低輻射高穩(wěn)定的皮帶核子秤制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)核子秤用于物料的重量（質(zhì)量）的在線測(cè)量，如生產(chǎn)過程的配料控制或運(yùn)輸計(jì)量。　　該皮帶核子秤采用長(zhǎng)正比計(jì)數(shù)管作探測(cè)器。由于測(cè)量正比計(jì)數(shù)管的輸出脈沖較測(cè)量電離室的輸出電流更靈敏，這種核子秤使用的放射源活度較使用電離室低一個(gè)量級(jí)。　　在正比計(jì)數(shù)管內(nèi)放置了用于產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖的單能α源，二次儀表中使用了穩(wěn)峰技術(shù)，使得該核子秤在探測(cè)器和前置放大器不恒溫的情況下穩(wěn)定地工作。（*該技術(shù)在2011年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于核物理領(lǐng)域，涉及一種用于重量或質(zhì)量測(cè)量的核輻射計(jì)量設(shè)備。本專利技術(shù)利用射線透射傳送皮帶及被傳送的物料時(shí)，射線隨皮帶載荷(單位皮帶長(zhǎng)度上被傳送物料的重量)減弱的規(guī)律測(cè)出皮帶的載荷。用測(cè)長(zhǎng)度的傳感器(例如測(cè)出與皮帶磨擦的輥輪轉(zhuǎn)數(shù))測(cè)出皮帶的運(yùn)行長(zhǎng)度，或測(cè)速傳感器測(cè)出皮帶的速度，經(jīng)模擬或數(shù)字計(jì)算得到單位時(shí)間物料流量和被傳送物料的總重量。該秤用于物料的重量或質(zhì)量計(jì)量和生產(chǎn)過程的配料控制。這種方法也適用于管道內(nèi)輸送物料的計(jì)量。一般核子秤包括1.放射源;2.A形架或C形架;3.核輻射探測(cè)器;4.測(cè)速機(jī)構(gòu);5.二次儀表。放射源可以是點(diǎn)源也可以是線源。如果使用點(diǎn)源，探測(cè)器靈敏區(qū)的有效長(zhǎng)度必須大于皮帶寬度。這樣射線可以穿透被傳送的全部物料，得到準(zhǔn)確的載荷數(shù)。如果使用點(diǎn)探測(cè)器就必須使用長(zhǎng)度大于皮帶寬度的均勻的線源，保證射線穿透被傳送的全部物料。當(dāng)然也可以使用線源和長(zhǎng)探測(cè)器，還可以使用多個(gè)點(diǎn)源和點(diǎn)探測(cè)器的組合。因?yàn)殡婋x室較其他探測(cè)器容易做長(zhǎng)，它的壽命長(zhǎng)、自身穩(wěn)定性好，所以使用這種探測(cè)器的核子秤最多。但是它的靈敏度差，輸出電流小。美國(guó)專利3.541.332 Patented Nov.17.1970.專利技術(shù)的核子秤就使用長(zhǎng)電離室。為了提高輸出電流，美國(guó)Kay-Ray公司、清華大學(xué)核能所、華海公司制做了多電極充高氣壓的電離室。盡管如此還要使用3.7×109貝可以上的銫137γ源，其輸出電流才能達(dá)到10-10～10-9安培量級(jí)，要測(cè)出物料的變化就要測(cè)出10-12安培的電流變化。測(cè)量這樣小電流的靜電計(jì)要使用109歐姆以上的電阻，其溫度系數(shù)為0.1%/℃到0.2%/℃。就是說(shuō)環(huán)境溫度每變化十度，靜電計(jì)的輸出電壓將變化1%～2%，這對(duì)核子秤來(lái)說(shuō)是不允許的。必須對(duì)探測(cè)器和靜電計(jì)恒溫。美國(guó)專利3.610.925 Patented Oct.5.1971.