DE3045344C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Strahlungsgrades eines radioaktiven Teiles nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Sortieren von Material, das aus Teilen, d. h. Partikeln oder Klumpen, besteht, wie z. B. radioaktivem Erz, ist es erforderlich, eine Gradmessung oder Bewertung eines jeden Teiles durchzuführen, um danach zu entscheiden, ob dieses Teil angenommen oder zurückgewiesen werden soll. Der Grad eines Teiles wird im wesentlichen durch die Messung seiner Radioaktivität pro Masseneinheit bestimmt, wozu normalerweise eine Volumenmessung des Teiles erfolgt und von dem Volumen direkt auf die Masse geschlossen wird. Anschließend wird das Verhältnis des Zählwertes der Radioaktivitätsmessung zu der Masse des betreffenden Teiles berechnet (US-PS 30 52 353).

Dieses Verfahren liefert generell annehmbare Ergebnisse, die keiner Korrektur bedürfen, wenn das Erz hoch-radioaktiv ist, jedoch werden mit abnehmendem Radioaktivitätsgrad verschiedene Fehler, die unter anderem auf die relativen Größen der Teile, ihre Dichten und ihre Formen zurückzuführen sind, immer bedeutsamer, so daß fehlerhafte Annahme- oder Zurückweisungsentscheidungen erfolgen.

Zur Berechnung des Radioaktivitätsgrades von radioaktivem Material in einem Teil wird angenommen, daß der während des Vorbeilaufs des Teiles an Strahlungsdetektoren akkumulierte Zählwert dem Gehalt an radioaktiven Material in dem Teil innerhalb statistischer Grenzen der regellosen Strahlungsemission des radioaktiven Materials direkt proportional ist. Dies gilt jedoch nur für eine konstante Größe, Form und Masse des Teiles. Diese Faktoren beeinflussen sowohl die von den Strahlungsdetektoren aus betrachtete Zählgeometrie als auch die Eigenabsorption der Strahlung innerhalb des Teiles. Die Zählgeometrie und die Eigenabsorption der Strahlung innerhalb des Teiles sind in hohem Maße von der Form und der Masse des Teiles abhängig, so daß für eine konstante Masse an radioaktivem Material in einem Teil die von den Detektoren akkumulierten Zählwerte für das betreffende Teil in Abhängigkeit von der Teile-Masse erheblich variieren und keineswegs konstant sind, wie dies für die Berechnung des Radioaktivitätsgrades angenommen wird. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß diese Faktoren einen Fehler von 100% bei der Berechnung des Radioaktivitätsgrades eines Teiles mit einer Masse von 50 g, verglichen mit einem Teil mit einer Masse von 250 g, hervorrufen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art anzugeben, das bei der Bestimmung des Grades eines Teiles weitere Parameter, wie beispielsweise Dichte und Form des Teiles, berücksichtigt und insbesondere bei der Bestimmung relativ niedriger Radioaktivitätsgrade die Genauigkeit wesentlich erhöht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Nach der Erfindung wird zusätzlich zu der Verhältnisbildung zwischen Radioaktivität und Masse noch ein von der Masse des Teiles abhängiger Korrekturfaktor berücksichtigt. Während die Masse linear in das Verhältnis eingeht, kann durch den Korrekturfaktor zusätzlich eine nichtlineare Abhängigkeit zwischen Strahlungsgrad und Masse bestimmt werden. Dadurch, daß der Quotient mit einem von der Masse abhängigen Korrekturfaktor versehen wird, erhält man eine wesentlich genauere Bestimmung des Radioaktivitätsgrades.

Der Korrekturfaktor kann durch Kategorisierung der Form der Teile ermittelt werden, wobei die Teile entsprechend ihrer Formen in Klassen kategorisiert werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anzahl von Klassen einer bestimmten Zahl von Teile-Größen entweder nach Volumen oder Masse zugeordnet werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor von der Kategorie der Form der Teile abhängige Dichtevariationen berücksichtigt.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor von der Kategorie der Form des Teiles abhängige Variationen des Radioaktivitäts- Zählwertes berücksichtigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Radioaktivität des Teils dadurch bestimmt wird, daß das Teil entlang mindestens eines Strahlungsdetektors bewegt werden, und daß jeder Strahlungsdetektor die Radioaktivitätsmessung eines Teiles nur dann durchführt, wenn dieses Teil sich innerhalb eines vorgegebenen Abstandes von dem Detektor befindet.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Radioaktivitätsgrad und dem Ergebnis der Radioaktivitätszählung für Teile mit unterschiedlichen Massen,

