JPH02501331A - 中性子の活性化によるばらの材料の流れを分析する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 中性子の活性化によるばらの材料の流れを分析する方法と装置本発明は、ばらの 材料の流れの中の１つ以上のめる要素の量を測定するための、活性化した中性子 による分析方法とその装置に関するものである。

本発明は請求める要素からガンマ線の放出を誘導することのできる少くとも１つ の中性子源の近くを材料の流れが通過するようにし、各要素から放出された特別 のガンマ線が材料の流れの中で検出され、測定され、それらのエネルギー・スペ クトルによって選出されて、当該要素の量を得る方法に関するものであり、本発 明は更に此の方法を適用した装置に関するものである。

此の型の方法は、鉱物の金属含有量又は石炭の灰分含有量を決定するために鉱工 業においてよく知られ、さらにセメントの製造のために決定されなければならな い（供給原料と云われる）原材料内の多くの成分の濃度をめるためにセメント製 造においてよく知られているものである。特に次の刊行物、ＥＰ−Ａ−０１７１ ２５６゜ｔＪｓ−Ａ−４３６２９３９とＷＯ−８４１０４３９３は参照されてい る。この方法は、中性子による物質の照射は、スペクトル分析を可能とするよう に、それらの原子によって違ったエネルギーレベルのガンマ線の放出をし、多く の要素との核反応の原因となるという事実に基づいている。これらのガンマ線は 、原子により中性子が捕獲される間のみ放出され新しい同位元素を形成する、い わゆる捕獲により発生するガンマ線（以下血獲ガンマ線という）と、かくて形成 され寿命の間減少する強さをもつ放射性同位元素によって放出されるいわゆる活 性化ガンマ線とがある。

研究所では、多くの中性子源が適当な容器に入れられて比較的小さなサンプルを 活性化するため用いられている。しかし、大容量のばらの材料の連続的又は間欠 的な分析は中性子源の寸法によって制限されている。工業的規模のものに適用す るための標準的方法は、通過する材料を照射するために放射線源を利用したもの である０例えば、ＥＰ−Ａ−０１７１２５６はこの方法による中性子活性化のた めの装置を記載している。該装置は垂直な長方形の筒を有し、筒内の一例に１つ 又はそれ以上の中性子放射線源を設け、核部の放射源とは反対の側に１つ又はそ れ以上の検出器をさらに設けて、材料の流れ断面全体について最も均一な結果が 得られるように、ばらの材料が標準速度で頂部から底部へ移動するように連続的 に供給されている。

放射性核種は永久的な源であるという事はかくの如き工業的応用を困難とする。

前記源の突発的な破損による放射性物質の汚染の危険が咳源を材料の流れの外に 置くことを余儀なくしており、この照射は放射性核種によって放出された中性子 の一部によってのみ行われ、そして窓の外に流出するのを許しているので、人間 環境を保護するために広範囲の遮蔽が必要である。この配置は装置の近くの職員 に対してきびしい予防措置を課している。その上、筒の断面、即ちある瞬間に前 記源にさらされる材料の容量を制限しており、例えば、石炭、鉄鉱石、セメント の粗原料の利用又は前均質化で行われているような、材料の大きな流れを制御す るために、サンプリングの必要性を強要している。更に、ガンマ線の検出器は破 壊又は質の低下の原因となる中性子の衝撃にさらされ、又核反応の場所である筒 の２つの側壁からのガンマ線にさらされている。ＥＰ−Ａ−０１７２５６は特別 な装置を使わなければならないことを示している。

例えば、中性子源の何れかの側に置かれた２つのガンマ線源及び該ガンマ線源の 反対側に置かれた２つの補足の検出器である。この事は装置の複雑性と放射線に 対する保護の問題を大きくしている。最近まで、此等の欠点はこの方法と此の型 の装置の広い適用を拒んできた。ＣＢ−Ａ−２１０１３０４は、放射線の保護の 問題を制限するために、全鉱石の塊を選定するように設計された装置においては 、材料の３つの通路を形成するように該源のまわりに３角形に配置された３つの 垂直な回転する筒の間に置かれた重水素を運ぶ標的の形に中性子源を設けていて 、標的はその側に位置し真空管によって標的に連結された高電圧の加速器によっ てイオンが照射されるようにされている。ガンマ線は試験片が選定のために個々 に検査される装置の他の部分で後に検出される。この方法においては活性化した ガンマ線は一度だけ測定される。他の側においては、加速器の捉案された配置と 回転する筒はかなりの建設上の困難の原因となっている。

放射線源を使用することによる他の問題は、ノ・源の近くで、捕獲と活性化のガ ンマ線が、検査するある要素の量の正確な測定を妨げているとはいえ、該線の起 源を確認することがより困難であるように個々にではなく、同時に測定されるこ とである。ある活性化された要素は数秒程度の非常に短い半減期をもつという事 実は、ある距離で活性化後のある時間になされた活性化エネルギーの測定は一緒 に比較することはできないことを意味する。

