Блок-схема спектрометра
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Им. Серго Орджоникидзе
ГЕОФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Лабораторная работа №1
Расчёт прохождения нейтронов через пласт бесконечного простирания методом МОНТЕ-КАРЛО
Лабораторная работа №2
Качественный анализ вторичных рентгеновских спектров геоэкологических образцов, полученных с применением спектрометра «РеСПЕКТ»
Сделали: студенты группы РФ-10-1
Лукашов А.В.
Дорофеев Д.В.
Проверил: Медведев А.А.
Москва 2013
Лабораторная работа №1
Расчёт прохождения нейтронов через пласт бесконечного простирания методом МОНТЕ-КАРЛО
Постановка задачи
Пусть на пласт мощностью H бесконечного простирания, состоящего из смеси SiO2 и B2O3 падает N0 нейтронов перпендикулярно поверхности пласта.
Рассчитать N1 – количество нейтронов, прошедших сквозь пласт, N2 – коли- чество отраженных нейтронов; N3 – количество нейтронов, поглощенных в пласте. Принять, что плотность пласта составляет 3 106 кг/м3, мощность пласта H = 0,1 м, N0 = 100000 нейтронов. Концентрация B2O3 изменяется от 0,01 до 1 %, а SiO2 от 99,99 до 99 % соответственно.
Микроскопические сечения рассеяния и поглощения для элементов, входящих в состав пласта, приведены в таблице 1.
2. Рассчитать сечения поглощения (∑п) и рассеяния (∑р) для 20-25
Значений концентраций SiO2 и B2O3.
Загрузить программу «Project.exe» из папки «MONT». Рассчитать количество N1 – количество нейтронов, прошедших сквозь пласт, N2 – количество отраженных нейтронов, N3 – количество нейтронов, поглощенных в пласте для найденных значений макроскопических сечений. Данные занести в таблицу 2.
Таблица 2.Показания при мощности пласта 0.1 метре.
| C sio2,% | C B2O3,% | ∑п | ∑р | N1 | N2 | N3 |
| 99,99 | 0,01 | 0,9 | 30,3 | |||
| 99,9 | 0,1 | 4,5 | 30,3 | |||
| 99,85 | 0,15 | 6,5 | 30,3 | |||
| 99,8 | 0,2 | 8,5 | 30,3 | |||
| 99,75 | 0,25 | 10,5 | 30,3 | |||
| 99,7 | 0,3 | 12,5 | 30,3 | |||
| 99,65 | 0,35 | 14,5 | 30,3 | |||
| 99,6 | 0,4 | 16,5 | 30,3 | |||
| 99,55 | 0,45 | 18,5 | 30,3 | |||
| 99,5 | 0,5 | 20,5 | 30,3 | |||
| 99,45 | 0,55 | 22,5 | 30,3 | |||
| 99,4 | 0,6 | 24,5 | 30,3 | |||
| 99,35 | 0,65 | 26,5 | 30,3 | |||
| 99,3 | 0,7 | 28,5 | 30,3 | |||
| 99,25 | 0,75 | 30,5 | 30,3 | |||
| 99,2 | 0,8 | 32,5 | 30,3 | |||
| 99,15 | 0,85 | 34,5 | 30,3 | |||
| 99,1 | 0,9 | 36,5 | 30,3 | |||
| 99,05 | 0,95 | 38,5 | 30,3 | |||
| 40,5 | 30,3 | |||||
| 80,5 | 30,3 |
Для концентрации B2O3 провести аналогичные расчеты при
Различной мощности пласта.
Таблица 3. Показания при мощности пласта 1 метр
| C sio2,% | C B2O3,% | ∑п | ∑р | N1 | N2 | N3 |
| 99,99 | 0,01 | 0,9 | 30,3 | |||
| 99,9 | 0,1 | 4,5 | 30,3 | |||
| 99,85 | 0,15 | 6,5 | 30,3 | |||
| 99,8 | 0,2 | 8,5 | 30,3 | |||
| 99,75 | 0,25 | 10,5 | 30,3 | |||
| 99,7 | 0,3 | 12,5 | 30,3 | |||
| 99,65 | 0,35 | 14,5 | 30,3 | |||
| 99,6 | 0,4 | 16,5 | 30,3 | |||
| 99,55 | 0,45 | 18,5 | 30,3 | |||
| 99,5 | 0,5 | 20,5 | 30,3 | |||
| 99,45 | 0,55 | 22,5 | 30,3 | |||
| 99,4 | 0,6 | 24,5 | 30,3 | |||
| 99,35 | 0,65 | 26,5 | 30,3 | |||
| 99,3 | 0,7 | 28,5 | 30,3 | |||
| 99,25 | 0,75 | 30,5 | 30,3 | |||
| 99,2 | 0,8 | 32,5 | 30,3 | |||
| 99,15 | 0,85 | 34,5 | 30,3 | |||
| 99,1 | 0,9 | 36,5 | 30,3 | |||
| 99,05 | 0,95 | 38,5 | 30,3 | |||
| 40,5 | 30,3 | |||||
| 80,5 | 30,3 |
Для различных концентраций B2O3 рассчитать диффузионные характеристики пласта (Таблица 4).
