中子活化水泥元素在线分析仪

东方测控水泥元素在线分析仪一、产品概述DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪(图1-1)是跨皮带式水泥物料在线检测装置。

用于料堆管理、生料配料过程中元素成分的在线检测。

DF-5701的装置为模块化结构，不需切割皮带，可绕皮带安装。

DF-5701运行时，皮带从测量装置内托槽上滑过，对流经的所有物料进行检测，整个检测过程不接触物料，不影响皮带运行。

DF-5701每分钟给出一次检测结果，精确分析出各元素含量以及相关的质量控制参数。

根据分析仪实时检测信息，对生产过程进行有效控制，改良生产工艺，降低生产成本,提高产品质量。

图1-1 DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪装置二、产品结构DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪由测量装置、中子源、探测器、信号处理柜以及主机五个部分构成。

(图2-1)图2-1 DF-5701结构图1.测量装置测量装置采用模块式框架结构。

包含支持测量过程中核相互作用的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。

2.中子源中子源安装于测量装置的下部，位于物料皮带的正下方，内部装有一个或多个不锈钢封装的252Cf源芯。

252Cf的半衰期为2.6年，放射性活度随着持续发射中子减小，约二年半时间，需补充新的中子源芯达到初始源强度。

3.探测器探测器安装于测量装置的上部，位于物料皮带的正上方，用于接收物料被中子作用后发出的射线。

探测器外包有射线抑制体和恒温部件。

其中，射线抑制体用于抑制干扰射线，并由恒温部件对探测器进行恒温。

4.信号处理柜信号处理柜内有探测器外围部件，电子信号处理部件和温度控制部件。

探测器外围部件为探测器运行提供高、低压电源。

电子信号处理部件的主要功能是将来自探测器的模拟信号，通过ADC转换为数字信号。

温度控制部件用于控制探测器温度和柜内温度。

信号处理柜可以安装在墙上或支架上，与探测器相连接的电缆线长度标准为25米。

5.主机主机由硬件和软件组成，主要采集来自电子信号处理单元的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，指导和控制水泥生产。

中子活化水泥元素在线分析仪
导读：中子活化水泥元素在线分析仪用于水泥生产过程中需要对物料成分进行测量的各相关环节。

特别适用于生料配料及预均化堆场。

不需取样，直接测量通过皮带的大宗物料，即时给出成分结果，参与自动控制，提高产品合格率。

中子活化水泥元素在线分析仪用于水泥生产过程中需要对物料成分进行测量的各相关环节。

特别适用于生料配料及预均化堆场。

不需取样，直接测量通过皮带的大宗物料，即时给出成分结果，参与自动控制，提高产品合格率。

原理：
中子活化水泥元素在线分析利用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术。

原子核俘获中子后处于激发态，退激时发出与核素相对应的特征γ射线，分析γ能谱，得出被测物料成分含量。

性能指标：
1、同时测量SiO
2、CaO、Fe2O
3、Al2O3、MgO含量，并计算出三率值KH、n、p；
2、测量控制周期为一分钟；
3、静态重复性：
产品特点：
1、全面：测量通过的所有物料，代表性强；
2、快速：每分钟给出一次成分数据；
3、有效：为生产提供关键参数数据，以便进行有效控制；
4、稳定：双环控温、自动稳谱，长期稳定运行；
5、安全：更为有效的屏蔽体，装置周围辐射剂量好于国外同类产品。

在线分析仪简介在线分析仪，即跨带式CBX中子激活瞬发γ—射线活化分析设备，在1983年研发成功，2003年开始在中国水泥工业中使用，由于它性能可靠、优点突出，已得到令人满意的效果，使用范围正在稳步扩大。

现介绍如下：1．结构简介本设备是一个可露天设臵的龙门式设备，横跨在需要测定物料化学成分的带式输送机上，主要结构为：1.1 壳体：为龙门式隧道状，为内部设备挡雨，故本设备可以露天放臵。

1.2 中子源：放臵在回程胶带之上的承载物料胶带的下方。

1.3 探测器：设臵在承载物料胶带之上的门形框架上梁的底部。

1.4 处理器：可以与龙门框架分离，设臵在建筑物的室内。

1.5 配料微机：一般放在中控室。

2．工作原理2．1 中子源中有重量不低于38μg的锕系元素锎，元素符号Cf，常见的锎原子量251，半衰期900年，但其同位素252Cf，半衰期为2.64年，我们在线分析仪使用的是同位素252Cf。