清華大學(xué)核能所、華海公司、美國(guó)Kay-Ray公司均采用溫度控制器，將探測(cè)器和靜電計(jì)或只對(duì)靜電計(jì)恒溫。一般恒溫在140°F左右。采用多電極高氣壓電離室的缺點(diǎn)1.使用的放射源太強(qiáng)，限制了核子秤的推廣。2.只有在環(huán)境溫度低于恒溫點(diǎn)才能使用恒溫器，環(huán)境溫度高于恒溫點(diǎn)不能使用。3.環(huán)境溫度過低，也就是加熱功率不能抵消散熱功率時(shí)，恒溫器也失去恒溫作用，核子秤將有很大誤差。美國(guó)專利3.541.332 Patented Nov.17.1970還使用了多個(gè)閃爍計(jì)數(shù)器和多個(gè)放射源分別置于傳送帶上方和下方的布置方法。由于點(diǎn)源和點(diǎn)探測(cè)器之間的間隙，有一部分物料未被射線穿過造成誤差，光電倍增管本身的疲勞現(xiàn)象和溫度不穩(wěn)定性也會(huì)造成核子秤不穩(wěn)定。使用多個(gè)點(diǎn)源較使用一個(gè)點(diǎn)源也給防護(hù)帶來(lái)麻煩。石家莊404廠輻射開發(fā)中心使用線源和一個(gè)碘化鈉閃爍計(jì)數(shù)器做的核子秤采用對(duì)銫137γ射線的光電峰穩(wěn)峰的辦法來(lái)提高核子秤的穩(wěn)定性。這種方法仍有不足之處第一，使用線銫137源很難制作均勻，也不好防護(hù)。第二是透過物料后的γ射線的光電峰的形狀隨被傳送物料的成份和多少變化，當(dāng)γ射線發(fā)生小角度散射時(shí)(材料越輕小角度散射越多)光電峰的低能邊緣變緩，造成峰位移動(dòng)。如果靠近探測(cè)器放置一個(gè)能量較高的源(例如鈷源)，雖然該光電峰形狀不變，但是當(dāng)幾何條件改變時(shí)峰計(jì)數(shù)改變，并且該源的康普頓效應(yīng)計(jì)數(shù)和透過物料的銫源計(jì)數(shù)混雜，降低了數(shù)據(jù)處理的精度。本專利技術(shù)的目的在于降低核子秤使用的放射性活度，并且提供一種更好的消除環(huán)境溫度影響和提高核子秤長(zhǎng)期穩(wěn)定性的方法。本專利技術(shù)的要點(diǎn)是設(shè)計(jì)一種孿生的長(zhǎng)γ和α射線正比計(jì)數(shù)管。正比管一端放置一個(gè)準(zhǔn)直的α源，產(chǎn)生高斯分布的單能α粒子脈沖，作為提高核子秤穩(wěn)定性的參考信號(hào)。增加α正比管陽(yáng)極絲直徑，限制α粒子的射程，使得α脈沖大于γ射線的脈沖幅度，又比較接近。兩正比管的氣體相通，陽(yáng)極絲相連，用同一高壓供電，共用前放和主放。二次儀表設(shè)二個(gè)等寬單道，置于α微分譜的二個(gè)邊緣。比較通過二個(gè)單道的計(jì)數(shù)率，控制正比管的供電高壓，得到穩(wěn)定的微分譜分布，從而保證γ脈沖計(jì)數(shù)率不受溫漂和元件老化的影響只隨皮帶載荷變化。 附圖說(shuō)明圖1核子皮帶秤示意圖 放射源 A形架或C型架 探測(cè)器 測(cè)速機(jī)構(gòu) 二次儀表或微處理器圖2核子皮帶秤方框圖 正比計(jì)數(shù)管 測(cè)速機(jī)構(gòu) 前置放大器 主放大器 單道脈沖分析器，允許通過Hα到Hα+△Hα幅度的脈沖。計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)率計(jì)，記錄通過單道的脈沖。 單道幅度分析器，允許通過Hα-△Hα到Hα幅度的脈沖。計(jì)數(shù)器或計(jì)數(shù)率計(jì)，記錄通過單道的脈沖。