Ученые МИФИ разработали уникальный нейтронный анализатор горных пород
Нейтронный анализатор горных пород для определения химического состава образцов различной природы, разработанный специалистами вуза, представил на форуме «Армия-2024» Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ» (НИЯУ МИФИ)», 13 августа сообщает пресс-служба университета.
Прибор, облучая образец быстрыми нейтронами, определяет процентные доли химических элементов, входящих в состав исследуемой горной породы. Уникальное устройство превосходит аналоги по времени анализа образца, который длится всего 30 минут.
Высокая проникающая способность нейтронного излучения позволяет проводить неразрушающий элементный анализ по всему объему образца, определяя наличие в образце и таких легких элементов, как водород, бор или хлор. Областями применения нового прибора могут стать горнодобывающая и нефтяная промышленности, металлургия, также он будет полезен при различных научных исследованиях.
Инженер кафедры прикладной ядерной физики НИЯУ МИФИ Олег Чакилев рассказал, что используемый в приборе нейтронно-радиационный метод основан на измерении спектров вторичного гамма-излучения, которое возникает при облучении нейтронами образца породы.
Первые соударения нейтронов с ядрами атомов горной породы приводят к так называемому неупругому рассеянию нейтронов, которое их замедляет, а бóльшая часть их энергии идет на возбуждение ядер атомов мишени. Ядра при этом излучают гамма-лучи, спектр которых индивидуален для каждого химического элемента.
Сам процесс замедления быстрых нейтронов в ходе неупругих взаимодействий занимает несколько десятков микросекунд, а затем в исследуемом веществе возникает излучение тепловых нейтронов. Замедлившиеся до тепловой энергии нейтроны захватываются ядрами химических элементов, переходя в возбужденное состояние.
Время жизни тепловых нейтронов составляет около 100 микросекунд. Захват теплового нейтрона ядром атома снова приводит к излучению гамма-квантов, спектр которого также является индивидуальной характеристикой атомного ядра.
Гамма-излучение от образца при обоих этих вторичных процессах при облучении регистрируется сцинтилляционным детектором на основе кристалла бромида лантана. Гамма-излучение, воздействуя на вещество детектора, вызывает в нем вспышки света, которые фотокатодом преобразуются в электроны.
В фотоэлектронном умножителе эти электроны лавинно размножаются — первичный сигнал умножается в несколько тысяч раз, создавая электрические импульсы, фиксируемые электронной аппаратурой, по ним и определяются характеристики гамма-излучения.
Результатом работы установки являются энергетические спектры распределения гамма-излучения, а энергия гамма-излучения индивидуальна для каждого химического элемента, содержащегося в образце.
Соответственно, зарегистрированное детектором в определенных энергетических областях количество гамма-квантов пропорционально концентрации элементов. Поэтому, измеряя скорость счета, характерную для каждого элемента в энергетических областях, можно определить пропорциональное содержание элементов в горных породах за короткий промежуток времени без разрушения анализируемого образца.
Эксплуатация установки требует соблюдения всех норм радиационной безопасности, но в выключенном состоянии излучение полностью отсутствует благодаря использованию импульсного нейтронного генератора 07 Т, который был разработан во Всероссийском научно-исследовательском институте автоматики им. Н. Л. Духова (ГК Росатом), партнере НИЯУ МИФИ.
