Radioaktív izotópok alkalmazása automata vezérlőberendezésekben, radiometrikus mérőeszközökben
A radioaktív izotópokat különféle automatikus vezérlőberendezésekben (radiometrikus mérőeszközök) használják. Az ipari folyamatokban az 1950-es évek óta alkalmazzák a radiometrikus technológiát komplex mérésekre.
A radioizotópos eszközök fő előnyei:
- érintésmentes mérés (a mérőelemek közvetlen érintkezése nélkül a szabályozott környezettel);
- a sugárforrások stabilitása által biztosított magas metrológiai tulajdonságok;
- egyszerű használat a tipikus automatizálási sémákban (elektromos kimenet, egyesített blokkok).
A radioizotópos eszközök működési elvei a nukleáris sugárzás és az ellenőrzött környezet kölcsönhatásának jelenségein alapulnak. Az eszköz sémája általában tartalmaz egy sugárforrást, egy sugárzás vevőt (detektort), a vett jel közbenső átalakítóját és egy kimeneti eszközt.
A radiometriai rendszerek két részből állnak: a forrásban lévő kis radioaktív izotóp technológiai berendezéseken, például egy edényen keresztül bocsát ki radioaktív energiát, a másik oldalra szerelt detektor pedig méri a hozzá érkező sugárzást. A forrás és a detektor közötti tömeg változásával (a szintmagasság, az iszap sűrűsége vagy a szállítószalagon lévő szilárd részecskék tömege) megváltozik a detektor sugárzási térereje.
Bizonyos típusú sugárzások főbb tulajdonságai és alkalmazási területei:
1) alfa sugárzás — héliummagok folyama. Erősen felszívódik a környezetből. Az alfa-részecskék tartománya a levegőben több centiméter, a folyadékokban pedig több tíz mikron. Gáznyomásmérésre és gázelemzésre használják. A mérési módszerek a gázközeg ionizációján alapulnak;
2) béta sugárzás — elektron- vagy pozitronfolyam. A béta-részecskék tartománya a levegőben eléri a több métert, szilárd anyagokban - néhány mm-t. A béta részecskék közeg általi abszorpcióját az anyagok (szövet, papír, dohánypép, fólia stb.) vastagságának, sűrűségének és tömegének mérésére, valamint a folyadékok összetételének ellenőrzésére használják. A környezet béta sugárzásának visszaverődése (visszaszórása) lehetővé teszi a bevonatok vastagságának és az egyes komponensek koncentrációjának mérését egy adott anyagban, a béta sugárzást ionizáló gázok elemzésére és ionizációra is használják a statikus elektromosság töltéseinek eltávolítására. ;
3) gamma-sugárzás — a nukleáris átalakulásokat kísérő elektromágneses energia kvantumáradata. Szilárd testekben működik - akár több tíz cm-ig.A gamma-sugárzást olyan esetekben alkalmazzák, amikor nagy áthatolóerőre van szükség (hibaészlelés, sűrűségszabályozás, szintszabályozás), vagy a gamma-sugárzás folyékony és szilárd közeggel való kölcsönhatásának jellemzőit (összetételszabályozás);
4) n-neutron sugárzás Ez a töltetlen részecskék áramlása. Po — Be források (amelyben Po alfa részecskék bombázzák a Be-t, gyakran használnak neutronokat kibocsátó). A környezet páratartalmának és összetételének mérésére szolgál.
Radiometriai sűrűségmérés. A csővezetékek és edények érzékelési folyamatainál a sűrűség ismerete segíti az üzemeltetőket, hogy megalapozott döntéseket hozzanak.
Az automatikus vezérlőberendezések leggyakoribb sugárvevői az ionizációs kamrák, a gázkisülési és szcintillációs számlálók.
A vett sugárzási jel közbenső átalakítója tartalmazhat egy erősítő (alakító) áramkört és egy impulzusszámláló sebességmérőt (integrátort). Ezenkívül bizonyos esetekben speciális spektrometriai sémákat alkalmaznak. Néha az automatikus vezérlőberendezéseket közvetlenül a vezérlőrendszerbe építik be.