かくして、本発明の目的は放射性核種を、保護が容易になされ、好適には活性化 ガンマ線から捕獲ガンマ線を区別できるような方法で、大容量の材料の流れを分 析するのに用いられる源と置き換えることである。他の１つの目的は比重又は水 分含有量の如き可変パラメータを分けて測定することを必要としない分析方法を 提供することである。

上記の目的を有する本発明の分析的方法は、中性子源として中性子を発生する少 くとも１つの管が用いられ、中性子の脈動流の放出状態をつくるために中性子発 生管が間欠的に用いられ、これらの衝動に続く時間の間に前記要素による捕獲と 活性化のガンマ線が第１のスペクトルを得るために検出され、少くとも１つの他 の時間の間に活性化のみのガンマ線が第２のスペクトルを得るために検出され、 第１と第２のスペクトルに対応するエネルギー範囲内で検出されたガンマ線のそ れぞれの値が捕獲ガンマ線のみを含むスペクトルの指示を与えるように組合され るということを特徴としている。

中性子発生管は装置が用いられないときは人を照射の危険からまもるため中性子 の放出を停止するためにスイッチが切られ、装置とその保全を容易にしている。

さらに、中性子源が小形で、その成分の放射性は弱いので、中性子源（及びガン マ線検出器）はこれを囲む材料の流れ内に置くことができ、この事は放射性に対 する保護を容易にしている。この装置は固体の粒状物のみでなく水中に固形物を 分散させたスラリ等の粘性流又は液体の流れに対しても応用できる利点がある。

さらに、普通ｃｆ−２５２を使う放射性核種と比較して、中性子発生管はｃｆ− ２５２が約２．３５ＭｅＶであるのに対し１４ＭｅＶという高い始動エネルギー の単一の活発な中性子を放出する。中性子の進行速度は多くのエネルギーレベル で物質を照射しかつさらに種々の反応を得られるように選択される。この事は発 生管と材料の流れとの間に水素原子に富んだ物質の層を導入することによって達 成される。

出版物ＥＰ−Ａ−００９５９００は捕獲と活性化のガンマ線の検出及び測定の装 置とを組合せた、脈動して放出する中性子発生管の利用について記しているが、 此の目的と応用は本発明のものとは基本的に違っている。何故なら、この書から 得られるすべてのものは、石油試掘時のドリル穴のまわりの地質構造における熱 い中性子の半減期に関するものである。此の文書に記された方法はドリル穴のま わりの地面の中のある要素のレベルの測量をすることもなく又目的ともしていな い。実際に、中性子の活性化による衝撃の後に、ガンマ線が測定される時間は少 くとも４つの連続した時間の間隙を必要とし、ある間隔から次の間隔まで強さを 減少することは、捕獲される数の減少、すなわち熱い中性子の数の減少を示して いる。此等の測定は、中性子発生管の活性化されない間の長い間隔にわたって測 定し、かつ一定に維持された目たたない放出をさし引くことで訂正される。此の 方法は捕獲と活性化のガンマ線の別々の測定を与えておらず、ガンマ線のスペク トル分析をしておらず、さらにドリル穴に導入された探測器に２台の検出器を使 用する必要がある。

此の方法の好ましい形では、中性子の放出の正規の時間と検出の正規の時間とを 有し、各放出の時間の後に捕獲と活性化のガンマ線の検出のための正規の時間が 続いていることである。少くとも１つの脈動する放出相からなる放出と検出のサ イクルが行われ、放出のない相は活性化のみによるガンマ線を検出するために、 少くとも１つの引き延ばされた時間を有している。検出されたガンマ線は正規の 時間と引き延ばされた時間の量刑々に測定され、かつこれらのそれぞれの測定値 は捕獲ガンマ線の指示を与えるような方法で組合される。各サイクルは１００ｍ ５までの長さを有し放出と検出の正規の時間は０．２　ｍ　ｓより小さい、各サ イクルについては、引き延ばされた時間は好ましくは、正規の検出の時間の合計 に等しい時間を有していることである。

此の方法の改良されたものにおいては、脈動した放出は、短い放出の後研究され る材料内で弾性のない衝突によって生じたガンマ線が検出されるように、さらに 一層はやく作られる。これらのガンマ線は捕獲と活性化から生ずるものとは違っ ていて、研究の行われている要素について加えられるべき情報を提供すると考え られる。これを達成するために、このサイクルは２つの放出相がらなり、放出と 検出の正規の時間は第１の相で０．０５　ｍ　ｓより小さい時間（好ましくは０ ．００５　ｍ　ｓのオーダーの時間）と第２の相における０、　０５と０．２　 ｍ　ｓとの間の時間を有し、第１の相の間に検出されたガンマ線は別々に測定さ れ、そしてこれらの結果は脈動する放出の第２の相と放出しない相から得られた 結果とを、−中性子と要素との間の弾性のない衝突から生ずるガンマ線にスペク トルの表示を与えるように組合される。

