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一种利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法.pdf

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一种 利用 医用 直线 加速器 射线 测量 煤炭 灰分 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910027364

申请日:

20190111

公开号:

CN109632847A

公开日:

20190416

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: G01N23/20 主分类号: G01N23/20
申请人: 杨军
发明人: 杨军;董胜楠
地址: 450000 河南省郑州市金水区南阳路岗杜北街宏益华香港城3期1号楼东单元32层123室
优先权:
专利代理机构: 50218 代理人: 穆祥维
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910027364

授权公告号:

法律状态公告日:

20190416

法律状态类型:

公开

摘要

本发明提供了一种利用医用直线加速器X射线测量煤炭堆中煤炭灰分的方法。所述方法包括以下?#34903;瑁航?#21307;用直线加速器6MV?10MV的X射线照射在取样煤炭上,采集煤炭反射的射线信息;将采集到的信息转换为电信号;使用比较器和CPLD接收所述电信号并完成反符合,剔除无效脉冲,得有效脉冲;对有效脉冲计数,得计数率x;根据计数率x,得到煤炭中的灰?#31181;祔。本发明的有益效果包括:能够快速、准确的测量煤炭中灰分的含量,安全、周期短、测量成?#38236;停?#26377;效的利用了医用直线加速器的配套资源。

权利要求书

1.一种利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述方法包括以下?#34903;瑁?将医用直线加速器产生的X射线照射在煤炭上; 采集煤炭反射的射线信息; 将采集到的信息转换为电信号; 利用比较器和CPLD接收所述电信号并完成反符合,剔除无效脉冲,得有效脉冲; 对有效脉冲计数,得计数率x; 根据y=-0.95x+31.2,得到煤炭中的灰?#31181;祔。 2.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述X射线的能量为6~10MV。 3.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述煤炭中灰分的质量分数为6%~20%,所述煤炭灰?#31181;?#21253;括质量比为:(35~45):(15~27):(7.5~12):(12~20):(0.5~1.5):(0.5~0.7):(0.3~0.5):(3.5~6)的SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O和SO3。 4.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述煤炭的粒度不大于30mm。 5.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述煤炭为自然堆积的取样状态,所述X射线照射点被厚度至少为30cm厚度的煤碳所包围周围。 6.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述方法还包括?#34903;瑁?#26681;据环境温度?#36816;?#36848;计数率x进行修正,所述修正依据下式进行: x=0.97+0.0021t,式中,t为温度,x为计数?#30465;?7.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述对有效脉冲计数的?#34903;?#21253;括: 通过单片机对有效脉冲计数,所述单片机包括MSP430F149主控制单元。 8.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,在所述比较器和CPLD接收所述电信号之前,将所述电信号放大。 9.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述采集煤炭反射的射线的?#34903;?#21253;括?#21644;?#36807;放疗科现有?#20102;?#20307;探测器来采集煤炭反射的射线。 10.根据权利要求1所述的利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法,其特征在于,所述测量过程在医院的放疗科中进行,在测量过程用利用放疗科机?#31185;?#34109;装置,以减少磁场、震动和噪音的影响。

说明书


一种利用医用直线加速器的X射线测量煤炭灰分的方法
技术领域


本发明涉及X射线的应用领域。特别地,涉及一种利用医用直线加速器产生的X射
线来测量煤炭灰分的方法。


背景技术


煤炭是十八世纪以来人类使用的主要能源之一。煤炭是目前重要的能量和化工原
料。我国是世界上规模最大的煤炭生产国,提高煤炭的利用效?#35782;?#21457;展我国的国民经济的
发展、以及环境的保护十?#31181;?#35201;。


煤灰分是煤炭中不可避免的物质,它将直接影响煤的发热量。因此,要严格控制煤
产品的灰分,以提高煤碳的利用?#30465;?#20294;是,传统的灼烧化验法工作?#34903;?#22797;杂、不能迅速的得
到结果,不能适应煤产?#20998;?#37327;控制需要,这将阻碍煤资源的充分利用。传统的γ射线的煤质
灰分测量方法需要用到137Cs和241Am?#30830;?#23556;源,放射源价格昂贵,存储与运输不便,有非常
大的辐射安全隐患.


