Radioaktyviųjų izotopų panaudojimas automatiniuose valdymo įrenginiuose, radiometriniuose matavimo prietaisuose
Radioaktyvieji izotopai naudojami įvairiuose automatinio valdymo įrenginiuose (radiometriniuose matavimo prietaisuose). Pramoniniuose procesuose radiometrinė technologija sudėtingiems matavimams buvo naudojama nuo šeštojo dešimtmečio.
Pagrindiniai radioizotopinių prietaisų privalumai:
- bekontaktis matavimas (be tiesioginio matavimo elementų kontakto su kontroliuojama aplinka);
- aukštos metrologinės savybės, kurias užtikrina radiacijos šaltinių stabilumas;
- naudojimo paprastumas tipinėse automatizavimo schemose (elektros išėjimas, vieningi blokai).
Radioizotopinių prietaisų veikimo principai grindžiami branduolinės spinduliuotės sąveikos su kontroliuojama aplinka reiškiniais. Įrenginio schemoje, kaip taisyklė, yra spinduliuotės šaltinis, spinduliuotės imtuvas (detektorius), tarpinis gauto signalo keitiklis ir išvesties įrenginys.
Radiometrinės sistemos susideda iš dviejų dalių: šaltinyje esantis žemo aktyvumo radioaktyvusis izotopas skleidžia radioaktyviąją energiją per technologinę įrangą, pavyzdžiui, indą, o kitoje pusėje įrengtas detektorius matuoja į jį patenkančią spinduliuotę. Keičiantis masei tarp šaltinio ir detektoriaus (lygio aukštis, srutų tankis arba konvejerio kietųjų dalelių svoris), kinta detektoriaus spinduliuotės lauko stiprumas.
Pagrindinės kai kurių spinduliuotės rūšių savybės ir taikymo sritys:
1) alfa spinduliuotė - helio branduolių srautas. Jis stipriai absorbuojamas iš aplinkos. Alfa dalelių diapazonas ore siekia kelis centimetrus, o skysčiuose – keliasdešimt mikronų. Jis naudojamas dujų slėgio matavimui ir dujų analizei. Matavimo metodai pagrįsti dujų terpės jonizacija;
2) beta spinduliuotė — elektronų arba pozitronų srautas. Beta dalelių diapazonas ore siekia kelis metrus, kietosiose medžiagose – kelis mm. Beta dalelių absorbcija terpėje naudojama medžiagų (audinio, popieriaus, tabako masės, folijos ir kt.) storiui, tankiui ir svoriui matuoti bei skysčių sudėčiai kontroliuoti. Aplinkos beta spinduliuotės atspindys (atgalinis sklaida) leidžia išmatuoti dangų storį ir atskirų komponentų koncentraciją tam tikroje medžiagoje, beta spinduliuotė taip pat naudojama analizuojant jonizuojančias dujas ir jonizacijai pašalinti statinės elektros krūvius. ;
3) gama spinduliuotė — elektromagnetinės energijos kvantų srautas, lydintis branduolines transformacijas. Veikia kietuose kūnuose – iki dešimčių cm.Gama spinduliuotė naudojama tais atvejais, kai reikalinga didelė skverbimosi galia (defektų nustatymas, tankio kontrolė, lygio kontrolė) arba naudojami gama spinduliuotės sąveikos su skystomis ir kietomis terpėmis ypatumai (sudėtinio kontrolė);
4) n-neutroninė spinduliuotė Tai neįkrautų dalelių srautas. Po – Be šaltiniai (kuriame Po alfa dalelės bombarduoja Be, dažnai naudojami skleidžiantys neutronus). Jis naudojamas aplinkos drėgmei ir sudėčiai matuoti.
Radiometrinio tankio matavimas. Dujotiekio ir laivo aptikimo procesuose tankumo žinios padeda operatoriams priimti pagrįstus sprendimus.
Dažniausiai automatinio valdymo įrenginiuose naudojami radiacijos imtuvai yra jonizacijos kameros, dujų išlydžio ir scintiliacijos skaitikliai.