この発明により特に有用なことは、限定された始めの最小値よりも秀れたエネル ギーの全てを包含する関連範囲と該関連範囲内に含まれる他の範囲内でそれぞれ 検出されたガンマ線とが別のチャンネルで同時に測定され、ばらの材料中の要素 の含有量の表示が前記関連範囲と他の範囲からそれぞれ得られた測定値の直線的 な組合せによって得られることを特徴とし、ガンマ線の異なるエネルギー範囲が 被調査要素のそれぞれのエネルギー特性を有するものから区別され、そしてこれ らの範囲内で検出されたガンマ線が関連するチャンネル内で測定されることであ る。好ましくは、エネルギー範囲の１つは２２２０）［ｅＶであり、はじまりは ２４００ＫｅＶよりすぐれている。

本発明の方法によれば、中性子の活性化とガンマ線の検出が行われる領域におい て、連続的に流れる物質を有することは可能である。

分析の行われる流れは固体の粒状物の流れであり、通常スラリー又はペーストの 形の液中に固体の分散した流れである。

本方法の特別な応用例において、セメントの製造用の粗原料は分析さるべき材料 である０次の要素の少くとも１つは、本発明の手段によって此等の材料中で検出 しうる。これらの要素は炭素、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、シリ コン、イオウ、カルシウム、鉄である。しかしながら、肥料製造における窒素、 燐、カリウムの如き要素やアルミニウム工業における弗素の如き完全に異なる要 素の量を測定する他の工程にもこの方法は同様に応用しうる。

本発明の方法の応用を説明するために、材料の通路を有するばらの材料の流れの 中に中性子活性化分析装置を設けた例を用いる。

本発明の装置の１例は、少くとも１つの中性子源と、さらに材料中に含まれる要 素によって放出される特徴のあるガンマ線を選択的に測定するための測定装置を 前記通路に近接して設ける。前記の中性子源は中性子を発生する管の形のもので あり、該装置は発生管によって放出された中性子の流れを周期的な方法で制御す るための装置と放出されたガンマ線を測定する装置とを有し、測定装置は活性化 と捕獲のガンマ線を測定するための少くとも１つのチャンネルと活性化のガンマ 線のみを測定する他のチャンネルと、多くのチャンネルによって得られた測定値 を組合せるための計算装置とを存することを特徴とするものである。

この発明の装置の１つの特に有用な形態は、単一ガンマ線検出器を存し、該検出 器の出口をスイッチング装置（５０）　Ａこ連結して、前記出口からの信号を中 性子の脈動放出サイクルによる連続的方法によって、１つの測定チャンネル又は 他のチャンネル又はチャンネルのないところへ送るように前記スイッチング装置 によって送るようにしたものである。

材料の通路が垂直な筒の形である場合に、中性子発生管と少（とも１つのガンマ 線検出器を内部に有する探査管を、該探査管が材料の流れの中心にうまく設けら れる如く、前記筒内の保護管に納めて設けることはできる。この装置では、中性 子源より中性子は全方向に放出され、該源と検出器との間に設けられた遮蔽によ って吸収される部分を除いて材料の金塊れに実際に接触するようになる。同様に 、中性子源から直接放出された高エネルギーの中性子によって、盲にされること なしにガンマ線を正確に検出できる如く効果的に、前記検出器は実際にすべての 方向からのガンマ線を受取ることができる。中性子発生管は材料の通路の中心に 置くことが好ましいことである。

本願の１つの特に好ましい例では、探査管のまわりの保護管は水素原子に冨んだ 物質の層を有している。此等の原子は中性子に対しかなりの遅延効果を有し、特 に拡散については大きな効果があり、それらは中性子のプロポーションのエネル ギーを減少する。この水素の多い物質は合成物、例えばポリエチレンで作られる 。この場合に、保護管は金属の使用を避けて、この物質で全体が作られるが、セ ラミック又は類僚のものはパラシイティク・ガンマ線を放出することができる。

同様に、筒の壁はポリエチレンの如く水素分子にとむ物質の層を内面に張ること ができる。この物質は拡散力が強いので、この層は補足されなかった中性子のか なりの量を材料の流れの中に送り返す。

この方法において、活性化の効率は、材料の通路の周辺領域における捕獲と活性 化に関して改良されている。

本発明が容易に理解されるために、好ましい実施例を添付した図面を参照して説 明する。

第１図は本発明に基づいて実施される、原料供給筒内の粒状固体材料内の中性子 活性化による分析装置の基本的部分の概要の図、第２図は前記装置の詳細図で、 材料の主要な流れ内のサンプルを検査する場合の図、 第３図は探査管の長子部分に中性子源を有している状態を示した図、 第４図は中性子の放出とガンマ線の検出についての１サイクルの１例を示した図 、 第５図は放出と検出の１サイクルの他の例を示した図、第６図は捕獲ガンマ線の スペクトルを示し、第７図はただ１台の検出器を使ったガンマ線の測定のための ２チヤンネルを示した図である。

