Рентгенофлуоресцентный датчик

(22) Заявлено 02. 07. 79 (21) 2794 85/18-25 С 01 К 23/223 с присоединением заявки М 3 Ьаударатаанай каиитат СССР ав далаи ааабратениЯ в аткрыткЯ(5 З) З ДК 539.1.06 (088.8) Опубликовано 23.04.81. Бюллетень,Ре 15 Дата опубликования описания 25,04 . 81 И. В. Петрянов, В, К. Христианов, Б. Н. К Б. И. Огородников и В, И. Скнтович(72) Авторы изобретени Заявитель 1,54) РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЬ енинобу Изобретение относится к рентгено:флуоресцентному анализу элементов и мОжет быть использовано для определения элементного состава аэрозолей, собранных на фильтре в атмосфере Земли и других планет солнечной системы. Его применение особейно эффективно при проведении автоматического анализа с борта межпланетных станций, ког-: да время нахождения аппарата в исследуемой среде ограничено.Известны датчики для рентгенофлу" . оресцентного анализа атмосферных аэ.- розолей, кдторые состоят, из герметичной измерительной камеры, заполненной газом нли вакуумированной, аэрозоль- ного фильтра детектора и.источника гамма-излучения. Газопротяжное (фильтрующее) устройство не входит в состав таких датчиков и сбор аэрозолей на фильтр осуществляется до проведения анализа вещества 11.Однако для проведения измер необходимо транспортировать пр из,фильтрующего устройства в аналитический объем. Это увеличивает время выполнения анализа и усложняет осуществление автоматических измерений,В известных устройствах рентгенофлуоресцентного анализа невозможно одновременное определение аэрозольной и газовой фаз исследуемой атмосферы,и отсутствует контроль технического состояния устройства по регистрируемому спектру.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности являетсярекигенофпуоресцентный датчик для анализа элементного состава вещества, содержащий. герметичную измерительную камеру с каналом для ввода .анализируемого вещества, воздуходувку и размещенные внутри камеры аэроздльный фильтр, расположенный над фильтром источник излучения, коллнмированный на фильтр и детектор излучения 21.Однако по результатам измерений, выполненных подобным датчиком, невоз"823993 ф 20 можно установить в какой фазе находится анализируемое вещество, т.е. сосредоточено ли оно на фильтре или расположено в объеме камеры в виде газа.Цель изобретения - осуществлениеодновременного анапиза аэрозольнойи газовой Фаз.Указанная цель достигается тем,что известный рентгенофлуоресцентныйдатчик, содержащий герметичную измерительную камеру с каналом для вводаанализируемого вещества, воздуходувку и размещенные внутри камеры аэразольный фильтр, расположенный надильтром источник излучения, коллированный на Фильтр, и детектор,снабжен вторым детектором и, по край-ней мере, еще одщм источником излучения, коллимированным так, что егоизлучение не попадает на Фильтр,аэрозольный фильтр расположен подуглом 30-40 к направлению оси каналадля ввода анализируемого вещества,при этом ось расположения детекторовотстоит от оси канала на расстоянии,бопьаем суммы радиусов канала и детектора, а источники расположены внепотока анализируемого вещества.На фиг. 1 показано предлагаемоеустройство, общий вид,в разрезе; нафиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; нафиг. 3- спектры, зарегистрированныедетекторами.Рентгенофлуоресцентный датчик имеет измерительную камеру 1, совмещенную с газопротяжным устройствбм, которое состоит из прямоточного входного канала 2 н воздуходувки. В камере под углом 30-40 к потоку газа раз 0мещен аэрозольный фильтр 3.40При расположении фильтра перпендикулярно потоку может происходить осаждеиие аэрозолей на конструктивных элементах прибора - источниках излучения,детекторах, деталях фильтродержателя. 4При параллельном расположении фильтрапо отношению к потоку газа наблюдаетсянеизокинетичность осаждения аэрозолейпо площади фильтра, поскольку крупныечастицы за счет инерционного движения проходят в отдаленные участки прибора, а мелкие оседают ближе к входному отверстию.Исходя из 90-градусной геометрииизмерений в системе источник-пробадетектор, при которой наблюдается наивыгоднейшее соотношение между сигна:лом и рассеянным фоном, а также изтребований нзокинетичности аэрозольного потока, исключения потерь вещества и удобства конструктивного размещения узлов датчика, экспериментально был найден оптимальный угол наклона фильтра к потоку газа, составивший 30-40Перед Фильтром со стороны входного канала вне газового потока установлены детекторы 4 и 5. Причем де- . тектор 4 расположен на расстоянии 3-5 мм от фильтра, а детектор 5 на расстоянии в 5-10 раз большем. Источники 6(Ге) и 7(Сд) рентгеновской флуоресценции ориентированы на фильтр, Использование двух типов источников позволяет проводить одновременный анализ многих. элементов. Источник 8 (Ге) преимущественно облучает пространство между фильтом 3 и детектором 4. Излучение ис-, очников коллимировано в угле об . За. фильтром 3 перед стенкой 9 камеры 1 установлена селективная рентгеновская решетка 10.