Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren weiter beschrieben, von diesen ist

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer γ-Strahlenrückstreu- Meßeinrichtung zur Bestimmung der Vernichtungs- und Compton-Streustrahlungszählraten aus Schüttkohleproben in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Pulshöhenspektrum, erhalten unter Verwendung der γ-Strahlenrückstreu-Meßeinrichtung der Fig. 1 mit einer 12 Gew.-% Asche enthaltenden Kohleprobe,

Fig. 3 ein Vergleich chemischer Laboruntersuchungen und experimenteller Analysen der Asche für 13 Schüttkohleproben mit <18 Gew.-% Asche aus der Utah Blackwater-Mine. Die experimentellen Analysen wurden aus den Intensitäten der 0,511-MeV-γ-Vernichtungsstrahlen und der Compton-γ-Streustrahlen berechnet;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Meßeinheit für Zählraten der Compton-Streuung und der Vernichtungsstrahlung aus einer Kohleprobe auf der Grundlage der Koinzidenz zwischen entgegengesetzt gerichteten 0,511- MeV-γ-Strahlen in einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde experimentell unter Verwendung der in Fig. 1 dargestellten Einheit getestet. Gemäß Fig. 1 wird eine Kohleprobe (1) von etwa 50 kg Masse einer 7,4 GBq &sup6;ºCo-γ-Strahlenquelle (2), abgeschirmt durch einen Bleischirm (3), einen Uranschirm (4) und einen Wolframschirm (5), ausgesetzt. Die Quelle (2) emittiert γ-Strahlen mit einem Weg (6), was zu 0,511-MeV-γ-Vernichtungsstrahlen mit einem Weg (7) zu einem Natriumjodid (T1)-Detektor (8) von 76 mm Durchmesser und 76 mm Dicke führt. Der Detektor (8) wird durch Bleischirme (9) und (10) gegenüber von außen kommender Strahlung abgeschirmt. Diese Geometrie wurde gewählt, um sicherzustellen, daß der Winkel für die Compton-Streuung über etwa 90° ist, so daß die Energie der Compton-gestreuten 1,33-MeV- γ-Strahlung unter etwa 0,37 MeV liegt. Ein typisches Pulshöhenspektrum einer Kohleprobe ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Figur sind die Zählimpulse pro Kanal gegen die Kanalzahl aufgetragen, was zu einem Spektrum führt, das die Compton-Streustrahlung (12) und 0,511-MeV-Vernichtungsstrahlung (13) zeigt. Zählraten, gemessen unter Verwendung einer 7,4 GBq &sup6;ºCo-Quelle, waren etwa 700 Zählimpulse/s im 0,511-MeV-Photopeak (13) und 24 000 Zählimpulse/s im Compton-Streupeak (12).

Messungen erfolgten an 57 Steinkohleproben von jeweils etwa 180 kg aus verschiedenen australischen Kohlebergwerken. Die Proben enthielten 5,0 bis 32,1 Gew.-% Asche und 0,6 bis 18,8 Gew.-% Eisen in der Asche. Die Probennahme erfolgte nach dem Australischen Standard As-1676-1975, und die Proben wurden chemisch analysiert.

Unterproben von jeweils etwa 50 kg Gewicht wurden in Al- Container (11) zur Messung gebracht. Wenigstens zwei Unterproben von jeder der 57 Schüttkohleproben wurden analysiert, sowohl unkompaktiert als auch durch Rütteln und/oder Stochern kompaktiert. Mittlere Fehlerabweichungen zwischen Asche nach chemischer Laboranalyse und Asche berechnet aus den Vernichtungs- und Compton-Streustrahlungsraten lagen zwischen 0,4 und 1,3 Gew.-% Asche, wie in Tabelle 2 gezeigt. Die Asche wurde unter Anwendung einer Gleichung der Form

Asche = a · P + b · C + c (3)

berechnet, wobei a, b, c Konstanten sind, P die mittlere 0,511-MeV-Zählrate und C die mittlere Compton-Streustrahlungszählrate ist. Tabelle 2

Messungen erfolgten auch mit der Einheit der Fig. 1 zur experimentellen Bestimmung der Einflüsse von Schwankungen im Querschlag in Kohle, vertikaler Probenbewegung und Feuchtigkeit. Die Ergebnisse dieser Messungen sind in Tabelle 3 zusammengefaßt: Tabelle 3