所以,在煤炭加工中需要非常快速、准确的检测煤炭灰分的方法。


发明内容


针对现有技术中存在的不足,本发明的目的之一在于解决上述现有技术中存在的
一个或多个问题。例如,本发明的目的之一利用医用直线加速器产生的X射线测量煤炭堆中
煤炭灰分的方法,以快速、准确的测量煤炭的灰分含量。


为了实现上述目的,本发明提供了一种利用医用直线加速器X射线测量煤炭堆中
煤炭灰分的方法,其特征在于,所述方法可包括以下?#34903;瑁航?#21307;用直线加速器产生的X射线
照射在煤炭上;采集煤炭反射的射线信息;将采集到的信息转换为电信号;利用比较器和
CPLD接收所述电信号并完成反符合,剔除无效脉冲,得有效脉冲;对有效脉冲计数,得计数
率x;根据y=-0.95x+31.2,得到煤炭中的灰?#31181;祔。其中,可使用放疗标定绝对剂量的30cm*
30cm*30cm正方体有机玻璃制小水箱取样煤炭,运输至就近医院放疗科进行测试。


根据本发明的一个示例性实施例,所述X射线的能量可为6~10MV,例如8±1MV。


根据本发明的一个示例性实施例,所述煤炭中灰分的质量分数可为6%~20%,所
述煤炭灰分可包括质量比为:(35~45):(15~27):(7.5~12):(12~20):(0.5~1.5):(0.5
~0.7):(0.3~0.5):(3.5~6)的SiO
2、Al
2O
3、Fe
2O
3、CaO、MgO、K
2O、Na
2O和SO
3。


根据本发明的一个示例性实施例,所述煤炭的粒度可不大于30mm。


根据本发明的一个示例性实施例,所述煤炭为自然堆积的取样状态,所述X射线照
射点被厚度至少为30cm厚度的煤碳所包围。


根据本发明的一个示例性实施例,根据环境温度?#36816;?#36848;计数率x进行修正,所述修
正可依据下式进行:x=0.97+0.0021t,式中,t为温度,x为计数?#30465;?br>

根据本发明的一个示例性实施例,根据本发明的一个示例性实施例,所述对有效
脉冲计数的?#34903;?#21487;包括?#21644;?#36807;单片机对有效脉冲计数,所述单片机包括MSP430F149主控制
单元。


根据本发明的一个示例性实施例,在所述比较器和CPLD接收所述电信号之前,将
所述电信号放大。可通过放大电路放大。


根据本发明的一个示例性实施例,可通过放疗科现有?#20102;?#20307;探测器来采集煤炭反
射的射线。


根据本发明的一个示例性实施例,所述方法还可包括?#34903;瑁?#22312;测量过程用到的设
备上增设利用建在地下的放疗科机?#31185;?#34109;装置,以减少磁场、震动和噪音的影响。


与现有技术相比,本发明的有益效果包括:安全、方法简便,能够快速、准确的利用
现有的直线加速器及其配套探测器测量煤炭中灰分的含量。


具体实施方式


在下文中,将结合示例性实施例详细地描述根据本发明的利用医用直线加速器X
射线测量煤炭灰分的方法。


煤炭是成分复杂的混合物,可把煤炭看成是?#38378;?#31181;物?#39318;?#25104;的混合物。一种是可
以燃烧的有机物,即煤质,主要元素包括C、H、O、N、S等,以C为主,其等效原?#26377;?#25968;Z≈6;另一
种是不可燃的无机物,?#27493;?#30719;物质,主要成分包括Si、Al、Ca、Mg、Fe等,以Si为主,其等效原
?#26377;?#25968;Z≈12。


