Použitie rádioaktívnych izotopov v automatických kontrolných zariadeniach, rádiometrických meracích zariadeniach
Rádioaktívne izotopy sa používajú v rôznych automatických kontrolných zariadeniach (rádiometrické meracie zariadenia). V priemyselných procesoch sa rádiometrická technológia používa na komplexné merania už od 50. rokov minulého storočia.
Hlavné výhody rádioizotopových zariadení:
- bezkontaktné meranie (bez priameho kontaktu meracích prvkov s kontrolovaným prostredím);
- vysoké metrologické kvality poskytované stabilitou zdrojov žiarenia;
- jednoduchosť použitia v typických automatizačných schémach (elektrický výkon, zjednotené bloky).
Princípy činnosti rádioizotopových zariadení sú založené na javoch interakcie jadrového žiarenia s riadeným prostredím. Schéma zariadenia spravidla obsahuje zdroj žiarenia, prijímač žiarenia (detektor), medzikonvertor prijatého signálu a výstupné zariadenie.
Rádiometrické systémy sa skladajú z dvoch častí: nízkoúrovňový rádioaktívny izotop v zdroji vyžaruje rádioaktívnu energiu prostredníctvom technologického zariadenia, napríklad nádoby, a na druhej strane inštalovaný detektor meria žiarenie, ktoré k nemu prichádza. Ako sa mení hmotnosť medzi zdrojom a detektorom (výška hladiny, hustota kalu alebo hmotnosť pevných častíc na dopravníku), mení sa intenzita poľa žiarenia detektora.
Hlavné vlastnosti a oblasti použitia niektorých druhov žiarenia:
1) alfa žiarenia — prúd jadier hélia. Je silne absorbovaný z prostredia. Rozsah alfa častíc vo vzduchu je niekoľko centimetrov a v kvapalinách - niekoľko desiatok mikrónov. Používa sa na meranie tlaku plynu a analýzu plynov. Metódy merania sú založené na ionizácii plynného média;
2) beta žiarenia — prúd elektrónov alebo pozitrónov. Rozsah beta častíc vo vzduchu dosahuje niekoľko metrov, v pevných látkach - niekoľko mm. Absorpcia beta častíc médiom sa používa na meranie hrúbky, hustoty a hmotnosti materiálov (látka, papier, tabaková drť, fólia atď.) a na kontrolu zloženia kvapalín. Odraz (spätný rozptyl) beta žiarenia od okolia umožňuje merať hrúbku povlakov a koncentráciu jednotlivých zložiek v danej látke, beta žiarenie sa využíva aj pri rozbore ionizujúcich plynov a na ionizáciu na odstránenie nábojov zo statickej elektriny ;
3) gama žiarenia — tok kvánt elektromagnetickej energie sprevádzajúci jadrové premeny. Pracuje v pevných telesách - až desiatky cm.Žiarenie gama sa používa v prípadoch, keď sa vyžaduje vysoká penetračná sila (detekcia defektov, kontrola hustoty, kontrola hladiny) alebo sa využívajú vlastnosti interakcie žiarenia gama s kvapalným a pevným prostredím (kontrola zloženia);
4) n-neutrónové žiarenie Toto je prúdenie nenabitých častíc. Zdroje Po — Be (v ktorých častice Po alfa bombardujú Be, často sa používajú emitujúce neutróny). Používa sa na meranie vlhkosti a zloženia prostredia.
Rádiometrické meranie hustoty. V prípade procesov snímania potrubí a nádob pomáha znalosť hustoty operátorom prijímať informované rozhodnutia.
Najbežnejšími prijímačmi žiarenia v automatických riadiacich zariadeniach sú ionizačné komory, plynové výboje a scintilačné počítače.