它能自发裂变，产生中子，可作高通量中子源，但在操作巡检人员活动范围，这射线对人体是安全的。

这中子源产生的中子流可以穿透皮带和500~800mm厚块状物料层。

热中子轰击被测物料，被测物料原子核吸收中子后，处于不稳定状态，瞬发出γ射线。

不同元素在γ射线能谱上有着不同的位臵，如Ca为4.42MeV和6.42MeV；Si为3.70MeV和4.9MeV，而脉冲值表现其相对含量。

用这一原理，该分析仪可测物料CaO，SiO2，Al2O3，Fe2O3，MgO，K2O，Na2O，SO3，Cl-，MnO2，TiO2等化学成分。

2.2 探测器即内有碘化钠的闪光探测器，设臵在载料皮带上方，可以收集物料产生的γ射线，光脉动能谱，并传递到处理器。

2.3 处理器：对收集到的γ—射线光脉冲能谱进行放大，并用计算机进行识别、统计、积分计算，与标准模块对比、修正。

最后用数字显示被测物料各种元素及氧化物含量的质量百分比。

整个过程只需1/100秒的时间。

反应非常迅速，并及时反馈给配料微机，也可以同时将各种原料化学成分含量的结果一分钟更新一次显示画面，显示在屏幕上。

中子活化水泥元素在线分析仪在水泥厂的应用中子活化在线分析仪主要应用于水泥厂内生料配料过程控制与矿山进场原材料的检测。

本文介绍了中子活化水泥元素在线分析仪的基本原理，重点介绍了在线分析仪在水泥厂的实际应用和针对现场实际情况的改进。

标签：水泥生料自动配料;中子活化水泥元素在线分析仪原理;原材料1 引言水泥作为建筑工业的基础材料，随着时代的发展，广泛应用于海上、地下、深水、严寒、干热、腐蚀、辐射等多种环境下，为了满足在不同环境下的适应性，需要对水泥质量进行严格控制。

为了使工作效率更高、质量更好，就需要一个安全、可靠、稳定的配料系统。

随着中子活化水泥元素在线分析仪在水泥行业的深入应用和发展，在线分析仪中子活化技术也更加严密、稳定、高效，为水泥生料配料开启了新的发展道路，下面以华新迪庆现场使用的中子活化水泥元素在线分析仪為例，分析水泥元素在线分析仪在水泥生料配料中的应用。

2 分析仪工作原理该仪器采用中子活化瞬发γ分析（PGNAA）技术，利用中子及高能γ的贯穿能力，能对大宗散装物料进行元素成分的在线检测，可一分钟得出测量结果，不需改动生产工艺，检测过程不需取样，对整个料流进行检测，检测结果代表性强。

3 分析仪的组成测量装置（测量装置采用模块式框架结构，包含测量过程中增强中子轰击物料原子核的关键部件，同时对射线进行辐射防护，使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准，保证工作人员的健康安全。

）、中子源（采用锎252同位素，能够与物料发生中子俘获反应。

）探测器（安装在测量装置上部，用于采集物料被中子作用后发出的γ射线，探测器外包有射线抑制体和恒温部件使用探测器保持最佳工作状态。

）、信号处理柜（包含能谱采集单元、温度控制器、信号转换模块，对探测器采集γ射线进行处理。

）、主机（由硬件和软件组成，主要采集来自信号处理柜的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，通过PLC实现自动控制。

）。

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪使用Cf-252放射源安全分析报告一、DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪正常工况剂量水平描述DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪系统通常是远程操作，正常运行时操作人员不需要在分析仪附近。

分析仪在正常运行时，系统设计分析仪周围的可出入区域的剂量水平低于10μSv/小时。

这个区域包括人员访问通道，如图1-1所示。

图1-1.分析仪周围可出入区域二、DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪正常工况剂量水平分析DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪要求进行全面的辐射调查，要测量分析仪在装载放射源最大量时周围环境的剂量率。

