. 1. Общий вид прибора показан на рис. 2.

Конструктивно анализатор состоит из двух частей: датчика, в котором смонтирован детектор с предусилителем и установлен РИ в виде моноблока и электронно-измерительной части (усилитель – формирователь – АУП - ЭВМ) с блоком питания (аккумулятором).

В ходе испытаний образца анализатора мощность экспозиционной дозы на поверхности датчика при максимальных режимах работы РИ (38 кВ, 100мкА) составила 0,47 мбэр/час, что удовлетворяет санитарным требованиям. Мощность дозы на расстоянии 1 м. соответствовала уровню естественного фона. Диапазон определяемых элементов соответствовал сформулированным выше требованиям.

Результаты анализов образцов латуни и нержавеющей стали даны в табл. 1, 2.

Таблица 1. Результаты анализа латуней

Марка
Состав по ГОСТ 15527-70, %
Измеренный состав, %
 

Медь
Цинк
Медь
Цинк
Л96
95,0-97,0
3,0-5,0
95,64
4,36
Л63
62,0-66,0
34,0-38,0
65,85
34,15
Л90
88,0-91,0
9,0-12,0
90,59
9,41
Л68
67,0-70,0
30,0-33,0
69,46
30,54

Таблица 2. Результаты анализа нержавеющей стали марки 12X18H10T
Элемент
Состав по паспорту, %
Измеренный состав, %
Титан
Не более 0,8
0,6
Хром
17,0-19,0
17,75
Железо
Основа
70,81
Никель
9,0-11,0
10,84

Таким образом, разработан и изготовлен прибор нового типа – переносной РФ-анализатор с малогабаритным рентгеновским излучателем в виде моноблока.

Испытания подтвердили большие аналитические возможности созданной аппаратуры.


Рис. 1. Структурная схема прибора


Рис. 2. Общий вид прибора

В заключение авторы выражают благодарность руководству АОЗТ «Южполиметалл-Холдинг» за спонсирование настоящих исследований, УГПУ-УПИ (О. Игнатьев) за разработку и изготовление спектрометра с Si-PIN детектром и ООО «Флэш-Электроникс» (С. Федоровский) за разработку и изготовление моноблочного рентгеновского излучателя.

Литература: В.В. Березкин, А.А. Вайгачев, В.З. Завелев, С.А. Колосков, В.Ю. Родионов, К.И. Щекин. Рентгенорадиометрические анализаторы «ПРИМ-1» и «ПРИМ-1М» и их исследование для идентификации металлов и сплавов // Аналитическая диагностика и средства автоматизации Минатома России для нефтегазового комплекса. ВНИИТФА-ГЦИПК. 1999.

По материалам XIII ежегодного семинара «Спектрометрический анализ, аппаратура и обработка данных на ПЭВМ»

назад

Материалы из архива

6.2007 Наноядерная электроэнергетика; проект PIFAHOR

Е.А.Филиппов, д.т.н.,профессор, В.Л.Ломидзе, к.ф.-м.н, вед.н.сотр.Атомная энергетика нуждается в коренной реконструкции. Существующая администрация Росатома, ведомственные НИИ и Проектные институты расписались в своей административной и научной немощи, пойдя на дополнительное штатное допущение расплава активной зоны АЭС (такого раннее и не предпологалось) и последующего сбора кориума в контейнмент под корпусом АЭС во время ядерной катастрофы… (Из письма в редакцию)

2.2006 Нефть, газ, энергия, мир, Россия: состояние и перспективы

Энергетика – один из фундаментов современной цивилизации. Здесь будет говориться об индустриальной энергетике, производящей электрическую и тепловую энергии с помощью машинных устройств. Источниками индустриальной энергии являются: нефть, газ, каменный уголь, уран-235, гидроэнергия рек, солнце и ветер.Нефть и газ, помимо энергетики, обеспечивают работу транспорта (авиация, автомобили, водные корабли и железнодорожные поезда) и являются сырьем для химических производств, производящих материалы и сельскохозяйственные удобрения.

2.2008 Бомба для масс-медиа

Е.О.Адамов, бывший министр атомной промышленности РФЯ требовал, чтобы меня освободили, чтобы я вернулся в Россию и имел возможность, во-первых, опровергнуть все обвинения, которые, как я понимаю, изначально тогда выдвигали, чтобы вернуть меня в Россию, и потом таким же образом поехать в США и с теми обвинениями разделаться. Начнем с США Там два, по сути, обвинения. Одно обвинение – что украли средства у института моего родного, которым я руководил 12 лет, прежде чем стал министром, в который вернулся после того, как обокрал его…