Bruk av radioaktive isotoper i automatiske kontrollenheter, radiometriske måleenheter
Radioaktive isotoper brukes i ulike automatiske kontrollenheter (radiometriske måleenheter). I industrielle prosesser har radiometrisk teknologi blitt brukt til komplekse målinger siden 1950-tallet.
De viktigste fordelene med radioisotopenheter:
- berøringsfri måling (uten direkte kontakt mellom måleelementene og det kontrollerte miljøet);
- høye metrologiske kvaliteter gitt av stabiliteten til strålingskildene;
- brukervennlighet i typiske automatiseringsordninger (elektrisk utgang, enhetlige blokker).
Prinsippene for drift av radioisotopenheter er basert på fenomenene interaksjon av kjernefysisk stråling med et kontrollert miljø. Systemet til enheten inneholder som regel en strålingskilde, en strålingsmottaker (detektor), en mellomomformer av det mottatte signalet og en utgangsenhet.
Radiometriske systemer består av to deler: en lavnivåradioaktiv isotop i kilden sender ut radioaktiv energi gjennom teknologisk utstyr, for eksempel et fartøy, og en detektor installert på den andre siden måler strålingen som kommer til den. Etter hvert som massen mellom kilden og detektoren endres (nivåhøyde, slurrytetthet eller vekt av faste partikler på en transportør), endres strålingsfeltstyrken til detektoren.
Hovedegenskaper og bruksområder for noen typer stråling:
1) alfastråling — en strøm av heliumkjerner. Det absorberes sterkt fra miljøet. Utvalget av alfapartikler i luft er flere centimeter, og i væsker - flere titalls mikron. Den brukes til gasstrykkmåling og gassanalyse. Målemetodene er basert på ionisering av gassmediet;
2) betastråling — en strøm av elektroner eller positroner. Utvalget av beta-partikler i luft når flere meter, i faste stoffer - flere mm. Absorpsjonen av beta-partikler av mediet brukes til å måle tykkelse, tetthet og vekt av materialer (stoff, papir, tobakksmasse, folie, etc.) og for å kontrollere sammensetningen av væsker. Refleksjonen (tilbakespredningen) av betastråling fra omgivelsene lar deg måle tykkelsen på belegg og konsentrasjonen av individuelle komponenter i et gitt stoff, betastråling brukes også i analyse av ioniserende gasser og for ionisering for å fjerne ladninger fra statisk elektrisitet ;
3) gammastråling — en strøm av kvanter av elektromagnetisk energi som følger med kjernefysiske transformasjoner. Fungerer i faste kropper - opptil titalls cm.Gammastråling brukes i tilfeller der høy penetreringskraft er nødvendig (defektdeteksjon, tetthetskontroll, nivåkontroll) eller funksjonene til interaksjonen av gammastråling med flytende og faste medier (sammensetningskontroll) brukes;
4) n-nøytronstråling Dette er strømmen av uladede partikler. Po — Be-kilder (hvor Po-alfa-partikler bomber Be, emitterende nøytroner brukes ofte). Den brukes til å måle fuktigheten og sammensetningen av miljøet.
Radiometrisk tetthetsmåling. For rørlednings- og fartøyssensorprosesser hjelper tetthetskunnskap operatører med å ta informerte beslutninger.
De vanligste strålingsmottakerne i automatiske kontrollenheter er ioniseringskamre, gassutslipp og scintillasjonstellere.
Mellomomformeren til det mottatte strålingssignalet kan inneholde en forsterkerkrets (formingskrets) og en pulstellerhastighetsmåler (integrator). I tillegg brukes spesielle spektrometriske skjemaer i noen tilfeller. Noen ganger er automatiske kontrollenheter integrert direkte i kontrollsystemet.
Et særtrekk ved radioisotopenheter er tilstedeværelsen, i tillegg til de vanlige instrumentelle feilene, av ytterligere sannsynlighetsfeil. De skyldes den statistiske naturen til radioaktivt forfall, og derfor, med en konstant gjennomsnittsverdi av strålingsfluksen til enhver tid, kan forskjellige verdier av denne fluksen registreres.
En reduksjon i målefeil kan oppnås ved å øke intensiteten på strålingsfluksen eller måletiden.Førstnevnte er imidlertid begrenset av sikkerhetskrav, og sistnevnte forringer ytelsen til enheten. Derfor anbefales det i alle tilfeller å bruke strålingsdetektorer med høyest deteksjonseffektivitet.
Selv om nøyaktig måling av strålingsfluksintensitet er obligatorisk for de fleste enheter av den betraktede typen, er dette ikke det endelige målet, siden det i virkeligheten er viktig å nøyaktig kontrollere ikke intensiteten, men den teknologiske parameteren.
Radioisotop tykkelse og tetthet meter
De mest brukte enhetene for måling av tykkelse eller tetthet ved absorpsjon av stråling. Det enkleste opplegget for å måle tykkelsen eller tettheten til et materiale ved å absorbere stråling inneholder en strålingskilde, et testmateriale, en strålingsmottaker, en mellomomformer og en utgangsenhet.
Ulike bransjer bruker radiometrisk teknologi for å måle tetthet. Gruver, papirfabrikker, kullkraftverk, produsenter av byggematerialer og olje- og gassverk bruker alle denne tetthetsmålingsteknologien et sted i prosessene sine.