Fig. 2 (a), (b) und (c) Teile mit unterschiedlichen Massen, die einer Szintillometermessung unterzogen werden,

Fig. 3 (a), (b) und (c) Teile mit unterschiedlichen Formen und gleichen Massen, die jeweils gleiche Mengen an radioaktivem Material enthalten und einer Szintillometermessung unterworfen werden,

Fig. 4 das Ergebnis der Radioaktivitätszählung als Funktion des horizontalen Abstandes von einem Szintillometer für drei Teile mit unterschiedlichen Formen,

Fig. 5 die Korrekturkurven für den Ertragsgrad (giving grade) von Teilen mit unterschiedlichen Massen (in Gramm) in logarithmischem Maßstab als Funktion des Radioaktivitäts-Zählwertes, ebenfalls in logarithmischem Maßstab,

Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Sortiersystems und

Fig. 7 ein vereinfachtes Flußdiagramm eines Computerprogrammes, das von dem System nach Fig. 6 ausgeführt wird.

Fig. 1 ist weitgehend aus sich selbst heraus verständlich und unterstreicht die Tatsache, daß Teile mit unterschiedlichen Massen, die die gleichen Radioaktivitäts-Zählwerte erzeugen, nicht notwendigerweise den gleichen Radioaktivitätsgrad haben, so daß demzufolge die Masse eines jeden Teiles exakt bestimmt werden muß, wenn eine genaue Berechnung des Radioaktivitätsgrades erfolgen soll.

Die Volumenmessung der Teile kann z. B. entsprechend der Lehre der südafrikanischen Patentanmeldung 80/4 250 mit dem Titel "Volumetric-Measurement" erfolgen oder auf eine andere Art. Es wird von der Annahme ausgegangen, daß die Masse eines jeden Teiles dem Volumen direkt proportional ist.

Die Richtigkeit dieses Schrittes basiert auf der Annahme, daß die Materialdichten in den jeweiligen Teilen innerhalb gewisser Grenzen gleich sind. Es hat sich jedoch empirisch herausgestellt, daß die spezifischen Dichten der Teile bestimmter Erze in weiten Grenzen variieren, z. B. von 2,12 bis 3,18, und daß ferner in vielen Fällen die Dichte eines Teiles von dessen Form abhängt. Daher werden die Teile nach ihrer Form kategorisiert und das Ergebnis der Volumenmessung eines jeden Teiles wird durch einen Korrekturfaktor berichtigt, der die von der Form abhängigen Dichtevariationen berücksichtigt.

Im folgenden wird eine Möglichkeit der Kategorisierung der Teile nach ihrer Form erläutert.

Es ist üblich, bei der Sortierung von Erzen elektronische Rechenhilfen, z. B. Mikroprozessoren, zu Hilfe zu nehmen, um für jeden Erzklumpen Daten zu verarbeiten, die eine Annahme- oder Zurückweisungsentscheidung ermöglichen. Die Benutzung eines Mikroprozessors bei der Verarbeitung der Eigenschaften von Erzklumpen gehört also zum Stand der Technik. Daher braucht die Routine-Programmierung des Mikroprozessors hier nicht näher erläutert zu werden. Der Mikroprozessor kann jedoch auf einfache Weise so programmiert werden, daß er das ermittelte Volumen in der Weise verarbeitet, daß ein statistisch korrigierter Wert für die Masse ausgegeben wird.

Fig. 2 (a), (b) und (c) zeigen Teile mit unterschiedlichen Massen, die jeweils direkt auf ein Szintillometer gelegt werden. Die Teile erzeugen gleiche Radioaktivitäts-Zählwerte und haben daher unterschiedliche Radioaktivitätsgrade.

Diese Figur macht ferner klar, daß die Größe der Teile den Radioaktivitäts-Zählwert beeinflußt. In jeder Darstellung ist der Winkel, den der aktive Bereich des Szintillometers einnimmt und der gerade den Umkreis des Teiles bestreicht, durch gestrichelte Linien angegeben. Es ist festzustellen, daß dieser Winkel mit zunehmender Größe des Teiles abnimmt, und daß demnach die ermittelte Strahlung von der Geometrie des Detektors und von der Größe der Teile abhängt. Zusätzlich findet eine Verringerung des Zählwertes durch Eigenabsorption innerhalb des Teiles statt und diese ist von der Größe des Teiles abhängig.