A radioizotópos eszközök megkülönböztető jellemzője, hogy a szokásos műszerhibákon kívül további valószínűségi hibák is jelen vannak. Ezek a radioaktív bomlás statisztikai természetéből adódnak, ezért a sugárzási fluxus állandó átlagos értékével egy adott időpontban ennek a fluxusnak a különböző értékei rögzíthetők.
A mérési hibák csökkentése a sugárzási fluxus intenzitásának vagy a mérési idő növelésével érhető el.Előbbit azonban korlátozzák a biztonsági követelmények, az utóbbi pedig rontja a készülék teljesítményét. Ezért minden esetben javasolt a legmagasabb érzékelési hatékonyságú sugárzásérzékelők alkalmazása.
Bár a vizsgált típusú készülékek többségénél kötelező a sugárzási fluxus intenzitás pontos mérése, nem ez a végső cél, hiszen a valóságban nem az intenzitás, hanem a technológiai paraméter pontos szabályozása a fontos.
Radioizotóp vastagság- és sűrűségmérők
A legszélesebb körben használt eszközök vastagság vagy sűrűség mérésére sugárzáselnyelés alapján. Az anyag vastagságának vagy sűrűségének sugárzáselnyeléssel történő mérésének legegyszerűbb sémája egy sugárforrást, egy vizsgálóanyagot, egy sugárvevőt, egy közbenső jelátalakítót és egy kimeneti eszközt tartalmaz.
Különféle iparágak radiometriás technológiát alkalmaznak a sűrűség mérésére. A bányák, a papírgyárak, a széntüzelésű erőművek, az építőanyag-gyártók, valamint az olaj- és gázszolgáltató cégek valahol ezt a sűrűségmérési technológiát alkalmazzák folyamataikban.
A sűrűségmérés lehetővé teszi a kezelők számára, hogy jobban megértsék folyamataikat, segítve őket a hígtrágya teljesítményének optimalizálásában, az eltömődések azonosításában és még az összetett alkalmazásokban történő vezérlés javításában is.
A radiometrikus sűrűségérzékelők érintésmentesek, ami azt jelenti, hogy nem zavarják a folyamatot, nem kopnak és nem igényelnek karbantartást, így hosszabb ideig tartanak. A külső szerelés leegyszerűsíti az érzékelő telepítését.
A radiometrikus technológiát a sűrűség mérésére használják, mivel ezek az érzékelők anélkül végeznek méréseket, hogy érintkezésbe lépnének a feldolgozott anyaggal. Az érintésmentes mérés kopás- és karbantartásmentes működést biztosít. A koptató, korrozív vagy korrozív termékek gyakran gyakori és költséges karbantartást vagy más érzékelők cseréjét eredményezik, de a radiometrikus sűrűségérzékelők 20-30 évig is működhetnek.
Az érzékelő immunis a poros körülményekre a cementgyárban, és továbbra is pontosan méri a sűrűséget egy függőleges csőben
A radiometrikus műszereket cső vagy tartály kívülre szerelik fel, így a rendszer ellenáll a felhalmozódásnak, a hősokknak, a nyomáslökéseknek vagy más szélsőséges folyamatkörülményeknek. Robusztus kialakításuknak köszönhetően ezek az eszközök képesek ellenállni a csőből vagy tartályból származó vibrációnak, amelyre fel vannak szerelve.
Ezeket a radiometrikus érzékelőket sokkal könnyebb telepíteni, mint más technológiákat. Az ilyen típusú készülékek beszerelése költséges folyamat megszakítása nélkül lehetséges, más technológiák csőszakaszok eltávolítását vagy a folyamat egyéb jelentős változtatásait igénylik.
A radioaktív izotópok kezdeti költsége magasabb, mint a többi sűrűségmérési megoldásé. Mindazonáltal egy radiometrikus megoldás 20 vagy 30 évig is kitarthat csekély karbantartás nélkül.