Таблица 4. Для различных концентраций B2O3 рассчитать диффузионные характеристики пласта при мощности пласта 0.1 метр.
| CSiO2% | C B2O3,% | λр | λп | Lд | τ | D |
| 99,99 | 0,01 | 0,033003 | 1,111111 | 0,11056 | 0,000505 | 24,20242 |
| 99,9 | 0,1 | 0,033003 | 0,222222 | 0,049444 | 0,000101 | 24,20242 |
| 99,85 | 0,15 | 0,033003 | 0,153846 | 0,04114 | 0,0000699 | 24,20242 |
| 99,8 | 0,2 | 0,033003 | 0,117647 | 0,035976 | 0,0000535 | 24,20242 |
| 99,75 | 0,25 | 0,033003 | 0,095238 | 0,032369 | 0,0000433 | 24,20242 |
| 99,7 | 0,3 | 0,033003 | 0,08 | 0,029666 | 0,0000364 | 24,20242 |
| 99,65 | 0,35 | 0,033003 | 0,068966 | 0,027544 | 0,0000313 | 24,20242 |
| 99,6 | 0,4 | 0,033003 | 0,060606 | 0,025821 | 0,0000275 | 24,20242 |
| 99,55 | 0,45 | 0,033003 | 0,054054 | 0,024386 | 0,0000246 | 24,20242 |
| 99,5 | 0,5 | 0,033003 | 0,04878 | 0,023165 | 0,0000222 | 24,20242 |
| 99,45 | 0,55 | 0,033003 | 0,044444 | 0,022112 | 0,0000202 | 24,20242 |
| 99,4 | 0,6 | 0,033003 | 0,040816 | 0,02119 | 0,0000186 | 24,20242 |
| 99,35 | 0,65 | 0,033003 | 0,037736 | 0,020375 | 0,0000172 | 24,20242 |
| 99,3 | 0,7 | 0,033003 | 0,035088 | 0,019647 | 0,0000159 | 24,20242 |
| 99,25 | 0,75 | 0,033003 | 0,032787 | 0,018992 | 0,0000149 | 24,20242 |
| 99,2 | 0,8 | 0,033003 | 0,030769 | 0,018398 | 0,0000140 | 24,20242 |
| 99,15 | 0,85 | 0,033003 | 0,028986 | 0,017857 | 0,0000132 | 24,20242 |
| 99,1 | 0,9 | 0,033003 | 0,027397 | 0,017361 | 0,0000125 | 24,20242 |
| 99,05 | 0,95 | 0,033003 | 0,025974 | 0,016904 | 0,0000118 | 24,20242 |
| 0,033003 | 0,024691 | 0,016481 | 0,0000112 | 24,20242 |
Лабораторная работа № 2
Качественный анализ вторичных рентгеновских спектров геоэкологических образцов, полученных с применением спектрометра «РеСПЕКТ»
Блок-схема спектрометра.
Рис 1. Блок- схема спектрометра «РеСПЕКТ»
Спектрометр включает источник высокого напряжения (до 60 кэВ) и спек-трометрический модуль, позволяющий реализовать оптимальные условия измерений проб. В спектрометрическом модуле размещены рентгеновская трубка, коллиматоры, и кювета с анализируемым образцом.
Рентгеновская трубка типа БСВ (P = 3.6кВт) служит источником первич- ного возбуждающего излучения. При использовании трубки с молибденовым анодом первичным возбуждающим излучением является К (17,5 кэВ) и К (19,6кэВ) серия молибдена. При этом возможен анализ по К – серии на
элементы с атомными номерами от 17(Cl) до 39(Y) и по L – серии на элементы от 49(In) до 92(U) соответственно. Вторичное рентгеновское излучение регистрируется Si(Li) полупроводниковым детектором. Накопление и обработка спектрометрической информации осуществляется персональным компьютером со встроенным одноплатным спектрометром SBS – 30, обеспечивающим также низковольтное и высоковольтное питание детектора. Программа обработки рентгеновских спектров идентифицирует пики элементов и определяет их площади, которые пропорциональны концентрациям анализируемых элементов. Результатом обработки является файл, содержащий перечень элементов и входящих в состав пробы и их концентрация. С применением спектрометра "РеСПЕКТ" возможен анализ как порошковых, так и жидких проб одновременно на 20-25 элементов. При анализе жидкостей пробу объѐмом 20-100 мкл наносят микродозатором на тонкую полипропиленовую плѐнку и высушивают. Анализируют сухой осадок, образующийся после высыхания капли исходного раствора (тонкие слои). Для количественного расчета концентраций применяют метод внутреннего стандарта, в качестве стандарта используют рубидий (Rb).
Естественное концентрирование образца при высыхании, оптимальная геометрия измерения, существенно уменьшающая фон рассеянного излучения, приводят к значительному улучшению чувствительности анализа. Предел обнаружения элементов в жидкостях составляет 10-6 %.
При анализе порошковых проб, (почвы, осадки сточных вод геологические пробы) образец массой 3-5 г насыпают в кювету с основой из тонкой полипропиленовой пленки и помещают в спектрометрический модуль на
измерение. Для учета влияния вещественного состава проб используется метод
нормировки на пик некогерентного рассеянного излучения и привязка по со- ответствующим стандартам. Предел обнаружения элементов в порошковых пробах (насыщенные слои) составляет (3-5) 10-4 %. Анализ атмосферного воздуха основан на его аспирации через воздушные фильтры и последую- щем измерении полученного сорбента. Результатом анализа является значе- ния концентраций элементов Сi (мкг), сорбированных на фильтре. Целью работы является ознакомление с программой эмулятора анализа- тора SBS-30, и освоение основных элементов, входящих в предварительный этап качественного анализа вторичных рентгеновских спектров жидких гео- экологических образцов: проведение линейной калибровки, определение энергетического разрешения спектрометра, идентификация элементов, оцен- ка предела обнаружения.