Der Radioaktivitäts-Zählwert kann durch einen Korrekturfaktor, der die Größe des Teiles, d. h. seine Masse, berücksichtigt, berichtigt werden, so daß ein korrigierter Radioaktivitätsgrad gemessen wird. Die Korrekturfaktoren können wie folgt ermittelt werden:

Eine große Anzahl von Teilen, deren Massen zwischen dem von dem Sortiersystem durchgelassenen Minimum und dem von dem Sortiersystem durchgelassenen Maximum variieren, die vorzugsweise gleichförmig reproduzierbare Formen haben und deren Konzentrationsgehalt oder Radioaktivitätsgrade den von dem Sortiersystem durchgelassenen Werten entsprechen, werden einzeln unter Normbedingungen gezählt, die das Zählsystem des Sortierers simulieren. Diese Teile werden dann einzeln durch chemische oder andere Mittel auf ihren Gehalt an radioaktivem Material hin überprüft und aus diesen Daten wird eine Reihe von Eichkurven ermittelt, in denen die Zählwerte pro Sekunde pro Gramm Masse über den Radioaktivitätsgrad der Teile für eine Reihe unterschiedlicher Massengruppen der Teile aufgezeichnet werden. Typische Kurven, die auf diese Weise entstehen, sind in Fig. 5 dargestellt, wo der Radioaktivitätsgrad logarithmisch über dem ebenfalls logarithmisch angegebenen Zählwert der Partikelmasse in Gramm als Parameter aufgetragen ist.

Aus diesen Eichkurven werden die Korrekturfaktoren für die entsprechenden Massengruppen der Teile abgeleitet, um die Radioaktivitätsgrade der Teile an der Sortiermaschine genauer berechnen zu können. Die Berechnung des Radioaktivitätsgrades für jedes die Sortiermaschine durchlaufende Teil erfolgt mittels eines Mikroprozessorsystems und die entsprechenden Faktoren zur Berechnung des Radioaktivitätsgrades einschließlich der erforderlichen Korrekturfaktoren werden in den Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM) des Mikroprozessors eingegeben, um innerhalb des Rechenprogrammes bei Bedarf abgerufen werden zu können.

Fig. 3 (a), (b) und (c) zeigen die Geometrie für Teile gleicher Masse und gleicher Radioaktivität, jedoch mit unterschiedlichen Formen, die als kubisch, flach oder breit (flitch) bezeichnet werden. Diese Ausdrücke werden im folgenden noch näher erläutert. Fig. 4 zeigt die Zählwerte für diese drei Teile als Funktion des Abstandes von dem Szintillometer-Mittelpunkt.

Die flachen und die breiten Teile, die in Fig. 3 mit annähernd gleichen Stärken dargestellt sind, ergeben den gleichen Zählwert, wenn sie sich direkt im Zentrum des Szintillometers befinden. Die kubische Form ergibt jedoch wegen ihrer größeren Eigenabsorption einen niedrigeren maximalen Zählwert.

Der Zählwert für die flache Form fällt schneller ab als derjenige für die breite Form. Dies liegt daran, daß das flache Teil länger ist als das breite Teil, und daß ein größerer Anteil von ihm beim Verschieben von dem Szintillometer dem Szintollometer ausgesetzt ist, als dies bei einem flachen Teil der Fall ist. Der Zählwert für das kubische Teil hat den schwächsten Abfall. Dies liegt daran, daß bei der Verschiebung des Kubus von dem Szintillometer infolge der größeren Höhe des Teiles das Szintillometer auf die von den oberen Bereichen des Teiles kommende Strahlung reagiert, wogegen bei Verschiebung der flachen und der breiten Teile von dem Szintillometer das betreffende Teil den Erfassungsbereich des Szintillometers schneller verläßt.

Die unterschiedlichen Formen gehen auf die geologischen Eigenschaften des Erzes zurück, das während der Abtragung und des nachfolgenden Brechens jeweils entlang seiner schwächsten Ebenen auseinanderbricht.