比較器，可以是數(shù)字比較器也可以是模擬電壓比較器(模擬電壓比較器即差分放大器)。比較計(jì)數(shù)器和的計(jì)數(shù)率。低壓電源 高壓電源 單道脈沖分析器，允許通過幅度Hγ1到Hγ2的γ脈沖。處理器，接收單道的計(jì)數(shù)和測(cè)速機(jī)構(gòu)的輸出信號(hào)，計(jì)算出載荷，皮帶速度，單位時(shí)間流量和總重量。圖3正比計(jì)數(shù)管結(jié)構(gòu)圖 γ正比計(jì)數(shù)管陰極(管壁) α正比計(jì)數(shù)管陰極、、 絕緣子 陽(yáng)極絲 陽(yáng)極絲 α源圖4主放大器輸出脈沖的微分譜圖4的橫軸為脈沖幅度，縱軸為單位脈沖幅度內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)或計(jì)數(shù)/道。Ⅰ區(qū)為正比計(jì)數(shù)管的噪聲區(qū)Ⅱ區(qū)為正比計(jì)數(shù)管的γ射線計(jì)數(shù)區(qū)Ⅲ區(qū)為正比計(jì)數(shù)管的α射線計(jì)數(shù)區(qū)為了便于防護(hù)，本專利技術(shù)采用點(diǎn)源。探測(cè)器采用大于傳送皮帶寬度的長(zhǎng)正比計(jì)數(shù)管。正比計(jì)數(shù)管工作在氣體放電曲線的正比放大區(qū)。γ射線在正比計(jì)數(shù)管管壁及充的氣體中產(chǎn)生次級(jí)電子，次級(jí)電子在管內(nèi)氣體中損失能量產(chǎn)生電離。正比計(jì)數(shù)管的陽(yáng)極絲收集的電子電荷量正比于次級(jí)電子在管內(nèi)氣體中損失的能量。如果使用銫137源，γ射線的次級(jí)電子能量在幾百Kev量級(jí)。一個(gè)大氣壓下，空氣中的射程為米量級(jí)，在直徑為幾個(gè)厘米的正比計(jì)數(shù)管內(nèi)次級(jí)電子只損失一部分能量。由于次級(jí)電子產(chǎn)生的位置和方向不同，次級(jí)電子在計(jì)數(shù)管內(nèi)的射程就不同，產(chǎn)生的正負(fù)離子對(duì)的數(shù)量不同，陽(yáng)極絲收集的電子電荷就不同。前置放大器和主放大器放大后得到的脈沖幅度不同。因此圖4中脈沖微分譜的Ⅱ區(qū)(γ區(qū))是一條向下斜的γ射線的脈沖微分分布曲線。這說(shuō)明正比計(jì)數(shù)管的供電高壓、前置放大器、主放大器和單道的任何變化都會(huì)引起通過單道的γ射線計(jì)數(shù)率變化，經(jīng)處理器處理后得到的載荷量就會(huì)有很大的誤差。如果把正比計(jì)數(shù)管分為兩部分，但氣體是相通的，一部分測(cè)量γ射線，而另一部分放置一個(gè)準(zhǔn)直的α源。其辦法是在陰極上打一小孔，將α源固定在陰極的外表面上，陰極的小孔對(duì)α源起準(zhǔn)直作用。因?yàn)棣亮Ｗ拥哪芰渴且欢ǖ模瑸閹譓ev，在一個(gè)大氣壓的氣體中射程為幾個(gè)厘米。α粒子的能量能夠全部損失在正比計(jì)數(shù)管的氣體內(nèi)。但是為了減小α脈沖幅度和γ射線脈沖幅度的差距，可以用減小正比計(jì)數(shù)管α部分的直徑或平板形正比計(jì)數(shù)管陰極間距離的方法限制α粒子在氣體中的射程的辦法來(lái)減小α脈沖的幅度。由于α粒子單能，射程相等，α微分譜始終保持著高斯分布。當(dāng)高壓、前置放大器、主放大器發(fā)生溫度漂移或元件老化時(shí)，α粒子脈沖幅度和γ射線的脈沖幅度同時(shí)變化，發(fā)生微分譜沿脈沖幅度軸即橫軸的拉伸或壓縮。通過記錄γ射線脈沖的單道的γ射線脈沖數(shù)就變化。