Zu möglichen Anwendungen der Erfindung gehören die Kohleanalyse im Schüttbetrieb auf einem Förderband oder in einer Rutsche oder in einem Trichter, die Analyse der Masse von Kohlebrei, die Analyse von Kohlebohrlochkernen und die Bohrlochanalyse in situ.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung führt zu einer Ascheanalyse in Kohlemasse im Betrieb unter Verwendung einer Einheit ähnlich der in Fig. 1 dargestellten. Diese Einheit eignet sich für die Betriebsanalyse von Kohle auf einem Förderband oder in einer Rutsche oder einem Trichter. Die Kohle sollte hinsichtlich der Rückstreustrahlung vorzugsweise von unbegrenzter Dicke sein (d. h. >20 cm). Zu möglichen Verbesserungen dieser Einheit gehört die Optimierung der Abstände Quelle/Detektor und Quelle/Probe und die Einstellung der Abschirmdicken und die Detektorgröße. Ebenso kann es wünschenswert sein, einfallende und/oder gestreute Strahlung parallel zu machen, um entweder das Ansprechen auf die Tiefe oder die Anpassung der Probenvolumina zur Paarbildung und Compton-Streuung zu verbessern. Eine weitere Verbesserung der Einheit in Fig. 1 kann erreicht werden, wenn eine γ-Strahlenquelle höherer Energie verwendet wird, wie z. B. ²²&sup8;Th oder ²²&sup6;Ra. Der Paarbildungsquerschnitt für 2,62 MeV ²²&sup8;Th-γ-Strahlen ist um etwa den Faktor 15 höher als für 1,33 MeV &sup6;º-Co-γ-Strahlen, wie von Yamazaki und Hollander in Physical Review 140, (1965) B630, beschrieben. Ebenso nimmt der differentielle Compton-Streuungsquerschnitt bei Winkeln über 90° mit zunehmender γ-Strahlenenergie ab. Die Anwendung von γ-Strahlen höherer Energie führt daher zu einem viel größeren Verhältnis von Vernichtungs- zu Compton- γ-Strahlung als für &sup6;ºCo. Die Verwendung einer γ-Strahlenquelle höherer Energie erfordert Änderungen der Geometrie in Fig. 1, z. B. eine verstärkte Abschirmung und Optimierung des Winkels der Compton-Streuung.

Die Verbesserung aufgrund der Verwendung von Quellen höherer Energie wurde unter Verwendung einer 13 MBq ²²&sup8;Th-Quelle und einer 920 MBq ²²&sup6;Ra-Quelle in der Geometrie in Fig. 1 gemessen. Die gemessenen Zählraten, normalisiert auf eine Quelle einer Stärke von 1 GBq, sind in Tabelle 4 für eine Kohleprobe mit 18,7 Gew.-% Asche angegeben. Doch ist eine ²²&sup8;Th-Quelle einer Aktivität von 1 GBq oder darüber schwer zu erhalten, und es kann gut sein, daß sich ²²&sup6;Ra als am meisten zufriedenstellende Alternativquelle erweist.

Weitere Verbesserungen der Leistung der Meßeinrichtung können mit einem größeren NaI(T1)-Detektor erhalten werden. Die mit einer 1 GBq ²²&sup6;Ra-Quelle in einer Rückstreueinheit ähnlich der der Fig. 1, aber unter Verwendung eines 15 cm Durchmesser×10 cm NaI(T1)-Detektors erhaltenen Zählraten sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Mit dieser Einheit ist eine Zählzeit von <5 min erforderlich, um den Aschegehalt auf ± 0,5 Gew.-% zu bestimmen. Tabelle 4

Im Rahmen dieser Arbeiten erfolgten Messungen in einer Rückstreugeometrie, in der die Probe hinsichtlich der Rückstreustrahlung unendlich dick ist (d. h. > 25 cm). Doch sind aufgrund der engen Anpassung der Vernichtungsstrahlung und der Compton-Strahlung als Funktion der Probentiefe Meßfehler mit dünneren Proben nicht groß. Für Proben einer Dicke > 19 cm weisen unkorrigierte Aschewerte einen Fehler von weniger als 1 Gew.-% auf, und selbst für Proben einer Dicke zwischen 12 und 19 cm sind die Fehler im Aschegehalt nicht größer als 3 Gew.-%.

Separate Tiefenmessungen könnten erfolgen, um diese Werte, wenn nötig, zu korrigieren.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung führt zu einer Ascheanalyse in Masse in Kohle unter Anwendung einer Koinzidenz-Zeittechnik ähnlich der in Fig. 4 veranschaulichten. In dieser Figur wird eine Kohleprobe (1) γ-Strahlen aus einer Quelle (19) ausgesetzt, die in einer Bleiabschirmung (14) liegt. Die γ-Strahlen folgen dem Weg (15) zur Kohleprobe (1), wo sie zwei entgegengesetzt gerichtete 0,511-MeV-γ-Strahlen (16) und (17) hervorrufen, die durch Szintillationsdetektoren (18) und (18&min;) gerichtet werden. Diese Anwendung beruht auf der Tatsache, daß zwei entgegengesetzt gerichtete 0,511-MeV-γ-Strahlen emittiert werden, wenn ein Positron zerstrahlt. Wenn sehr schnelle Szintillationsdetektoren verwendet werden (z. B. plastische Phosphore), kann eine sehr gute Unterscheidung der 0,511-MeV-γ-Strahlen gegen den Compton-Streuuntergrund erhalten werden. Die Compton- Streuzählrate wird entweder gleichzeitig in einem der Detektoren (18&min;) oder separat unter Verwendung einer Streu- oder Durchgangsmeßeinrichtung angepaßten Volumens gemessen.