第１図において、材料１の流れは、乾燥岩石又は自然の湿度の岩よりなり、要求 された寸法に粉砕され、セメント製造の粗原料とされるものである。この材料は ベルトコンベア２によって連続的に運ばれ、計量機３により連続的に重量が計量 され、筒４の中に入れられる。Ｎ４の中では重力により落下しつつ分析されて、 筒の底からベルトコンベア１１によって矢印の方向に運ばれる。この配置は既に ＥＰ−Ａ−０１７１２５６に記された如く既知であり、よく似ている。

ここに記した例においては、筒４は垂直で、かつ筒４の頂部から近づき易く配置 された中心の管５を有している。筒４の中の管５のまわりは材料１で満されてい る。管５の中に中性子発生管７を有する探知管６が入れられている。中性子発生 管７は測定器９に連結された制御器８によって高圧発電機に連結されている。探 査管６はさらに測定器９に連結されたガンマ線検出器１０を有している。ここで は、検出器１０はヨウ化ナトリウムのシンチレーション計数器が用いられたが、 しかしビスマス−ゲルマニウム化合物又は純ゲルマニウムの如き半導体検出器の ような他の型の検出器が使用できる。

中性子発生管７は市場に存在する。それは、重水素イオン源と、高張力加速器と チタニウムの標的を有する密封した管よりなり、トリチウム（三重水素）を入れ られて次の核反応を起すものである。

Ｈ＋”＋　Ｈ１’　Ｎｅｗ’　十ｎｏ’第２図の図面に対応する試験装置におい て、４πにおいて１０１１ニユートロン／秒の基礎放射速度を有する管が用いら れ、電子の初期エネルギーは１４ＭｅＶであった。標的１２からの中性子の活性 化の範囲はおよそ３０ｃ′１１であり、それは比較的大きな影響領域１３に対応 しており、それ故比較的重要な区域が筒４を通る材料１についてとられている。

第３図は、ケーブル１４と１５によってそれぞれ制御器８と測定器９に連結され て保護管５内に吊り下げられた探査管６の図を示している。約７０ｍｍ径のアル ミニウムの外管内に探査管６は、その頂部から底部に向って、中性子発生器７と その標的１２．中性子吸収用のホウ素（又は他の物質）を充填したポリエチレン の保護＋７ｉ１６゜ヨウ化ナトリウムの検出器１０と集合された電子ブロック１ ７とを有している。第７図に示される如く、該ブロック１７は、一つの側で検出 器１０の出口５１からくるアナログ信号を、他の側で制御器８からくるｆ！５２ をへて検出したガンマ線の測定用の２チヤンネルの一方、又は他方又は何れでも ないものへ検出器からの出口信号を中継するための指令信号を受入れるスイッチ ５０を有している。１つのチャンネルは捕獲と活性化の放射線を一緒に測定する 。

探査管６の電子部１７において、前記チャンネルは与えられた情報をライン５４ の数字形式に変えるためのアナログ／数字変換器を特徴とする多チヤンネル分析 システム５３を有している。測定器９において、第１のチャンネルは、ガンマ線 のエネルギーにより分類した信号を予定された時間の間に計数する多チヤンネル 分析システム５５を有している。活性化ガンマ線のみの検出に対応したサイクル の瞬間に、スイッチ５０は検出した信号を、第１チヤンネルの５３〜５５に類似 した電子的構成要素５３　ａ、５４　ａ、及び５５ａを有する第２の測定チャン ネルに送る。

測定装置９において、分析システム５５と５５ａからくる信号は、後に記される 標準化方法に従う計算システム５６の電子装置によって自動的かつ同時に取扱わ れる。此の方法の基本的部分は、第２チヤンネル５３ａから５５ａによって与え られた価は、保管ガンマ線のみをあられす図形を提供するように第１チヤンネル ５３〜５５によって与えた数値からさし引かれる。かくて、５６の計算システム は捕獲ガンマ線のみによって分析され測定された材料中のある要素のレベルを示 す測定値５７、又は活性化ガンマ線のみによって測定された他の材料のレベルを 示す測定値５８を提供することができる。

電子的方法５０〜５６はガンマ線スペクトル光度測定法の分野で知られており、 ここでさらにそれらについて記す必要はない。勿論、異った測定チャンネルにお けるユニ７）５３．５５及び５３ａ、５５ａは探査管の電子ブロック１７と測定 器９との間の異った方法で分けられる。

探査管６は、１秒の何分の１即ちＬｏｏｍｓ（ミリセカンド）より短い時間の放 出と検出のサイクルを行うために、制御器８によって命令される。第４図の例に おいては、サイクルは５０ｍ５の時間である。このサイクルは３０ｍｓの脈動放 出Ａの部分とこれに続く２０ｍ５の放出しないＢの部分とを有する。第４図の頂 部の図は時間に関する発生管によって放出された１４ＭｅＶの中性子の束Φ９を 示している。相Ａに関しては、管が相Ｂの間非活性となる０、　２　ｍ　ｓの休 止によってそれぞれ分けられた０、　１の１００回の時間の間発生器は放出する 。間隔３１の０．１　ｍ　ｓの時間は中性子の大部分の速度を遅くしたり捕獲す るのに充分な時間である。曲線３２は熱い中性子の流れ（点線で示し、違った単 位で示されている）を示し、０．１ｍｓの後手らになる（頃向がある。間隔３１ の間の０．２　ｍ　ｓの間の曲線の減少部分は電子の捕獲の基本的な相に対応し ている。此の時間の間隔は熱い中性子の半減期が短くなる。湿った環境の測定の 場合には短くされる。