Die verschiedenen Teile-Formen sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf drei beschränkt, die im folgenden erläutert werden. Es sind:

a = Länge, d. h. die größte lineare Abmessung eines Teiles, b = Breite, d. h. die größte lineare Abmessung eines Teiles rechtwinklig zur Länge, c = Höhe, d. h. die größte lineare Abmessung eines Teiles rechtwinklig zur Länge und zur Breite.

Die verschiedenen Formen kubisch, flach und breit sind wie folgt definiert:

"kubisch":a < b < 1/2 a und
a < c < 1/2 a "flach":a < b < 1/2 a und
c < 1/2 a "breit":b < 1/2 a und
c < 1/2 a

Es hat sich herausgestellt, daß bestimmte Erze 60% kubischer Teile, 30% flacher Teile und 10% breiter Teile enthalten. Bei dem vorliegenden Beispiel sind die Formen anhand ihrer größten linearen Abmessungen in den verschiedenen Richtungen definiert, jedoch muß dies nicht notwendigerweise so sein. Die Formen können beispielsweise auch anhand der jeweiligen mittleren linearen Abmessungen bestimmt werden.

Die möglichen Formen sind keineswegs erschöpfend aufgezählt und für bestimmte Erze kann es möglich sein, mehr oder weniger Grundformen zu erkennen. Wichtig ist, daß jede Grundform innerhalb bestimmter Grenzen einen voraussehbaren Effekt auf den Strahlungszählwert ausübt, der empirisch bestimmt wird.

Mittels fundamentaler Meßtechniken und unter Verwendung einer Anzahl statistisch repräsentativer Teile-Proben mit unterschiedlichen Grundformen, die in die verschiedenen Massenkategorien fallen, kann eine Kurvenschar, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, weitgehend in der gleichen Weise wie die Kurve nach Fig. 5 ermittelt werden und die hieraus abgeleiteten Daten können zur Erzeugung von Korrekturfaktoren benutzt werden, die innerhalb des Mikroprozessorprogramms zur Rechnung statistisch korrigierter Strahlungsgradbestimmungen verwendet werden.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Sortiersystems auf der Basis der oben geschilderten Prinzipien. Das System weist einen Riemenförderer 10 auf, der zahlreiche mit gegenseitigen Abständen hintereinanderliegende Teile 12 nacheinander an einer Reihe von Strahlungsdetektoren 14 vorbeiführt, von denen jeder eine effektive Zählzone 16 aufweist. Jeder Detektor reagiert auf die Strahlung des einzelnen Teiles, das sich zum jeweiligen Zeitpunkt in seiner Zählzone befindet, und die Zählwerte der einzelnen Strahlungsdetektoren werden für jedes Teil von einem Akkumulator 18 akkumuliert. Dies kann in der Weise geschehen, wie in der südafrikanischen Patentanmeldung 78/3 198 beschrieben ist.

Eine Volumenmeßvorrichtung 20, wie sie in der südafrikanischen Patentanmeldung 80/4 250 beschrieben ist, ist an dem Riemenförderer 10 angeordnet und liefert einen Volumenmeßwert für jedes vorbeilaufende Teil. Der Akkumulationswert und der Volumenmeßwert werden miteinander korreliert und in einem Speicher 20 eines Mikroprozessors 24 gespeichert. Ein mit den beschriebenen Korrekturdaten vorprogrammierter Festwertspeicher 26, der die beschriebenen Korrekturdaten enthält, ist mit dem Mikroprozessor 24 verbunden.

Bei jeder Volumenmessung kann eine Massenbestimmung erfolgen. Zusätzlich können die bei der Volumenbestimmung eines Teiles erzeugten Daten auf der Basis der schon dargelegten Regeln oder Definitionen beispielsweise zur Kategorisierung der Teile nach ihrer Form benutzt werden.

Der Speicher 26 enthält die in Abhängigkeit von den repräsentativen Proben des zu sortierenden Erzes statistisch bestimmten Korrekturdaten und kann außerdem die folgenden Daten enthalten:

• a) Korrekturfaktoren für Dichtevariationen, die von der Form der Teile, dem Volumen oder anderen Parametern abhängen,
• b) Korrekturfaktoren z. B. der in Fig. 5 dargestellten Art, die die Masse der Teile berücksichtigen und
• c) Korrekturfaktoren z. B. der in Fig. 4 dargestellten Art, die die Form eines jeden Teiles berücksichtigen.