光子线可包括X射线和γ射线,煤炭灰分测量的基础是光子射线和物质相互作用
与原?#26377;?#25968;的依赖关系。中低能光子线射线和物质相互作用主要是光电效应和康普顿效
应。光电效应占主导地位,当煤炭灰分低?#20445;?#21363;高原?#26377;?#25968;物?#25910;?#30340;比重较小而低原?#26377;?#25968;
物?#25910;?#30340;比重较大?#20445;?#20809;电效应较弱,而散射线强度较强;当煤炭中灰分高?#20445;?#21363;高原?#26377;?br>数物?#25910;?#30340;比重较大而低原?#26377;?#25968;物?#25910;?#30340;比重较小?#20445;?#20809;电效应较强,而散射线强度较
弱。散射线一定的?#21344;?#33539;围内均匀分布,采用探测器探测散射线的强度,反散射线的强度大
小就能反映出煤炭中灰分的含量大小。


核技术方法测量煤灰方法主要依据γ射线或X射线与原?#26377;?#25968;的依赖关系,煤灰
分的有效原?#26377;?#25968;大于煤质的有效原?#26377;?#25968;。


传统的γ射线的煤质灰分测量方法需要用到137Cs和241Am放射源,放射源价格昂
贵,存储与运输不便,有非常大的辐射安全隐患。


X射线可由医用直线加速器产生。医用直线加速器是医学上的一种用来对肿瘤进
行放射治疗的射线装置,利用加速电场把电子加速到亚光速,然后与大功率微波电场相互
作用,使高能电子打击重金属靶,产生韧?#36335;?#23556;,发射X射线,作X线治疗,用直线加速器按照
微波传输的特点分为行波和驻波两类,其基本结构和?#20302;常?#23427;包括电子枪、微波功率源(磁
控管或者速调管)、波导管〔隔离器、RF(射频微波源)监测器、移相器、RF吸收负载、RF窗?#21462;场?br>DC直流电源(射频发生器、脉冲调制器、电子枪发射延时电路等)、真空?#20302;场?#30495;空泵(钛
泵)?#22330;?#20282;服?#20302;?聚焦线圈、对中线圈)、偏转?#20302;?偏转室、偏转磁铁)、剂量监测?#20302;场?#22343;整
?#20302;场?#23556;?#38774;緯上低?#31561;,?#30452;?#23433;装于治疗头、固定机架、旋转机架、治疗床、控制台等处,医用
直线加速器可包括瑞典医科达和美国瓦里安,以及国产新华等6MV以上的加速器。


医用直线加速器及其配套的剂量测量设备已经普及到每个县医院,?#19968;科簾未?br>施十分安全。本发明可直接利用医院的直线加速器来进行煤炭灰分的测试,可有效利用了
医用直线加速器的配套资源。


因此,本发明提供了一种利用医用直线加速器X射线测量煤炭灰分的方法。


在本发明的一个示例性实施例中,所述方法可包括以下?#34903;瑁?br>

将医用直线加速器产生的X射线照射在煤炭上。所述X射线的能量可为6~10MV。


采集煤炭反射的射线。可通过?#20102;?#20307;来采集煤炭反射的射线(例如γ射线)。?#20102;?br>体可包括透明单晶NaI(Tl),其密度为3.67g/cm
3,有效原?#26377;?#25968;为50。NaI中的激活剂时
(0.1~0.5)%的Tl。NaI(Tl)?#20102;?#20307;的密度大,原?#26377;?#25968;高,X射线探测效率高。另外它的发
光效率高,能量?#30452;?#29575;较好。


将采集到的信息转换为电信号。可通过光电?#23545;?#31649;来实?#20013;?#21495;的转换。?#20102;?#20307;产
生的?#20102;?#20809;子经光导可传输到光电?#23545;?#31649;的光阴极上,可按一定概?#39318;?#25442;成光电子?#36824;?#38452;
极上产生的电子经光电?#23545;?#31649;打拿极?#20302;?#30340;多次?#23545;?#21487;产生足够大小的输出信号。