中央の図は、中性子発生管のスイッチが切られたとき、検知器によって与えられ た表示を使用するように、スイッチ５０がガンマ線測定の第１チヤンネル５３〜 ５５を活性化する間、検出器３３の正規の期間をパルスの形で示したものである 。

各間隔３３は、弾力性のない衝突によって発生したガンマ線の検出をさけるため に約０．０５　ｍ　ｓの遅れをもって、間隔３１の後に続いている。ここに、相 Ａの始めから基本的には捕獲ガンマ線であり、捕獲及活性化ガンマ線が後に続い て検出される相Ａの間は間隔３３は０．１４秒である。此の第１の測定チャンネ ルは相Ｂの間は活性化されないで、スイッチ５０はそれ故第２のチャンネル５３ ａ〜５５ａを（第４図の下図に示されるように）１４ｍｓの延ばされた間隔３５ の間活性化する。この長さは正規の間隔３３の合計に等しく、２つのチャンネル によって与えられる測定値の間の比較を容易にしている。

この検出法によって、第１チヤンネルの測定値から活性化ガンマ線による影響を 減することが可能であり、かくて捕獲ガンマ線のスペクトルを直接的に得ること が可能である。

第５図の２つの図は第４図の上の２つの図に対応しており、弾性のない衝突で生 ずるガンマ線について第３の測定チャンネルを利用することの可能性を示してい る。このチャンネルは第７図に図示した２つのチャンネルと同じ方法で加えられ る。この場合は、相Ａは複数の間隔３６の間発生管によって放出した中性子のあ らしく大雨）を有する脈動放射相Ｃによって先行されている。弾性のない衝突に よって生じたガンマ線は捕獲によって生じたガンマ線よりもすぐれており、これ らの間隔は充分に短い。此等の間隔が５０μｓより低い事は重要なことであり、 間隔が５μｓより小さいときは捕獲の数は無視できる。一番下の図は間隔３６の 間の自由時間を含む検出の間隔を図示している。この間隔の間に検出された放射 線は第３の測定チャンネルで処理される。もし、捕獲及び活性化ガンマ線が充分 な情報を提供するならば、正当化される命令又は測定の手段のために極めて速い 電子技術を必要とする０弾性のない衝突によるガンマ線のスペクトル分析のおか げで、比較的量の少ない物質、例えばセメント原料中の炭素やアルミニウム製造 に含まれる物質中のフッ素の如き物質の量を工業的に測定するための新しい可能 性を有している。

第２図で示した例において、測定される材料の流れは、粒子径０−４０ｍのセン ト粗原料の７５０　ｔ／ｈの主流２１から円盤サンプル２２によってその量の１ ／６０とられたサンプルである。流れ１はコンベア２によって筒４に供給され、 主流２１の残り２３はコンベア２４によって、セメント製造のための材料として 取出されて前均質化タンクに直接供給される。

サイロ４は重量計の装置を有し、充満に対する制御を間欠点又はしている、振動 移送機は筒４の下に設けられ材料を希望する速度で排出でき、取出された材料は タンク２５にコンベア２８で運ばれる。

その取出速度は流れによって調節される。

２つの機能的な方法が可能である。筒の間欠的な供給は、筒が充満したとき停止 する。そこで、照射が１分または数分より短い間行われ、その後、筒は空とされ そして再び満たされる。

連続方式においては、筒の充満と空となることは相ついで起る。

従って筒内の材料の表面が確実に一定になるように制御される。測定の結果は平 均の活性化の時間に従って判断され、材料の流れの速度は、第１図に示される如 く、計量機３とコンベア２の速度を測る装置によって決定される。

このような装置は材料の非常に大きな流れ、例えば第２図に示される主要な流れ ２１を、通過する材料の速度をあまりにも大きく増大することなしに、源６によ って連続的に分析できるように設計されている。此の事を達成するため、筒４の 区分よりもずっと大きな水平の区分を有し、かつサンプル２２の使用を停止する ことによって流れ２１の全体を入れられる筒が用いられる。−例は、それぞれの 探査管６を有する数本の保護管５を筒内で常に材料の流れの中にあるように設け ることである。多くの探査管６内でガンマ光量子の計数は容易に測定器９に加え られる。

第２の例は探査管の影響領域１３よりもかなり大きい非常に大きな筒の中心に置 かれた１つの大きな探査管６を用いることからなる。

此の領域１３を通過する材料は全体の流れの代表的なサンプルとして考慮される 。かくして、探査管は境界によって分離することの影響のない材料の大きな団塊 の中心に設けられる。このような配置は又鉄の検出に有利である。何故なら、探 査管の範囲外に設けられた筒の壁は鉄で作れるので、保護管５と探査管６は此の 金属の影響を免除されるからである。