Priimamo spinduliavimo signalo tarpiniame keitiklyje gali būti stiprinimo (formavimo) grandinė ir impulsų skaičiavimo dažnio matuoklis (integratorius). Be to, kai kuriais atvejais naudojamos specialios spektrometrinės schemos. Kartais automatiniai valdymo įtaisai įjungiami tiesiai į valdymo sistemą.
Išskirtinis radioizotopinių prietaisų bruožas yra tai, kad, be įprastų instrumentinių klaidų, yra ir papildomų tikimybinių klaidų. Jie atsiranda dėl statistinio radioaktyvaus skilimo pobūdžio, todėl esant pastoviai vidutinei radiacijos srauto vertei bet kuriuo laiko momentu, galima užregistruoti skirtingas šio srauto vertes.
Matavimo paklaidas galima sumažinti padidinus spinduliuotės srauto intensyvumą arba matavimo laiką.Tačiau pirmąjį riboja saugos reikalavimai, o antrieji blogina įrenginio veikimą. Todėl visais atvejais rekomenduojama naudoti didžiausio aptikimo efektyvumo spinduliuotės detektorius.
Nors tikslus spinduliuotės srauto intensyvumo matavimas yra privalomas daugumai nagrinėjamo tipo įrenginių, tai nėra galutinis tikslas, nes iš tikrųjų svarbu tiksliai kontroliuoti ne intensyvumą, o technologinį parametrą.
Radioizotopų storio ir tankio matuokliai
Plačiausiai naudojami prietaisai storiui ar tankiui matuoti sugeriant spinduliuotę. Paprasčiausioje schemoje, skirtoje medžiagos storiui ar tankiui matuoti sugeriant spinduliuotę, yra spinduliuotės šaltinis, tiriamoji medžiaga, spinduliuotės imtuvas, tarpinis keitiklis ir išvesties įtaisas.
Įvairios pramonės šakos naudoja radiometrinę technologiją tankiui matuoti. Kasyklos, popieriaus fabrikai, anglimi kūrenamos elektrinės, statybinių medžiagų gamintojai ir naftos bei dujų įmonės naudoja šią tankio matavimo technologiją savo procesuose.
Tankio matavimai leidžia operatoriams geriau suprasti savo procesus, padeda optimizuoti srutų veikimą, nustatyti užsikimšimus ir netgi pagerinti valdymą sudėtingose programose.
Radiometriniai tankio jutikliai yra bekontakčiai, o tai reiškia, kad jie netrukdo procesui, nesusidėvi ir nereikalauja priežiūros, todėl jie tarnauja ilgiau. Išorinis montavimas supaprastina jutiklio montavimą.
Tankiui matuoti naudojama radiometrinė technologija, nes šie jutikliai atlieka matavimus nesiliesdami su apdorojama medžiaga. Bekontaktis matavimas užtikrina veikimą nesusidėvėjusį ir nereikalaujantį priežiūros. Abrazyviniai, koroziniai ar koroziniai produktai dažnai lemia dažną ir brangią kitų jutiklių priežiūrą arba keitimą, tačiau radiometrinio tankio detektoriai gali tarnauti 20–30 metų.
Jutiklis yra atsparus dulkėtoms sąlygoms cemento gamykloje ir toliau tiksliai matuoja tankį vertikaliame vamzdyje
Radiometriniai prietaisai montuojami vamzdžio ar rezervuaro išorėje, todėl sistema yra apsaugota nuo susikaupimo, šiluminio šoko, slėgio šuolių ar kitų ekstremalių proceso sąlygų. Dėl tvirtos konstrukcijos šie įrenginiai gali atlaikyti vamzdžio ar rezervuaro, ant kurio jie sumontuoti, vibraciją.
Šiuos radiometrinius jutiklius montuoti daug lengviau nei kitas technologijas. Tokio tipo prietaisai gali būti montuojami nenutraukiant brangaus proceso.Kitos technologijos reikalauja vamzdynų atkarpų pašalinimo ar kitų reikšmingų paties proceso pakeitimų.
Pradinė radioaktyviųjų izotopų kaina yra didesnė nei kitų tankio matavimo sprendimų. Tačiau radiometrinis sprendimas gali tarnauti 20 ar 30 metų, nereikalaujant jokios priežiūros.