我们分别对距在线分析仪30cm和100cm处的要求点位的伽马和中子剂量率进行监测和记录，并以监测数据来判定屏蔽装置的完整性，以确认在线分析仪的顶部、周边和开放的传送带处的最大剂量水平。

监测数据见表1-1，我们分别测量了空传送带的辐射剂量和传送带载约覆盖有约15厘米厚的物料时的辐射剂量。

图1-2辐射剂量监测位置表1-1分析仪辐射剂量监测位置空传送带传送带上有物料30cm100cm30cm100cm 132.612.916.88.227.9 2.57 2.53 3.3 2.4 3.3 2.44 4.9 2.5 3.8 2.4注：剂量率单位：μSv/h；监测对象：中子和伽马由监测数据可知，物料的加载降低了所有位置的剂量率监测值，但是由于传送带通过DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪的进口和出口较大，导致进口和出口位置的监测值偏高。

工作人员受到的总辐射剂量与在在线分析仪周围进行的工作有关。

我们对四种不同的在在线分析仪周围工作的场景进行了累计剂量的估算，计算四种场景在空传送带条件下的剂量率如下：（1）日常检查传送带隧道：直接查看传送隧道所受的最大剂量率是：32.6μSv/h检查时间：10秒=0.0028小时剂量率：32.6μSv/h X0.0028小时X365天=33.3μSv/a（2）站在在线分析仪上面工作站在在线分析仪上面工作所受的最大剂量率是：4.9μSv/h工作时间：1小时，每年4次剂量率：4.9μSv/h X1小时X4天=19.6μSv/a（3）每天路过在线分析仪10次站在在线分析仪旁边工作所受的最大剂量率是：3.3μSv/h最长时间：15秒=0.0042小时剂量率：3.3μSv/h X0.0042小时X10天X365天=50.6μSv/a（4）惰轮组件维护站在第一个最近的惰轮组件处工作所受的最大剂量率是：7.9μSv/h工作时间：0.5小时，每年12次剂量率：7.9μSv/h X0.5小时X12天=47.4μSv/a年剂量限值总结：（1）每日检查传送隧道：33.3μSv（2）站在在线分析仪上面工作：19.6μSv（3）每天路过在线分析仪10次：50.6μSv（4）惰轮组件维护：47.4μSv（5）若一名工作人员负责上述所有工作，则其一年受到的最大剂量：150.9μSv（约0.15mSv）根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002），对职业照射的剂量限值有如下规定，应对任何工作人员的职业照射水平进行控制，使之不超过下述限值；（1）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均），20mSv；（2）任何一年中的有效剂量，50mSv（3）眼晶体的年当量剂量，150mSv（4）四肢、手和足，或皮肤的年当量剂量，500mSv根据实际工作场景，工作人员每天都检查传送隧道是没有必要的，而且操作人员也不会站在在线分析仪上面工作。

中子活化水泥元素在线分析仪1 范围本标准规定了中子活化水泥元素在线分析仪的术语和定义、测量原理、组成、技术要求、试验方法、检验规则以及标志、包装、随行文件、运输和贮存。

本标准适用于利用中子活化原理对水泥原材料进行元素成分检测的中子活化水泥元素在线分析仪（以下简称分析仪）。

2 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。

2.1瞬发γ中子活化分析 prompt gamma neutron activation analysis(PGNAA)利用热中子束轰击靶样品中各种元素的原子核，使之俘获热中子后受激生成激发态复合核，在退激过程中释放出特征γ射线。

根据特征γ射线峰的能量（道址）和强度（峰计数）对元素进行定性和定量分析，可测量水泥原材料中主要元素的含量。

2.2中子活化水泥元素在线分析仪 on-line elemental analyzer for cement based on neutron activation analysis利用瞬发γ中子活化分析原理，对水泥原材料中元素成分进行在线分析的检测系统。