Más megoldásoktól eltérően a radiometrikus sűrűségérzékelők hosszú távú befektetést jelentenek a teljes folyamatba, biztosítva a biztonságos és hatékony működést az elkövetkező évtizedekben. Egyetlen radiometrikus sűrűségérzékelő jelentős megtakarítást jelent a működési költségekben a műszer élettartama során.
A radiometrikus tömegáram mérés pontos töltést biztosít a mésztelepeken. Számos, néhány métertől egy kilométerig változó hosszúságú szállítószalag biztosítja, hogy a kőzet a legkülönbözőbb feldolgozási körülmények között a megfelelő helyre kerüljön a további feldolgozáshoz.
Azon eszközök mellett, amelyek pontosságát a sugárzási fluxus intenzitásának mérési pontossága határozza meg, olyan fontos eszközök, amelyekben a sugárzási fluxus intenzitásának pontos mérése egyáltalán nincs meghatározva. Ezek relé üzemmódban működő rendszerek, amelyekben csak a sugárzás meglétének vagy hiányának ténye fontos, valamint a fázis- vagy frekvenciaelv szerint működő rendszerek.
Ezekben az esetekben nem regisztrálják sem a sugárzás jelenlétét, sem annak intenzitását, például az állapotok váltakozásának gyakoriságát vagy fázisát, amelyeket a sugárzási fluxus eltérő intenzitása vagy ennek a fluxusnak a szabályozott környezettel való eltérő mértékű kölcsönhatása jellemez. . A relérendszerek egyik legelterjedtebb alkalmazása a helyzetszint-szabályozás.
Radioaktív manométer
A relérendszereket szállítószalagon történő termékek számlálására, mozgó tárgyak helyzetének figyelésére, a forgási sebesség érintésmentes mérésére és sok más esetben is használják.
Ionizációs módszerek
Ha az ionizációs kamrába alfa- vagy béta-sugárforrást helyeznek el, a kamraáram az állandó összetételű gáz nyomásától vagy az állandó nyomású összetételtől függ. Ezt a jelenséget radioizotópos manométerek és bináris keverékek gázelemzőinek tervezésénél használják.
Neutronfluxusok felhasználása
Amikor áthaladnak egy szabályozott anyagon, és kölcsönhatásba lépnek az atommagjaival, a neutronok elveszítenek energiájuk egy részét, és lelassulnak. Az impulzusmegmaradás törvénye értelmében a neutronok minél több energiát adnak át az atommagnak, minél közelebb van az atommag tömege a neutron tömegéhez. Ezért a gyors neutronok a legerősebb mérséklődést tapasztalják, amikor hidrogénatommagokkal ütköznek. Ezt használják például a különböző közegek páratartalmának vagy a hidrogéntartalmú közegek szintjének szabályozására.
Az LB 350 páratartalommérő rendszer neutronmérési technológiát használ. A mérést vagy kívülről, a siló falain keresztül, vagy a siló belsejébe szerelt erős merülőcsövön keresztül végezzük. Ily módon maga a mérőeszköz nincs kitéve a kopásnak.
A nagy neutronelnyelési keresztmetszetű elemek tartalmának meghatározására a különböző anyagok általi neutronabszorpció mértékének mérését használják. Az anyagok összetételének szabályozására is alkalmaznak módszert a neutronok anyagok általi befogásából származó gamma-sugárzás spektrális elemzésével. Ezt a technikát például olajkutak burkolására használják.
Egyes iparágak, amelyek radiometrikus folyamatmérési technológiát alkalmaznak, roncsolásmentes röntgenvizsgálatot vagy radiográfiás vizsgálatot is alkalmaznak a hegesztési varratok és az edények integritásának ellenőrzésére. Ezek az eszközök a radiometrikus mérőműszerekhez hasonló módon gamma-energiát is sugároznak a forrásból.
Lásd még:
Anyagok összetételének és tulajdonságainak meghatározására szolgáló érzékelők és mérőeszközök