Skirtingai nuo kitų sprendimų, radiometriniai tankio jutikliai yra ilgalaikė investicija į visą procesą, užtikrinanti saugų ir efektyvų darbą dešimtmečius. Vienas radiometrinio tankio jutiklis leidžia žymiai sutaupyti eksploatavimo išlaidas per visą prietaiso naudojimo laiką.
Radiometrinis masės srauto matavimas užtikrina tikslų įkrovimą kalkių gamyklose. Daugybė konvejerių juostų, kurių ilgis svyruoja nuo kelių metrų iki vieno kilometro, užtikrina, kad uoliena įvairiomis apdorojimo sąlygomis būtų transportuojama į reikiamą vietą tolesniam apdorojimui.
Kartu su prietaisais, kurių tikslumą lemia spinduliuotės srauto intensyvumo matavimo tikslumas, yra svarbūs prietaisai, kuriuose iš viso nėra nustatyta užduotis tiksliai išmatuoti spinduliuotės srauto intensyvumą. Tai relės režimu veikiančios sistemos, kuriose svarbus tik pats radiacijos srauto buvimo ar nebuvimo faktas, taip pat sistemos, veikiančios pagal fazės ar dažnio principą.
Tokiais atvejais neregistruojamas nei spinduliuotės buvimas, nei jos intensyvumas, pavyzdžiui, būsenų kaitos dažnis ar fazė, kurioms būdingas skirtingas spinduliuotės srauto intensyvumas arba skirtingas šio srauto sąveikos su kontroliuojama aplinka laipsnis. . Vienas iš labiausiai paplitusių relių sistemų pritaikymo būdų yra padėties lygio valdymas.
Radioaktyvus manometras
Relių sistemos taip pat naudojamos gaminių skaičiavimui ant konvejerio, judančių objektų padėties stebėjimui, bekontakčio sukimosi greičio matavimui ir daugeliu kitų atvejų.
Jonizacijos metodai
Jei jonizacijos kameroje yra alfa arba beta spinduliuotės šaltinis, kameros srovė priklausys nuo pastovios sudėties dujų slėgio arba nuo pastovaus slėgio sudėties. Šis reiškinys naudojamas kuriant radioizotopinius manometrus ir dviejų komponentų mišinių dujų analizatorius.
Naudojant neutronų srautus
Eidami per kontroliuojamą medžiagą, sąveikaudami su jos branduoliais, neutronai praranda dalį energijos ir sulėtėja. Pagal impulso išsaugojimo dėsnį neutronai perduoda branduoliui kuo daugiau energijos, tuo branduolio masė arčiau neutrono masės. Todėl greitieji neutronai patiria stipriausią nuosaikumą, kai susiduria su vandenilio branduoliais. Tai naudojama, pavyzdžiui, įvairių terpių drėgmei arba vandenilio turinčių terpių lygiui reguliuoti.
LB 350 drėgmės matavimo sistemoje naudojama neutronų matavimo technologija. Matavimas atliekamas iš išorės, per siloso sieneles arba per stiprų panardinamą vamzdelį, kuris yra sumontuotas siloso viduje. Tokiu būdu pats matavimo prietaisas nėra nusidėvėjęs.
Neutronų sugerties iš įvairių medžiagų laipsnio matavimas naudojamas elementų, turinčių didelį neutronų sugerties skerspjūvį, kiekiui nustatyti. Metodas taip pat naudojamas medžiagų sudėčiai kontroliuoti atliekant gama spinduliuotės, atsirandančios dėl medžiagų gaudymo neutronų, spektrinę analizę. Ši technika naudojama, pavyzdžiui, naftos gręžinių korpusams.
Kai kuriose pramonės šakose, kuriose naudojama radiometrinio proceso matavimo technologija, taip pat naudojamas neardomasis rentgeno arba radiografinis patikrinimas, kad patikrintų suvirinimo siūlių ir indų vientisumą. Šie prietaisai taip pat spinduliuoja gama energiją iš šaltinio panašiai kaip radiometriniai skaitikliai.
Taip pat žiūrėkite:
Jutikliai ir matavimo prietaisai medžiagų sudėčiai ir savybėms nustatyti