2.3标准样品 reference sample化学成分准确、稳定，物理性质稳定的测试样品。

2.4分析仪示值 analyzer value用分析仪对一个试验单元进行试验得到的特定的测量值。

2.5参比值 reference value用参比试验方法对一个试验单元进行试验得到的一个特定的测量值，该值作为参比用于与分析仪示值进行比对。

2.6准确度 accuracy分析仪对标准样品进行测量的示值与参比值之间的一致程度。

2.7重复性 repeatability分析仪对标准样品进行重复测定所得的示值相互间的一致程度。

3 测量原理利用热中子束轰击靶样品中各种元素的原子核，使之俘获热中子后受激生成激发态复合核，在退激过程中释放出特征γ射线。

根据特征γ射线峰的能量（道址）和强度（峰计数）对元素进行定性和定量分析。

4 组成4.1 总述分析仪由测量及防护主体、中子源、探测器、信号处理柜和主机五部分组成，如图1所示。

DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪使用Cf-252放射源安全分析报告一、DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪正常工况剂量水平描述DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪系统通常是远程操作，正常运行时操作人员不需要在分析仪附近。

分析仪在正常运行时，系统设计分析仪周围的可出入区域的剂量水平低于10μSv/小时。

这个区域包括人员访问通道，如图1-1所示。

图1-1.分析仪周围可出入区域二、DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪正常工况剂量水平分析DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪要求进行全面的辐射调查，要测量分析仪在装载放射源最大量时周围环境的剂量率。

我们分别对距在线分析仪30cm和100cm处的要求点位的伽马和中子剂量率进行监测和记录，并以监测数据来判定屏蔽装置的完整性，以确认在线分析仪的顶部、周边和开放的传送带处的最大剂量水平。

监测数据见表1-1，我们分别测量了空传送带的辐射剂量和传送带载约覆盖有约15厘米厚的物料时的辐射剂量。

图1-2辐射剂量监测位置表1-1分析仪辐射剂量监测位置空传送带传送带上有物料30cm100cm30cm100cm 132.612.916.88.227.9 2.57 2.53 3.3 2.4 3.3 2.44 4.9 2.5 3.8 2.4注：剂量率单位：μSv/h；监测对象：中子和伽马由监测数据可知，物料的加载降低了所有位置的剂量率监测值，但是由于传送带通过DF-5701中子活化水泥元素在线分析仪的进口和出口较大，导致进口和出口位置的监测值偏高。

工作人员受到的总辐射剂量与在在线分析仪周围进行的工作有关。

我们对四种不同的在在线分析仪周围工作的场景进行了累计剂量的估算，计算四种场景在空传送带条件下的剂量率如下：（1）日常检查传送带隧道：直接查看传送隧道所受的最大剂量率是：32.6μSv/h检查时间：10秒=0.0028小时剂量率：32.6μSv/h X0.0028小时X365天=33.3μSv/a（2）站在在线分析仪上面工作站在在线分析仪上面工作所受的最大剂量率是：4.9μSv/h工作时间：1小时，每年4次剂量率：4.9μSv/h X1小时X4天=19.6μSv/a（3）每天路过在线分析仪10次站在在线分析仪旁边工作所受的最大剂量率是：3.3μSv/h最长时间：15秒=0.0042小时剂量率：3.3μSv/h X0.0042小时X10天X365天=50.6μSv/a（4）惰轮组件维护站在第一个最近的惰轮组件处工作所受的最大剂量率是：7.9μSv/h工作时间：0.5小时，每年12次剂量率：7.9μSv/h X0.5小时X12天=47.4μSv/a年剂量限值总结：（1）每日检查传送隧道：33.3μSv（2）站在在线分析仪上面工作：19.6μSv（3）每天路过在线分析仪10次：50.6μSv（4）惰轮组件维护：47.4μSv（5）若一名工作人员负责上述所有工作，则其一年受到的最大剂量：150.9μSv（约0.15mSv）根据《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》（GB18871-2002），对职业照射的剂量限值有如下规定，应对任何工作人员的职业照射水平进行控制，使之不超过下述限值；（1）由审管部门决定的连续5年的年平均有效剂量（但不可作任何追溯性平均），20mSv；（2）任何一年中的有效剂量，50mSv（3）眼晶体的年当量剂量，150mSv（4）四肢、手和足，或皮肤的年当量剂量，500mSv根据实际工作场景，工作人员每天都检查传送隧道是没有必要的，而且操作人员也不会站在在线分析仪上面工作。

■质量检测Q uality & Inspection中子活化水泥元素在线分析仪的团体标准鹿晓泉\李楠楠2,王伟1(1.中国建材检验认证集团股份有限公司，北京100024 ;2.中冶建筑研究总院有限公司，北京100088)摘要：随着分析仪在水泥行业的广泛应用，如何评价分析仪各项指标以及使用效果，目前国内乃至国际上还没有该产品的统一标准。

