基本信息
- 项目名称：
- 在线中子测水技术研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 完成了一套在线中子测水系统的研制。采用了更加合理的热中子探头，降低了对中子源的要求，提高了安全性，并在一定程度上节省了成本。此外，本项目在核信号处理系统中加入了功率放大电路，提高了信号的传输能力，有效实现了控制室和放射源的分离，降低辐射威胁。输入到机箱的信号经处理还可以反馈调节生产线的生产。 研制的样机正在一家玻璃厂试用中。
- 详细介绍：
- 快中子透射物料会和物料中的各种物质发生相互作用，主要有弹性散射和非弹性散射以及其他反应。非弹性散射主要发生在中子透射的最初阶段，以后反应以弹性散射为主。已知氢原子核在中子减速过程中起着决定性的作用，在一定程度上可以忽略其他原子核对中子减速的贡献。这样热中子计数就和氢原子含量相联系了。而水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的，于是进一步又将水分含量和中子计数联系了起来。（物料中的其他含氢物在标定时可做本底处理）减速后的热中子进入到氦-3热中子计数管中反应产生一个脉冲信号，信号经过处理输入机箱定标，得到中子计数。根据实际水分含量及中子计数做出标定曲线。 项目采用的中子源是半衰期为433年的铍镅中子源，中子强度为100mCi，伽马射线放出较少。综合考虑成本和探测效率等问题后，项目选择了10pa的氦-3热中子正比计数管作为热中子探测设备。氦-3探测器性能要远优于传统的计数器，不但对伽马射线敏感度底，而且探测效率要高于计数器。此外，氦-3计数器对电压的要求也低于计数器。氦-3计数器的压强也是影响中子探测效率的一大因素。目前几乎绝大多数中子测水设备采用的都是2pa的氦-3计数器。而本项目创新性的使用了10pa的氦-3计数器。一方面降低了对中子源强的要求，提高了安全性；另一方面也相应的节省了成本。本项目在信号处理系统中添加了功率放大系统，可以使信号最远输入到1.5km以外。实现了控制室和作业现场的分离，降低了核辐射的威胁。 作品目前正在一家玻璃厂试用中。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：完成一套满足工业生产需求的在线连续中子测水系统。 基本思路：利用氢原子对快中子的减速机理将氢原子数和热中子数联系起来。又根据水分子构成将水分含量与热中子数联系起来，得到水分含量。 创新点：中子源采用了低伽马射线的铍镅中子源;探头采用了比计数器探测效率高、工作电压低的氦-3计数器。并将传统2pa氦-3计数器改作10pa氦-3计数器，降低了对放射源的要求，同时节省了成本，提高了安全性。 技术关键：完成一套热中子测量系统。 主要技术指标： 铍镅中子源： 放射性强度：100mci 中子产额： 10^5量级 α粒子强度：约5MeV 氦-3计数器探头： 压强：10Pa 工作电压： 2400v
科学性、先进性
- 中子测水技术起源于上世纪50年代，整个测水理论相对来说是很完善的，但技术水平不断提高。中子源由最初的铍镭中子源发展成了铍镅中子源，探头由计数器发展到了氦-3计数器。而本项目又将氦-3计数器压强提高五倍（此前的水分仪都采用2pa的氦-3计数器），而且在电路上增添了功率放大系统，实现了控制室和现场的分离。
获奖情况及鉴定结果
- 在一家玻璃厂试用中。
作品所处阶段
- 生产阶段。
技术转让方式
- 可以转让。
作品可展示的形式
- 实物产品、模型、图片、样品。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 中子测水技术可以在线快速准确连续地测量出物料中的水分含量。测量过程不需取样，对物料无破坏。而且可以测出物料中水分的分布状况。此外，中子测水可以在恶劣的环境下工作，这是其他很多测水技术所不具备的。 中子测水技术在钢铁、玻璃、火电、建筑等领域都有极大地应用前景，潜在市场以千亿元计。当本项目应用到生产线后将给用户带来十倍百倍的经济效益，收益明显，值得选择。
同类课题研究水平概述
- 目前可以使用的测水技术有很多。比如：烘干称量法、红外线测水法以及微波测水法等。 烘干称量法周期长、需要人力投入大，而且不能在线连续测量，所测得的结果由于滞后严重，也无法实时调节流水线的生产。 红外线测水法虽然可以在线连续测量，但是从原理上讲它是一种表面测水技术，无法测量物料内部的水分含量。在技术应用领域具有局限性。 微波测水最大的局限性在于当物料中含有金属等可以导电的物质时，整套系统就无法正常工作，也具有一定的局限性。 而中子测水技术则可以弥补以上各测水方式的不足，实现在线连续测量及反馈控制。 中子测水技术是在从上世纪50年代国外率先开始研究的，国内起步较晚是从70年代开始的。中子测水的理论发展的已经较为完善，但是技术应用水平在不断的提高。本产品在参考前人先进经验的基础上调整了探头氦-3管的气压，提高了靶核密度，降低了对中子源的要求，提供了安全性和可靠性。