Für jedes Teil 12 führt der Mikroprozessor 24 eine Routine durch, bei der die entsprechenden Korrekturfaktoren aus dem Speicher 26 ausgelesen werden und danach das Ergebnis der Massenmessung für das betreffende Teil korrigiert wird. Das Verhältnis des Zählwertes zu dem korrigierten Massenwert ergibt den Strahlungsgrad des Teiles. Aufgrund dieses Strahlungsgrades erfolgt eine Annahme/ Zurückweisungs-Entscheidung durch den Mikroprozessor nach vorbestimmten Kriterien. In Abhängigkeit von dieser Entscheidung wird eine Sortiervorrichtung 28, die beispielsweise Preßluftdüsen aufweist, betätigt, um die Teile zu sortieren.

Fig. 7 zeigt ein vereinfachtes Flußdiagramm des von dem Mikroprozessor 24 ausgeführten Programms. Das Flußdiagramm ist zum größten Teil aus sich heraus verständlich und zeigt einen Rechenzyklus für ein einziges Teil. Wenn parallele Reihen vorhanden sind, können natürlich dieselben Berechnungen simultan im parallelen Modus ausgeführt werden oder man kann im Zeitmultiplexverfahren arbeiten, so daß sämtliche Rechenvorgänge von einem einzigen Rechner ausgeführt werden.

Ein weiterer Faktor, der berücksichtigt wird, besteht darin, daß die Zählwerte, auf denen die Bestimmung des Strahlungsgrades basiert, für unterschiedliche Teile unter denselben Bedingungen ermittelt werden müssen.

Da die von den Kristalldetektoren des Szintillometers pro Zeiteinheit empfangenen Zählwerte eine Funktion des Abstandes zwischen dem Teil und dem Kristall sind und einen Höchstwert annehmen, wenn das Teil das Zentrum des Kristalls passiert, und da der Hintergrund durch die Bewegung des Teiles nicht beeinträchtigt wird, ist es wichtig, die Strahlungszählung eines sich nähernden Teiles erst dann zu beginnen, wenn der Zählbetrag einen bestimmten Anteil des Spitzenzählwertes ausmacht, d. h. wenn das Teil an oder relativ nahe an der Mittellinie des Kristalls angekommen ist.

Die Zählzeit beginnt daher, wenn das Teil sich bei seiner Annäherung an den Szintillationszähler in einer bestimmten Entfernung von dem Zähler befindet, und sie endet bei der gleichen Entfernung hinter dem Zähler.

Dies kann man mit Hilfe von Lichtschranken 30 und 32, die jeweils am Eingang und am Ausgang einer jeden Zählzone angeordnet sind, erreichen. Die Lichtschranken entdecken das Vorhandensein eines Teiles 12 und steuern die Datenübertragung von den Detektoren 14 zum Akkumulator 18. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, indem die Zählwerte in Pufferregistern zwischen den Detektoren 14 und dem Akkumulator 18 in festen Zeitintervallen sortiert werden, wobei nur solche Zählwerte aus dem Register ausgegeben werden, die registriert waren, als das Teil sich in der Zählzone befand.

Claims (6)

1. Verfahren zur Bestimmung des Strahlungsgrades eines radioaktiven Teils, bei welchem die Radioaktivität und die Masse des Teils gemessen werden und aus dem Verhältnis der gemessenen Radioaktivitäts- und Massewerte der Strahlungsgrad des Teils bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bestimmung des Strahlungsgrades zusätzlich ein von der Masse des Teils abhängiger Korrekturfaktor berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Masse durch Messung des Volumens des Teils erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Analyse der Form des Teils durchgeführt wird und daß der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der Kategorie der Form des Teils festgelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor von der Kategorie der Form des Teils abhängige Dichtevariationen berücksichtigt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor von der Kategorie der Form des Teils abhängige Variationen des Radioaktivitäts-Meßwertes berücksichtigt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Radioaktivität des Teils dadurch bestimmt wird, daß das Teil entlang mindestens eines Strahlungsdetektors bewegt wird und daß jeder Strahlungsdetektor die Radioaktivitätsmessung eines Teils nur dann durchführt, wenn dieses Teil sich innerhalb eines vorgegebenen Abstandes von dem Detektor befindet.