该文主要规范了在线分析仪的要求，提供了评价分析仪在准确性、重复性、率值控制等性能的方法，对验评在线分析仪提供了有力的数据支撑，使得用户有客观、公正的数据可供参考，为仪器厂商对产品进行性能提升与升级改进提供了思路，促进了国产科学仪器品牌影响力、用户认可度和市场销量的提升。

关键词：中子活化水泥；在线分析中图分类号：TQ172.16 文献标识码：B文章编号：1671—8321 (2019) 12—0096—040引言水泥生产过程质量控制中生料质量控制是一个很重要的部分，它是保证生产优质熟料、确保水泥质量的 基础。

传统的过程质量控制均为事后检验，预先控制、调整滞后，质量波动大，往往给生产控制带来被动局面，特别是大型化、自动化的干法水泥生产，对水泥生产过 程质量控制提出更高的要求，传统的质量控制方法逐渐 显示出它的局限性。

以上这些问题的根本原因是缺少有 效的检测手段，无法进行有效控制。

中子活化水泥元素在线分析仪能直接植入到水泥生 产过程中，类似于窑操作系统中的温度、压力、电流等参 数的在线检测，可用于在线检测石灰石矿或磨前生料混 合料中各成分含量，实时计算各质量参数，控制生产过 程。

主要用途有：石灰石开采，生料配料。

第一台应用于水泥行业的中子活化分析仪诞生于上 世纪80年代，我国水泥行业在90年代末开始接触到中子 活化分析仪，引进其用于石灰石预均化前和原料人磨前 在线分析。

目前国外主要有美国Thermo Fisher公司，美国 Sabia公司，澳大利亚Scantech公司等几家公司有相关产 品，但价格昂贵，供货周期长，现场适应性差。

收稿日期：２０１９－０３－２３作者简介：沈泽飞（１９８８－），男，汉族，云南省昆明市人，从事辐射环境监测工作。

２５２Ｃｆ中子活化水泥元素在线分析仪应用中的辐射安全浅析沈泽飞（云南核瑞环境检测有限公司，云南昆明６５００３４）摘　要：对２５２Ｃｆ中子活化水泥元素在线分析仪进行γ辐射空气吸收剂量率及中子剂量当量率监测，根据监测结果估算职业人员年受照剂量。

监测结果表明，该仪表周围辐射剂量率满足含密封源仪表的放射卫生防护要求限值，个人受照剂量满足职业人员年剂量限值。

关键词：２５２Ｃｆ中子；γ辐射空气吸收剂量率；中子剂量当量率；辐射安全中图分类号：Ｘ８３７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－９６５５（２０２０）增－０１４３－０３ 近年来，伴随科技的日益发展与迅速普及，放射源已在我国工业、农业及医疗等领域获得普遍应用，其中密封放射源在工业中的应用提高了产品质量及工业自动化程度，为经济建设与发展带来了可观效益。

但是其带来的辐射环境安全隐患也不可忽略，尤其是存在多种射线的密封放射源（如２５２Ｃｆ）的核技术利用项目，无论从仪表自身的辐射防护，还是个人受照剂量防护，均应引起高度重视，避免由于使用、管理不善使放射源对环境造成污染，对职业人员及公众造成危害，因此对含密封源仪表的辐射环境监测显得尤为重要。

２５２Ｃｆ中子活化水泥元素在线分析仪由中子源放出平均能量为２ １３ＭｅＶ的快中子，快中子被测量装置慢化为热中子，热中子照射水泥物料并与物料中各元素原子核发生热中子俘获反应，放射出不同能量及强度的特征γ射线，通过检测特征γ射线的能量辨识物料中元素的种类，通过检测特定能量γ射线的强度得出元素含量。

２５２Ｃｆ在放射中子的过程中，同时伴随γ射线，因此，在监测过程中必须对γ辐射空气吸收剂量率及中子剂量当量率进行监测，在考虑防护方面需要同时考虑中子防护及γ射线防护。

１　监测的内容和方法１ １　监测内容γ辐射空气吸收剂量率；中子剂量当量率。