因而處理器計(jì)算的皮帶載荷就有誤差。為了把各種因素造成的γ計(jì)數(shù)率的漂移自動(dòng)地調(diào)整回來(lái)，設(shè)置了甄別閾為Hα，道寬為△Hα的單道脈沖分析器和甄別閾為Hα-△Hα，道寬為△Hα的單道脈沖分析器。Hα對(duì)應(yīng)α脈沖微分譜的峰值。△Hα近似于α脈沖本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種核子秤由放射源［１］、Ａ形架（或Ｃ形架）［２］、核輻射探測(cè)器［３］、測(cè)速機(jī)構(gòu)［４］和二次儀表（或微處理器）［５］構(gòu)成，其特征在于：（１）所說(shuō)的核輻射探測(cè)器［３］采用長(zhǎng)正比計(jì)數(shù)管，該正比計(jì)數(shù)管分為二部分，一部分用來(lái)測(cè)量穿過運(yùn)輸皮帶及運(yùn) 輸物料的γ射線，另一部分管內(nèi)放置了準(zhǔn)直的α源，產(chǎn)生幅度一定的α粒子脈沖，兩部分正比計(jì)數(shù)管充的氣體相通，α正比計(jì)數(shù)管的陽(yáng)極絲［２５］較γ計(jì)數(shù)管的陽(yáng)極絲［２４］粗，同時(shí)減小α正比計(jì)數(shù)管的直徑或減小平板正比管陰極間的距離，限制α粒子射程，保證α粒子脈沖幅度大于γ射線的脈沖幅度，但是幅度比較接近，兩根陽(yáng)極絲相連接，用同一高壓電源［１６］供電，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入同一前置放大器［８］和主放大器［９］，（２）所說(shuō)的二次儀表采用了穩(wěn)定正比計(jì)數(shù)管內(nèi)安裝的α源的單能峰的穩(wěn)峰方法，改善溫度和其 他各種因素引起的核子秤的不穩(wěn)定性，二個(gè)等寬單道［１０］和［１２］分別置于微分譜的α單能峰的兩個(gè)邊緣，高能邊的脈沖通過單道［１０］，由計(jì)數(shù)器（或計(jì)數(shù)率計(jì)）［１１］計(jì)數(shù)，低能邊的脈沖通過單道［１０］，由計(jì)數(shù)器（或計(jì)數(shù)率計(jì)）［１１］計(jì)數(shù)，低能邊的脈沖通過單道［１１］，由計(jì)數(shù)器（或計(jì)數(shù)率計(jì)）［１３］計(jì)數(shù)，通過比較器［１４］（數(shù)字比較器或模擬電壓比較器即差分放大器）比較［１１］和［１３］的計(jì)數(shù)率，其結(jié)果用來(lái)調(diào)整低壓電源［１５］的輸出電壓，控制給正比計(jì)數(shù)管供電的高壓電源［１６］的輸出高壓，把任何原因引起的單能α峰的峰位移動(dòng)拉回到微公譜橫軸的Ｈ↓［α］點(diǎn)上，消除正比計(jì)數(shù)管［６］經(jīng)過前置放大器［８］，再經(jīng)過主放大器［９］放大后的所有輸出脈沖幅度的變化，保證通過單道［１７］的幅度從Ｈ↓［γ１］到Ｈ↓［γ２］的γ脈沖的計(jì)數(shù)率不受溫度和元件變化的影響，只隨運(yùn)輸皮帶的載荷變化。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王澤民，解苑明，趙秀明，許盛奎，陸雙桐，陳宏宙，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：清華大學(xué)，中國(guó)核工業(yè)總公司北京核儀器廠，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：11[中國(guó)|北京]