Для обеспечения наибольшей чувствительности к аэрозолям первый датчик должен располагаться на минимальном расстоянии от фильтра, поскольку ха- . рактеристическое излучение ослабляется в толще газовой среды. Однако очень близкое расположение детектора приводит к "затенению" фильтра, т.е. отсутствию осаждения аэрозолей в поле зрения датчика. Экспериментально при продувке аэрозолей через макет прибора было получено, что затенение Фильтра не происходит, если детектор удален от поверхности фильтра не менее, чем на 3-5 мм. Возможность идентификации фазового состояния анализируемого вещества в процессеодного,измерения достигнутовведением второго детектора, расположенного на большом расстоянии от фильтра, и дополнительного источника Ре, облучающего преимущественно пространство между Фильтром и вторым детектором. Экспериментально установлено, что второй детектор должен быть удален от фильтра на рассто; яние не менее, чем в 5 раз превышающее зазор между фильтром и первым детектором.При этом обеспечивается достаточная контрастность линий анализируемых элементов в диапазоне ожидаемых концентраций аэрозольной и газовой Фаз. В то же время, исходя из коэффициентов поглощения анализируемых элементов, увеличение расстояния между вторым детектором и фильтром более чем в 1 О раз, приводит к существенным погрешностям измерений, связанным с ослаблением характеристического излучения анализируемых элементов, находящихся на Фильтре.Датчик функционирует следующим образом.После открытия входного и выходно- го клапанов включается возцуходувка и исследуемая газовая смесь нрокачивается через Фильтр 3. При этом, бла-годаря прямоточности потока газа, исключаются потери и Фракционирование аэрозоля и обеспечивается равномерность осаждения его на фильтр. Одновременно с накоплением аэрозоля на фильтре 3 идет регистрация детекторами 4 и 5 флуоресцентного рентгеновского излучения, возбуждаемого источниками 6-8. Фоновое излучение, возникающее при взаимодействии первичного излучения со стенкой 9, эффективно гасится рентгеновской решеткой 10.Ближайший к фильтру 3 детектор 4 регистрирует излучение легких элемен," тов, возбуждаемых преимущественно на фильтре источником 6, а детектор 5,расположенный на большем расстоянииот фильтра, регистрирует излучение легких и тяжелых элементов, возбужда. емых на фильтре 3 источником 7, и излучение элементов, находящихся в газовой фазе, возбуждаемых источником 8,На фиг. 3 приведены спектры, заре- гистрированные обоими детекторами при нахождении на фильтре аэрозоля, содер.- жащего серу, н заполнении камеры воздухом, содержащем 17 аргона. Благодаря различному расстоянию детекторовот Фильтра ближайший детектор 4 более эффективно регистрирует аэрозольную компоненту, находящуюся на фильтре, а удаленный детектор 5 более эффективно регистрирует газовую Фазу, распределенную мелду фильтром 3 и детектором 5. Поэтому отношение интенсивностей, регистрируемых этими детекторами от аэрозольной и газовой фаз, резко различно и может служить критерием при идентификации аэрозолей и газовой фазы анализируемой атмосферы. Для аэрозольной фазы это отношение всегда больше единицы, для газовой - меньше единицы. В рассматриваемом примере фиг. 3) отношение интен-.сивности ближнего детектора к интенсивности дальнего, нормированных к5 величине ренерного пика марганца, составляет для аэрозольной фазы 7,6, для газовой фазы 0,6.Рентгенофлуоресцентный датчик былиспользован при анализе элементногосостава облачного слоя планеты Венераи определении концентрации аргона вее атмосфере на автоматической межпланетной станции "Венера". В результате выполнения эксперимента бы-:.1 ф ло определено содержание хлора в облаках Венеры, содержание аргона вее атмосфере и оценены верхние пределы.концентрации серы и ртути,Формула изобретенияРентгенофлуоресцентный датчик дляанализа элементного состава вещества,2 содержащий герметичную измерительнуюкамеру с каналом для ввода анализируемого вещества, воздуходувку иразмещенные внутри камеры аэрозольныйфильтр, расположенный над фильтромЗО источник излучения, коллимированныйна фильтр, и детектор излучения, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью осуществления одновременного анализа аэрозольной и,газовой Фаз, онЭЗснабжен вторым детектором и, по край"ней мере, еще одним источником излучения, коллимированным так, что егоизлучение не попадает на фильтр, аэрозольный фильтр расположен под углом30-40 к направлению оси канала для40.ввода анализируемого вещества, приэтом ось расположения детекторов отстоит от оси канала на расстоянии,большем суммы радиусов канала и детектора, а источники расположены внефф потока анализируемого вещества.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 91 гКз 15. Р 1 про 1 пй 1 пд а 1 гЬогпро 11 цйапйз, Епч 1 гопаепй ВезеагсЬ ТесЬф 11 по 1 оду Ч. 12, 1978, У 2, р. 50-153.2, 6111 г 1 сЬ ТЛ., ВцгЮа 1 йег Р.ОВ 1 гКз 16, Х-гау зресйгощейгу акогРагс,1 сц 1 айеа 1 г Ро 11 цй 1 оп. "Апа 1,Самее",.Ч 45, 1973, В 12, р,2003 (прототип).. 823993 Составитель И. ВикторовРедактор А. Шишкина Тех ед,Ж.Кастелевич Ко ектоШеки ное лиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. Проектная УРЖ цел. Фф акаэ 2096/61 Т ВНИИПИ Государств по делам изобр 113035 Иосква Ж