水泥是国民经济的基础原材料,水泥工业与经济建设密切相关。但水泥工业是高消耗、高污染工业。目前我国每年因水泥生产向大气排放的粉尘约1300万吨,粉尘使土壤孔隙度减少,出现碳酸钙结核和板结现象；每年向大气排放的CO2约12亿吨,同时排放大量的SO2、NOx等有害气体,废气增强了温室效应,增加了酸雨量,扩大了酸雨范围,对环境带来很大的影响。　　 在水泥生产过程中要求快速计算出石灰饱和系数(KH)、硅酸率(n)和铝氧率(p),并把计算结果及时反馈给控制投料的计算机,重新指导配料,以保持水泥生料配制的合理与稳定。这是生产高质量水泥的基础,也是节能减排的重要手段。　　 我国的许多水泥生产企业多采用化学抽样分析方法来获得这些参数。化学分析方法检测速度慢,不能及时指导生产。而使用NIPGA方法进行水泥生料分析是近年来核探测与分析领域内的一个热点。该方法具有分析快速、准确等优点。　　 目前,应用NIPGA方法进行物质元素分析的仪器多采用放射性同位素中子源,其发射的中子不可关断,这给维护和检修等工作带来很大困难,限制了它的工业应用。近几年还出现了用D-T中子发生器作中子源的分析仪,该种中子源具有中子产额较高、发射的中子可关断等优点,但其产生的中子能量高(14 MeV),不利于中子的防护。　　 本论文应用D-D中子发生器作中子源,基于NIPGA方法进行了水泥生料检测的研究,具体研究内容如下:　　 (1)利用MCNP程序模拟出聚乙烯和水防护中子的效果,并对模拟结果进行了验证。厚度为24 cm的水和厚度为19 cm的聚乙烯都能使防护体周围的辐射剂量小于职业放射性工作人员每年允许辐照的最大剂量。　　 (2)利用MCNP程序模拟出水泥生料样品的厚度对特征伽马计数测量结果的影响,根据实验情况,设计出厚度为18 cm的聚乙烯材质的水泥生料样品箱。　　 (3)研究了伽马射线能谱的峰位与光电倍增管高压和主放大器放大倍数的关系。为了减小或消除人为误差,设计出BGO探测器的恒温控制系统,有效地抑制了由于BGO探测器的工作环境温度变化引起峰位的漂移,提高了仪器运行的稳定性和测量精度。　　 (4)通过MCNP程序模拟的结果与实验测量的结果对比分析,确定出Al、Si、Ca和Fe元素的特征伽马射线能量分别为1.01 MeV、4.93 MeV、6.42 MeV和7.64MeV。　　 (5)建立了一套适合水泥生料检测的数据处理方法,用11道平滑公式平滑原始数据和11道计数和的最大值寻找特征峰位,用线性回归方法找出了元素含量和峰面积之间的关系。　　 (6)基于以上的研究工作制作出中子水泥生料多元素分析仪,并确定了使用条件。该仪器主要由D-D中子发生器、BGO探测器、探测器的温度控制器、2048道能谱分析器、水泥生料样品箱和中子防护主体(水箱)等组成。　　 该仪器已进行了现场测试,测试结果表明该仪器的各系统工作稳定,所测数据重复性和再现性好。应用该分析仪的测量结果和化学化验方法比较,样品中所测氧化物Al2O3、SiO2、CaO和Fe2O3质量百分含量的测量误差分别小于0.30％、0.20％、0.40％和0.20％,达到了GB／T176-1996误差标准要求。　　 实践证明,用D-D中子发生器作中子源,基于NIPGA方法完全可以代替化学方法对水泥生料进行快速、准确的检测。该仪器的研制成功,提高了国产水泥生料分析仪器的技术水平,对提高水泥的质量及环境保护具有极高的经济和社会价值。