Medziprevodník prijatého signálu žiarenia môže obsahovať zosilňovací (tvarovací) obvod a merač rýchlosti počítania impulzov (integrátor). Okrem toho sa v niektorých prípadoch používajú špeciálne spektrometrické schémy. Niekedy sú automatické riadiace zariadenia začlenené priamo do riadiaceho systému.
Charakteristickým znakom rádioizotopových zariadení je okrem obvyklých inštrumentálnych chýb prítomnosť ďalších pravdepodobnostných chýb. Sú spôsobené štatistickou povahou rádioaktívneho rozpadu, a preto pri konštantnej priemernej hodnote toku žiarenia v akomkoľvek danom časovom okamihu môžu byť zaznamenané rôzne hodnoty tohto toku.
Zníženie chýb merania možno dosiahnuť zvýšením intenzity toku žiarenia alebo času merania.To prvé je však obmedzené bezpečnostnými požiadavkami a to druhé zhoršuje výkon zariadenia. Preto sa vo všetkých prípadoch odporúča používať detektory žiarenia s najvyššou účinnosťou detekcie.
Hoci presné meranie intenzity toku žiarenia je povinné pre väčšinu zariadení uvažovaného typu, nie je to konečný cieľ, pretože v skutočnosti je dôležité presne kontrolovať nie intenzitu, ale technologický parameter.
Rádioizotopové merače hrúbky a hustoty
Najpoužívanejšie prístroje na meranie hrúbky alebo hustoty absorpciou žiarenia. Najjednoduchšia schéma merania hrúbky alebo hustoty materiálu absorbovaním žiarenia obsahuje zdroj žiarenia, testovací materiál, prijímač žiarenia, medziprevodník a výstupné zariadenie.
Rôzne priemyselné odvetvia používajú na meranie hustoty rádiometrické technológie. Bane, papierne, uhoľné elektrárne, výrobcovia stavebných materiálov a ropné a plynárenské spoločnosti používajú túto technológiu merania hustoty niekde vo svojich procesoch.
Merania hustoty umožňujú operátorom lepšie porozumieť svojim procesom, pomáhajú im optimalizovať výkon kalu, identifikovať blokády a dokonca zlepšiť kontrolu v zložitých aplikáciách.
Rádiometrické snímače hustoty sú bezkontaktné, čo znamená, že nezasahujú do procesu, neopotrebúvajú sa a nevyžadujú údržbu, čo umožňuje ich dlhšiu životnosť. Vonkajšia montáž zjednodušuje inštaláciu snímača.
Rádiometrická technológia sa používa na meranie hustoty, pretože tieto snímače vykonávajú merania bez toho, aby prišli do kontaktu so spracovávaným materiálom. Bezdotykové meranie zaisťuje prevádzku bez opotrebovania a údržby. Abrazívne, korozívne alebo korozívne produkty často vedú k častej a nákladnej údržbe alebo výmene iných snímačov, ale rádiometrické detektory hustoty môžu vydržať 20 až 30 rokov.
Senzor je odolný voči prašným podmienkam v cementárni a naďalej presne meria hustotu vo vertikálnom potrubí
Rádiometrické prístroje sú namontované mimo potrubia alebo nádrže, takže systém je odolný voči nánosom, tepelným šokom, tlakovým rázom alebo iným extrémnym procesným podmienkam. A vďaka svojej robustnej konštrukcii sú tieto zariadenia schopné odolať vibráciám z potrubia alebo nádrže, na ktorej sú nainštalované.
Tieto rádiometrické snímače sa inštalujú oveľa jednoduchšie ako iné technológie. Zariadenia tohto typu je možné inštalovať bez prerušenia nákladného procesu.Iné technológie vyžadujú odstránenie častí potrubia alebo iné významné zmeny v samotnom procese.
Počiatočné náklady na rádioaktívne izotopy sú vyššie ako pri iných riešeniach na meranie hustoty. Rádiometrické riešenie však môže vydržať 20 alebo 30 rokov s malou alebo žiadnou údržbou.