比较器和CPLD接收所述电信号并完成反符合,剔除无效脉冲,得有效脉冲。其中,
CPLD为Complex Programmable Logic Device复杂可编程逻辑器件。


对有效脉冲计数,得计数率x;可通过单片机能够读取计数结果,所述单片机包括
MSP430F149主控制单元。单片机使能CPLD中的计数器,对测量时间内的有效脉冲计数,并在
计数结束后,读取计数结果。


根据y=-0.95x+31.2,得到煤炭中的灰?#31181;祔。


在本实施例中,所述煤炭中灰分的质量分数为6%~20%,进一步地,可为6~
15%,再进一步地,可为7~11%。灰分可包括按照质量百?#30452;?#35745;的如下成分:包括质量比
为:35~45%SiO
2、15~27%Al
2O
3、7.5~12%Fe
2O
3、12~20%CaO、0.5~1.5%MgO、0.5~
0.7%K
2O、0.3~0.5%Na
2O和3.5~6%SO
3。


在本实施例中,煤炭的粒度不大于30mm。因为过大的煤炭粒度会造成测量范围内
可能存在大的空隙,将会导?#36335;?#23556;线逃逸及较大的信号波动,为?#21496;?#37327;减少这种影响,应尽
量选择粒径较小的煤。因此,煤炭堆中取样颗粒应混合均匀?#37327;?#38553;较小。进一步地,所述煤
炭的粒度为10~15mm。


在实施例中,煤炭堆要求既没有明显空隙也没有人为用力压实。因为灰?#31181;?#20250;随
压紧度而显上升,所以测量时应尽量保持煤炭自然堆积状态。


在本实施例中,测量时煤质均匀,放射源的周围有一定厚度至少为30cm厚度的煤
碳所包围,提供足够的介质厚度,以形成比较均匀的反射线辐射场,并使经过散射线能够被
探测到,厚度也不能太厚,如果太厚需要的射线能量也越高。


在本实施例中,煤炭可为洗精煤。


在本实施例中,由于铁元素原?#26377;?#25968;高,密度大,质量吸收系数也很大,其产生误
差的影响最大。因此,可同时测量铁的6.4KeV的X射线的强度来对灰分进行补偿修正。


在本实施例中,所述方法还可包括?#34903;瑁?#26681;据下式修正环境温度?#36816;?#36848;计数率x的
影响。下式为:x=0.97+0.0021t,式中,t为温度,x为计数?#30465;?br>

在本实施例中,所述煤炭可处于恒温恒湿的环境。


在本实施例中,在所述比较器和CPLD接收所述电信号之前,将所述电信号放大。即
可通过放大电路来放大信号。其可将光电?#23545;?#31649;输出电信号经放大。


在本实施例中,所述测量过?#28845;?#22312;医院的放疗科中进行,在测量过程用利用放疗
科机?#31185;?#34109;装置,以减少磁场、震动和噪音的影响。


表1?#22659;?#20102;通过本发明的方法测量出的结果,并将测量结果与实验室里的缓慢灰
化法测量结果进行比对。由此,可知,本发明的测量结果准确。


表1某洗精煤的灰分测试结果













序号


计数率x


测得灰?#31181;祔/%


复测值Y/%


误差/%




1


25.5


6.98


6.95


0.03




2


24.2


8.21


8.17


0.04




3


23.8


8.59


8.52


0.07




4


22.5


9.83


9.75


0.08






综上所述,本发明的安全、周期短、测量成?#38236;停?#33021;够有效利用医用直线加速器的
配套资源;能够快速、准确的测量煤炭中灰分的含量;能够减少温度、震动、宇宙?#38236;?#36752;射对
测量的影响;且测量成?#38236;汀?br>

尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明,但是本领域技术人员应该清
楚,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可对本发明的示例性实施例进行各
种修改和改变。


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