第６図は捕獲ガンマ線のスペクトルの例と此のスペクトルをカルシウム、シリコ ン、鉄の濃度が知りたい様なセメントの粗原料の分析にどのように役立てるかを 示している。セメントの製造に同じように重要であるアルミニウムの濃度は活性 化ガンマ線を示す他のスペクトルを調べることによって得られる。第６図は、与 えられた時間の間に、エネルギーＥ−Ｈ０νに従って検出された捕獲ガンマ光量 子数Ｎを示している。グラフを見やすくするために、スペクトルの右手側はＸの 因子によって拡大されて２度くり返されている。

スペクトルの形で得られた情報に影響する多くのパラメータのうちで、次の４つ が基本的なものである。

ＣＩ−起った捕獲反応の数に直接比例する要素ｉの濃度Ｗ　−媒体の水分含有量 Φｔｈ＝照射された媒体内の熱い中性子の流れρ　−照射された物質の比重 スペクトルの形は、２つのパターンの推定に導くところの利用された照射と検出 の手段と同様にこれらのパラメータによっている。

−コンプトン、バックグラウンド４０は物質の流れ又は検出器内のコンプトン拡 散による消失エネルギーを有するガンマ光量子の蓄積量に対応する。

一光電子のビーク４Ｉは到着光量子が検出器内でそのエネルギー全部を失ったと き観察できる。

中性子発生管による脈動する照射とヨウ化ナトリウムによる検出はコンプトンの バックグラウンド４０からビーク４１の直接的な分離をさせない。ヨウ化ナトリ ウムの検出器は、もしそれが半導体のものより約１０倍の効果をもつならば、選 択的であるとは云え、あまりに著しいビークを与えている。かくして、特徴づけ られるように適合された要素（本ケースにおいては、Ｃａ、Ｓｊ、Ｆｅ）の集中 を許しかつ上記のパラメータを考慮したスペクトルの膨張した領域を考えること は必要である。このため、スペクトルの興味のある領域では請求める要素の少く 、とも１つの突出した特徴を有するエネルギー４２から４６の比較的大きな範囲 と、２．５ＭｅＶよりも高いすべてのエネルギーについてのスペクトルの重要な 測定Ｎ　ｉ　ｎ　Ｌに対応する参照範囲４７を定めている。

この例においては、範囲４２から４７は次の特徴に対応する。

範囲　関連ある要素（ＫｅＶ）　確認　エネルギー範囲（ＫｅＶ）４２　Ｃａ　 ：　１９４３　Ｎｃ０１８１０　２０９０４３　Ｈ：２２２０　Ｎイ　２１００ −２３８０４４　Ｓｉ　：　４９３０　Ｎｓ、３７５０　５１３０４５　Ｃａ　 ：　６４２０　Ｎｃ、ｚ　５１４０−６２００４６　Ｆｅ　：　７６４０　ＮＦ −６８００１００００４７Ｉｎｔｅｇｒａｌ　Ｎ１．ｌｚ　２５００　１０００ ０鉄は範囲４６にある単に要求された要素であり、他の範囲のすべてについては 、すべての要素はコンプトン・バックグラウンドと共に生じる。この事はｆ、か らｆ、がその画数を示す式のシステムによって表される。

Ｎｃａ−ｆ＋（Ｃｃａ、Ｃｓｉ、Ｃｒ９．　０Ｌ）１．　Ｗ、１））（１）　Ｎ ５＝−ｒｔｃｃｓ＝、Ｃｅ１ｌ、ＣＦ６．　Ｏｔｂ、ｗ、ρ）Ｎ　ｒ−−ｆ　ｓ 　（Ｃｙ−３ΦＬ）＋＋　ｗ、ρ）参照範囲４７は次のパラメータを計算に入れ ている。Φい（熱い中性子流）、Ｗ（水分含有率）、ρ（物質の比重）、数Ｎｆ ＋ｔＬは３つのパラメータが独立的又は同時に増大するとき、増大する。鉄の場 合に、水素Ｈと関連し水分含有量Ｗを示す範囲４３は計算に入れなければならな い、何故なら、Ｗが減少するとき、筒の壁からの貢献はより一層重要となるから である。要求された要素の濃度Ｃ８はシステムを得るためにシステム（１）の式 を逆にすることによって計算される。

Ｃｃ−＝ｇ　＋（Ｎｃｍ、　Ｎｓｉ、　Ｎｒ−、Ｎ＝ｆｉＬ）（Ｉｔ）　Ｃｓｔ ＝ｇｚ（Ｎｓｉ、　ＮＣ，、ＮＦ、、　Ｎｉ、ｌｔ　）Ｃｒ−−ｇ　５ｃＮｒ＊ 、　Ｎ＝ＲＬ、　ＮＨ）ここで、ｇ＋−ｇｓは函数を示す。