Na rozdiel od iných riešení sú rádiometrické snímače hustoty dlhodobou investíciou do celého procesu a zaisťujú bezpečnú a efektívnu prevádzku na desiatky rokov dopredu. Jediný rádiometrický snímač hustoty poskytuje významné úspory prevádzkových nákladov počas životnosti prístroja.
Rádiometrické meranie hmotnostného prietoku poskytuje presné nabíjanie vo vápenkách. Početné dopravníkové pásy s rôznou dĺžkou od niekoľkých metrov do jedného kilometra zaisťujú, že hornina sa pri najrôznejších podmienkach spracovania dopraví na správne miesto na ďalšie spracovanie.
Spolu s prístrojmi, ktorých presnosť je daná presnosťou merania intenzity toku žiarenia, sú dôležité zariadenia, v ktorých úloha presného merania intenzity toku žiarenia nie je vôbec stanovená. Ide o systémy pracujúce v reléovom režime, v ktorých je dôležitá len samotná skutočnosť prítomnosti alebo neprítomnosti toku žiarenia, ako aj systémy pracujúce na fázovom alebo frekvenčnom princípe.
V týchto prípadoch nie je registrovaná ani prítomnosť žiarenia, ani jeho intenzita, napríklad frekvencia alebo fáza striedania stavov, ktoré sa vyznačujú rôznou intenzitou toku žiarenia alebo rôznym stupňom interakcie tohto toku s riadeným prostredím. . Jednou z najrozšírenejších aplikácií reléových systémov je riadenie úrovne polohy.
Rádioaktívny manometer
Reléové systémy sa používajú aj na počítanie výrobkov na dopravníku, na sledovanie polohy pohybujúcich sa predmetov, bezdotykové meranie otáčok a v mnohých ďalších prípadoch.
Ionizačné metódy
Ak je zdroj žiarenia alfa alebo beta umiestnený v ionizačnej komore, prúd v komore bude závisieť od tlaku plynu pri konštantnom zložení alebo od zloženia pri konštantnom tlaku. Tento jav sa využíva pri konštrukcii rádioizotopových manometrov a analyzátorov plynov pre binárne zmesi.
Použitie neutrónových tokov
Pri prechode cez kontrolovanú látku pri interakcii s jej jadrami strácajú neutróny časť svojej energie a spomaľujú sa. Na základe zákona zachovania hybnosti neutróny prenášajú do jadra tým viac energie, čím je hmotnosť jadra bližšie k hmotnosti neutrónu. Preto rýchle neutróny zažívajú najsilnejšie zmiernenie, keď sa zrazia s jadrami vodíka. To sa používa napríklad na kontrolu vlhkosti rôznych médií alebo hladiny médií s obsahom vodíka.
Systém merania vlhkosti LB 350 využíva technológiu neutrónového merania. Meranie sa vykonáva buď zvonku, cez steny sila, alebo cez silnú ponornú trubicu, ktorá je inštalovaná vo vnútri sila. Týmto spôsobom samotné meracie zariadenie nepodlieha opotrebovaniu.
Meranie rozsahu absorpcie neutrónov rôznymi látkami sa používa na stanovenie obsahu prvkov s veľkým prierezom absorpcie neutrónov. Používa sa aj metóda na kontrolu zloženia látok pomocou spektrálnej analýzy gama žiarenia vznikajúceho pri zachytávaní neutrónov látkami. Táto technika sa používa napríklad na paženie ropných vrtov.
Niektoré priemyselné odvetvia, ktoré používajú technológiu rádiometrického merania procesov, používajú aj nedeštruktívnu röntgenovú kontrolu alebo rádiografickú kontrolu na overenie integrity zvarov a nádob. Tieto zariadenia tiež vyžarujú gama energiu zo zdroja podobným spôsobom ako rádiometrické merače.
Pozri tiež:
Senzory a meracie prístroje na zisťovanie zloženia a vlastností látok