Dobór optymalnego detektora promieniowania gamma dla miernika WALKER 2

pol Artykuł w języku Polskim DOI: 10.14313/PAR_228/23

Marian Gola, Piotr Loska, Jarosław Smyła, wyślij Waldemar Sobierajski, Piotr Szymała Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, ul. Leopolda 31, 40-189 Katowice

Pobierz Artykuł

Streszczenie

W artykule przedstawiono wyniki badań jednego z etapów prac projektowych przenośnego miernika parametrów jakościowych węgla nowej generacji WALKER 2. Przeprowadzone badania obejmowały ocenę właściwości materiałów scyntylacyjnych i geometrii pomiarowej pod względem uzyskania optymalnych warunków pomiaru zawartości popiołu w węglu. Miernik WALKER 2 przeznaczony jest do pomiaru zawartości popiołu, wilgoci i wyznaczania na ich podstawie wartości opałowej węgla na składowiskach, w ciężarówkach, wagonach itp. Zawartość popiołu określa się na podstawie pomiaru natężenia naturalnego promieniowania gamma węgla. W badaniach uwzględniono detektory z różnymi scyntylatorami. Ich wyniki pokazują, że zastosowanie droższych scyntylatorów ma pomijalny wpływ na wynik pomiaru zawartości popiołu wyznaczony na podstawie promieniowania naturalnego węgla. Większe znaczenie ma, aby węgiel, którego parametry są określane, znajdował się możliwie blisko detektora, a materiał osłony detektora nie powinien znacząco osłabiać naturalnego promieniowania węgla. Za optymalny uznano detektor ze scyntylatorem wykonanym z NaI(Tl) w osłonie z poliamidu POM-C, chroniącej też detektor przed uszkodzeniami mechanicznymi. Podczas badań porównawczych uzyskiwano korzystniejsze wartości współczynnika detekcji i niepewności pomiaru niż dla miernika poprzedniej generacji, popiołomierza WALKER, traktowanego jako odniesienie.

Słowa kluczowe

naturalna promieniotwórczość gamma, pomiar zawartości węgla, popiołomierz przenośny, sonda scyntylacyjna, test t Studenta

Selection of the Optimal Gamma Detector for the WALKER 2

Abstract

The paper presents findings of research being one of the element of the designing work of portable coal quality meter WALKER 2. The conducted research included the evaluation of the properties of scintillation materials and measuring geometry in terms of obtaining optimal conditions for measuring the ash content in coal. The WALKER 2 meter is designed to measure the ash content, moisture content and determine the calorific value of coal on stacking yards, in trucks, wagons, etc. The ash content is determined by measuring the intensity of natural gamma-ray radiation. Therefore, it is very important to obtain the highest possible value of the gamma detection factor. The tests included detectors with scintillators made of NaI (Tl), CsI (Tl) and BGO. CsI (Tl) and BGO are characterized by better absorption efficiency than NaI (Tl), especially for higher gamma radiation energy. However, studies show that the use of more expensive scintillators with CsI (Tl) or BGO has a negligible effect on the result of measuring the ash content determined on the basis of natural gamma radiation of coal. It is more important that the coal whose parameters are determined should be as close as possible to the detector, and the detector shield material should not significantly attenuate the natural radiation of coal. The detector with the NaI (Tl) scintillator placed in the POM-C polyamide shell protecting the detector against mechanical damage was considered optimal. In this case, more favorable values of the detection factor and measurement uncertainty were obtained during the comparative tests than for the previous generation meter, the WALKER ash meter, treated as a reference.

Keywords

coal quality, measurement of ash content of coal, natural gamma radioactivity, portable ashmeter, scintillation detector

Bibliografia

  1. Aglincew K.K., Dozymetria promieniowania jonizującego, PWN 1961.
  2. Krysicki W., Bartos J., Dyczka W., Królikowska K., Wasilewski M., Rachunek prawdopodobieństwa i statystyka matematyczna w zadaniach, PWN 1986.
  3. Greń J., Statystyka matematyczna modele i zadania. PWN, Warszawa 1976.
  4. Gamma and X-Ray Detection, Mirion Technologies (Canberra) Inc. [dostęp 1.05.2018 r.], www.canberra.com/literature/fundamental-principles/pdf/Gamma-Xray-Detection.pdf.
  5. Physical Properties of Common Inorganic Scintillators, Saint-Gobain Crystals. [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/products/crystal-scintillation-materials.
  6. Scintillation Materials and Assemblies, Saint-Gobain Crystals. [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/sgc-scintillation-materials-and-assemblies.pdf.
  7. Efficiency Calculations for Selected Scintillators, Saint-Gobain Crystals. [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/efficiency_calculations_brochure_69670.pdf.
  8. NaI(Tl) and Polyscin NaI(Tl) Sodium Iodide Scintillation Material. Saint-Gobain Crystals [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/sodium-iodide-material-data-sheet_0.pdf.
  9. CsI(Tl), CsI(Na) Cesium Iodide Scintillation Material, Saint-Gobain Crystals [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/csitl-and-na-material-data-sheet.pdf.
  10. BGO Bismuth Germanate Scintillation Material [PDF]. Saint-Gobain Crystals [dostęp 1.05.2018 r.], www.crystals.saint-gobain.com/sites/imdf.crystals.com/files/documents/bgo-material-data-sheet_69763.pdf.