Tetthetsmålinger lar operatører forstå prosessene sine bedre, og hjelper dem med å optimalisere slurryytelsen, identifisere blokkeringer og til og med forbedre kontrollen i komplekse applikasjoner.
Radiometriske tetthetssensorer er ikke-kontakt, noe som betyr at de ikke forstyrrer prosessen, slites ikke ut og krever ikke vedlikehold, slik at de kan vare lenger. Utvendig montering forenkler sensorinstallasjon.
Radiometrisk teknologi brukes til å måle tetthet fordi disse sensorene utfører målinger uten å komme i kontakt med materialet som behandles. Berøringsfri måling sikrer slitasjefri og vedlikeholdsfri drift. Slipende, etsende eller etsende produkter resulterer ofte i hyppig og kostbart vedlikehold eller utskifting av andre sensorer, men radiometriske tetthetsdetektorer kan vare i 20 til 30 år.
Sensoren er immun mot støvete forhold i en sementfabrikk og fortsetter å måle tettheten nøyaktig i et vertikalt rør
Radiometriske instrumenter er montert utenfor et rør eller en tank slik at systemet er immun mot oppbygging, termisk sjokk, trykkstøt eller andre ekstreme prosessforhold. Og takket være deres robuste design er disse enhetene i stand til å motstå vibrasjoner fra røret eller tanken de er installert på.
Disse radiometriske sensorene er mye enklere å installere enn andre teknologier. Apparater av denne typen kan installeres uten å avbryte en kostbar prosess Andre teknologier krever fjerning av rørseksjoner eller andre vesentlige endringer i selve prosessen.
Startkostnaden for radioaktive isotoper er høyere enn andre løsninger for tetthetsmåling. En radiometrisk løsning kan imidlertid vare i 20 eller 30 år med lite eller ingen vedlikehold.
I motsetning til andre løsninger er radiometriske tetthetssensorer en langsiktig investering i hele prosessen, og sikrer sikker og effektiv drift i flere tiår fremover. En enkelt radiometrisk tetthetssensor gir betydelige besparelser i driftskostnader over instrumentets levetid.
Radiometrisk massestrømsmåling gir nøyaktig lading i kalkanlegg. Tallrike transportbånd som varierer i lengde fra noen få meter til én kilometer sørger for at berget under en lang rekke prosessforhold blir transportert til rett sted for videre bearbeiding.
Sammen med enheter, hvis nøyaktighet bestemmes av nøyaktigheten av å måle intensiteten til strålingsfluksen, er viktige enheter der oppgaven med å nøyaktig måle intensiteten til strålingsfluksen ikke er satt i det hele tatt. Dette er systemer som opererer i relémodus, der bare selve tilstedeværelsen eller fraværet av strålingsstrøm er viktig, samt systemer som opererer i henhold til fase- eller frekvensprinsippet.
I disse tilfellene registreres verken tilstedeværelsen av stråling eller dens intensitet, for eksempel frekvensen eller fasen av veksling av tilstander, som er preget av forskjellig intensitet av strålingsfluksen eller forskjellig grad av interaksjon av denne fluksen med et kontrollert miljø. . En av de mest utbredte bruksområdene for relésystemer er posisjonsnivåkontroll.
Radioaktivt manometer
Relésystemer brukes også til å telle produkter på en transportør, for å overvåke posisjonen til bevegelige objekter, berøringsfri måling av rotasjonshastighet og i mange andre tilfeller.
Ioniseringsmetoder
Hvis en kilde for alfa- eller betastråling plasseres i ioniseringskammeret, vil kammerstrømmen avhenge av trykket til gassen ved konstant sammensetning eller av sammensetningen ved konstant trykk. Dette fenomenet brukes i utformingen av radioisotopmanometre og gassanalysatorer for binære blandinger.
Bruke nøytronflukser
Når nøytroner passerer gjennom et kontrollert stoff og interagerer med dets kjerner, mister de noe av energien og bremser ned. I kraft av loven om bevaring av momentum overføres nøytroner til kjernen jo mer energi jo nærmere massen til kjernen er massen til nøytronet. Derfor opplever raske nøytroner den sterkeste moderasjonen når de kolliderer med hydrogenkjerner. Dette brukes for eksempel til å kontrollere fuktigheten til ulike medier eller nivået av hydrogenholdige medier.
Luftfuktighetsmålesystemet LB 350 bruker nøytronmåleteknologi. Målingen gjøres enten fra utsiden, gjennom veggene i siloen, eller gjennom et kraftig dykkrør som monteres inne i siloen. På denne måten er selve måleapparatet ikke utsatt for slitasje.
Måling av omfanget av nøytronabsorpsjon av ulike stoffer brukes til å bestemme innholdet av grunnstoffer med stort nøytronabsorpsjonstverrsnitt. En metode brukes også for å kontrollere sammensetningen av stoffer ved spektralanalyse av gammastråling som følge av stoffers fangst av nøytroner. Denne teknikken brukes for eksempel til foringsrør for oljebrønner.
Noen bransjer som bruker radiometrisk prosessmålingsteknologi, bruker også ikke-destruktiv røntgeninspeksjon eller radiografisk inspeksjon for å verifisere integriteten til sveiser og fartøy. Disse enhetene utstråler også gammaenergi fra kilden på en måte som ligner på radiometriske målere.
Se også:
Sensorer og måleapparater for å bestemme sammensetningen og egenskapene til stoffer