計算は、異なる要素に含まれたそれぞれのＮ値と分析した材料の環境による貢献 を示す一定の条件との直線的な結合によって最終的に可能となる。

システム（Ｉｔ）はかくして次の形をとる。

Ｃｃ−＝　（Ｐ　ｒ　Ｎｃ−＋　＋　Ｐ　ｚＮｔ−ｚ　＋Ｐ　ｓＮｓ；　十Ｐ　 ４ＮＦ１））／　Ｎ＝−ｔ　＋Ｐ　５Ｃｓｒ＝ＣＰｒＮｓ＝＋ＰｔＮｃ、ｚ＋Ｐ ｓＮｒ、）／Ｎｉ、ｔ　＋ＰａＣ□−（ＰＩＮＦ、／Ｎｉ□十Ｐ２・１（ＮＭ／ Ｎｉ、、ｔ）計数Ｐ、からＰ５は、適合させることが実験条件下の任意の要素に ついて可能である正確な実験条件についての直線的回帰を乗することによって決 定されなければならない。

上に記した装置においては、標準化方法として知られるスペクトルを用いた方法 は、計数Ｐが決定された測定器９と組合された計算５６の手段によって自動的に 機能する様にされる。少数の比較的大きな範囲４２〜４７の利用によって各チャ ンネルにおける測定チャンネルの数は非常に減少されることは理解される。

第６図の例は捕獲ガンマ線について示したものではあるが、類似の標準化方法は 活性化ガンマ光量子のスペクトルに応用でき、特にセメントの粗原料のケースに アルミニウムを適合することを可能にしている。炭素又は金属鉱石の分析のよう な他の応用については、そのエネルギー範囲は要素がめるものによって違ったよ うになるものとして明らかに限定される。全ての場合に適用される此の方法の特 別に興味のあるものは、水分の抽出と処理の間に非常に変化する物質の水分含有 量の影響の除去であり、比重やめない要素や中性子源の流れ内の変化の影響を除 去することである。

脈動する放出を、する中性子発生管による中性子の照射を利用することは、永久 的な放射性源の利用と比較して、大きな安全性、広いエネルギー範囲にわたる活 性化、捕獲と活性化ガンマ線の間の区別によるめる要素についてのさらに完全な 情報ばかりでなく、検出器に到着する中性子や、金属壁に到着した中性子によっ て生じるガンマ線や物質の比重や水分による変量等が容易に除去されることをも 提供するものである。加えて、工業的な量の物質の大きな流れにおける非弾性衝 突の結果性ずるガンマ線の同時のスペクトル分析は、例えばセメントの製造にお いて炭酸塩を自動的に適合させる如きもの等の前途有望の可能性のあるものであ る。

ＦＩＧ、　３ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　７ 田野！１審輻失

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ばらの材料の流れ内で求める１つ以上の要素の量を測定するために、材料（ １）の流れを前記要素からのガンマ線の放出を誘導できる少くとも１つの中性子 源の近くを通るようにし、材料の流れの中の各要素の量を求めるために、前記要 素によって放出された特別のガンマ線を検出し、それらのエネルギースペクトル によって測定され選出されるようにした中性子活性化による分析の方法において 、中性子源として中性子を発生する少くとも１つの管（７）が用いられ、該中性 子発生管は中性子の脈動流の放出相を作るために時間間隔をおいて間欠的に使用 され、此等の脈動に続く時間の間に前記要素からの捕獲と活性化のガンマ線の第 １のスペクトルを得るために検出され、少くとも１つの他の時間の間に、活性化 のみからのガンマ線を第２のスペクトルを得るために検出し、第１と第２のスペ クトルに対応するエネルギー範囲内で検出されたガンマ線のそれぞれの値は捕獲 ガンマ線のみを有するスペクトルの表示を与えるように組合されることを特徴と する分析の方法。 ２．中性子発生管（７）と少くとも１つのガンマ線検出器が材料の流れの中に設 けられている請求の範囲第１項記載の分析の方法。 ３．水素原子の多い材料の層が発生管と材料の法れの間に導入されたことを特徴 とする請求の範囲第１項記載の分析の方法。 ４．中性子の放出（３１）の正規の時間とガンマ線（３３，３７）の検出の正規 の時間とを有し、各放出時間の後に検出の正規の時間の間隔が続き、少くとも１ つの脈動相（Ａ，Ｃ）からなる放出と検出のサイクルが行われ、非放出（Ｂ）の 少くとも１つの相は活性化のみによるガンマ線を検出するために少くとも１つの 引き延ばされた検出（３５）の時間の間隔を有し、前記正規の時間の間隔と前記 引き延ばされた時間の間隔の間に検出されたガンマ線は別々に測定され、これら のそれぞれの測定値は捕獲ガンマ線の表示を与えるような方法に組合されること を特徴とする請求の範囲第１項記載の分析の方法。 ５．各サイクルは１００ｍｓまでの時間を有し、放出と検出の正規の時間の間隔 は０．２ｍｓよりも短い時間であることを特徴とする請求の範囲第４項記載の分 析の方法。 ６．各サイクルの間、前記引き延ばされた時間の間隔（３５）は好ましくは正規 の検出時間（３１）の合計に等しいことを特徴とする請求の範囲第４項又は第５ 項に記載の分析の方法。 ７．放出と検出の正規の時間の間隔は、第１の相（Ｃ）においては０．０５ｍｓ より短い時間であり、第２の相（Ａ）においては０．０５と０．２ｍｓとの間の 時間であり、第１の相（Ｃ）の間に検出されるガンマ線は別々に測定され、そし てこれらの結果は、中性子と要素との間の弾性のない衝突から発生するガンマ線 のスペクトルの表示を与えるようにした脈動放出の第２の相（Ａ）と非放出の相 （Ｂ）とから得られたものと組合されるものであり、２つの脈動放出相から前記 サイクルがなることを特徴とする請求の範囲第５項記載の分析の方法。 ８．限定された最小値よりも優れたエネルギーの全てを包含する関連範囲（４７ ）と該関連範囲内に含まれる他の範囲（４４〜４７）内でそれぞれ検出されたガ ンマ線とが別のチャンネルで同時に測定され、ばらの材料中の要素の含有量の表 示が前記関連範囲と他の範囲からそれぞれ得られた測定値の直線的な組合せによ って得られることを特徴とし、ガンマ線の異なるエネルギー範囲（４２〜４６） が被調査要素のそれぞれのエネルギーレベル特性を有するものから区別され、そ してこれらの範囲内で検出されたガンマ線が関連するチャンネル内で測定される 請求の範囲第１項記載の分析の方法。 ９．エネルギー範囲の１つ（４３）が２２２０ｋｅＶであり、前記限定された最 少値は２４００ＫｅＶより秀れていることを特徴とする請求の範囲第８項記載の 分析の方法。 １０．中性子の活性化とガンマ線の検出が行われる領域で材料（１）が連続的に 流れることを特徴とする請求の範囲第１項記載の分析の方法。 １１．前記流れ（１）は固体の粒状材料の流れであることを特徴とする請求の範 囲第１項記載の分析の方法。 １２．前記流れは通常スラリー又はべｒストの形の液体中に固体材料の分散し虎 法れであることを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 １３．前記材料はセメント製造用の粗原料を有することを特徴とする請求の範囲 第１項記載の分析の方法。 １４．検出された要素の１つ又は全てのものは炭素，ナトリウム，マグネシウム ，アルミニウム，シリコン，イオウ，カルシウム，鉄の少くとも１つを有してい ることを特徴とする請求の範囲第１項記載の分析の方法。 １５．検出された要素の１つ又は全てのものは窒素，弗素，燐，カリウムの少く とも１つを有していることを特徴とする請求の範囲第１項記載の分析の方法。 １６．材料の通路（４）と、該通路の近くに設けられた少くとも１つの中性子源 （７）と該通路の近くにさらに設けられた少くとも１つのガンマ線検出器（１０ ）と、材料中に含まれる要素によって放出された特徴のあるガンマ線を選択的方 法で測定するための測定器（９，１７）とを有し、請求の範囲第１項に記載の方 法を用いて、ばらの材料の流れの中性子活性化分析を行うための装置であって、 中性子源が中性子の発生管（７）であり、該装置は前記発生管によって放出され た中性子の流れを周期的に制御するための装置（８，９）と活性化と捕獲のガン マ線を測定するための少くとも１つのチャンネル（５３〜５５）と活性化のガン マ線のみを測定するための他のチャンネル（５３ａ〜５５ａ）とを有する放出し たガンマ線を測定するための装置と、多くのチャンネルによって得られた測定値 を組合せるための計算装置とを有することを特徴とする中性子活性化分析を行う 装置。 １７．単ーガンマ線検出器を有し、該検出器の出口はスイッチング装置（５０） に連結していて、前記出口からの信号を、中性子の脈動放出サイクルによる連携 的方法によって１つの測定チャンネル又は他のチャンネル又はチャンネルのない ところへ送るように前記スイッチング装置によって制御されることを特徴する請 求の範囲第１６項記載の装置。 １８．材料の前記通路は垂直の筒の形であり、１つの中性子発生管と少くとも１ つのガンマ線検出器を中に納めた探査管（６）は前記筒（４）内の保護管（５） 内に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１６項記載の装置。 １９．前記保護管（５）は水素原子の多い材料の層を有することを特徴とする請 求の範囲第１８項記載の装置。 ２０．前記筒（４）の壁は水素原子の多い材料眉で内面をライニングされている ことを特徴とする請求の範囲第１８項記載の装置。 ２１．前記水素原子の多い材料はポリエチレンであることを特徴とする請求の範 囲第１９項又は第２０項に記載の装置。 ２２．前記中性子発生管（７）は材料の通路の中心に設けられていることを特徴 とする請求の範囲第１６項又は第１８項に記載の装置。