Uporaba radioaktivnih izotopov v avtomatskih kontrolnih napravah, radiometričnih merilnih napravah
Radioaktivne izotope uporabljamo v različnih napravah za avtomatsko krmiljenje (radiometrične merilne naprave). V industrijskih procesih se radiometrična tehnologija uporablja za kompleksne meritve že od petdesetih let prejšnjega stoletja.
Glavne prednosti radioizotopskih naprav:
- brezkontaktno merjenje (brez neposrednega stika merilnih elementov z nadzorovanim okoljem);
- visoke meroslovne lastnosti, ki jih zagotavlja stabilnost virov sevanja;
- enostavnost uporabe v tipičnih shemah avtomatizacije (električni izhod, enotni bloki).
Načela delovanja radioizotopskih naprav temeljijo na pojavih interakcije jedrskega sevanja z nadzorovanim okoljem. Shema naprave praviloma vsebuje vir sevanja, sprejemnik sevanja (detektor), vmesni pretvornik sprejetega signala in izhodno napravo.
Radiometrični sistemi so sestavljeni iz dveh delov: nizko radioaktivni izotop v viru oddaja radioaktivno energijo skozi tehnološko opremo, na primer posodo, detektor, nameščen na drugi strani, pa meri sevanje, ki prihaja do njega. Ko se masa med izvorom in detektorjem spremeni (višina nivoja, gostota gnojnice ali teža trdnih delcev na tekočem traku), se spremeni poljska jakost sevanja detektorja.
Glavne lastnosti in področja uporabe nekaterih vrst sevanja:
1) alfa sevanje — tok helijevih jeder. Iz okolja se močno absorbira. Razpon alfa delcev v zraku je nekaj centimetrov, v tekočinah pa nekaj deset mikronov. Uporablja se za merjenje tlaka plina in analizo plina. Merilne metode temeljijo na ionizaciji plinskega medija;
2) beta sevanje — tok elektronov ali pozitronov. Razpon beta delcev v zraku doseže nekaj metrov, v trdnih snoveh - več mm. Absorpcijo beta delcev v mediju uporabljamo za merjenje debeline, gostote in teže materialov (tkanine, papirja, tobačne mase, folije itd.) ter za nadzor sestave tekočin. Odboj (povratno sipanje) beta sevanja od okolja omogoča merjenje debeline premazov in koncentracije posameznih komponent v dani snovi, beta sevanje se uporablja tudi pri analizi ionizirajočih plinov in za ionizacijo za odstranjevanje nabojev iz statične elektrike. ;
3) sevanje gama — tok kvantov elektromagnetne energije, ki spremlja jedrske transformacije. Deluje v trdnih telesih - do desetine cm.Gama sevanje se uporablja v primerih, ko je potrebna velika prodorna moč (odkrivanje napak, nadzor gostote, nadzor nivoja) ali se uporabljajo značilnosti interakcije gama sevanja s tekočimi in trdnimi mediji (kontrola sestave);
4) n-nevtronsko sevanje To je tok nenabitih delcev. Viri Po — Be (pri katerih delci Po alfa bombardirajo Be, pri čemer se pogosto uporabljajo oddajanje nevtronov). Uporablja se za merjenje vlažnosti in sestave okolja.
Radiometrično merjenje gostote. Pri procesih zaznavanja cevovodov in posod znanje o gostoti pomaga operaterjem sprejemati odločitve na podlagi informacij.
Najpogostejši sprejemniki sevanja v napravah za avtomatsko regulacijo so ionizacijske komore, plinsko razelektritveni in scintilacijski števci.
Vmesni pretvornik sprejetega sevalnega signala lahko vsebuje ojačevalno (oblikovalno) vezje in merilnik hitrosti štetja impulzov (integrator). Poleg tega se v nekaterih primerih uporabljajo posebne spektrometrične sheme. Včasih so avtomatske krmilne naprave vgrajene neposredno v krmilni sistem.
Posebnost radioizotopskih naprav je prisotnost, poleg običajnih instrumentalnih napak, dodatnih verjetnostnih napak. Nastanejo zaradi statistične narave radioaktivnega razpada, zato je mogoče s konstantno povprečno vrednostjo toka sevanja v danem trenutku zabeležiti različne vrednosti tega toka.
Zmanjšanje merilnih napak lahko dosežemo s povečanjem intenzitete sevalnega toka ali časa merjenja.Vendar je prva omejena z varnostnimi zahtevami, druga pa poslabša delovanje naprave. Zato je v vseh primerih priporočljiva uporaba detektorjev sevanja z največjo učinkovitostjo detekcije.
Čeprav je natančno merjenje jakosti sevalnega toka obvezno za večino naprav obravnavanega tipa, to ni končni cilj, saj je v resnici pomembno natančno kontrolirati ne jakost, temveč tehnološki parameter.
Radioizotopni merilniki debeline in gostote
Najbolj razširjene naprave za merjenje debeline ali gostote z absorpcijo sevanja. Najenostavnejša shema za merjenje debeline ali gostote materiala z absorpcijo sevanja vsebuje vir sevanja, testni material, sprejemnik sevanja, vmesni pretvornik in izhodno napravo.
Različne industrije uporabljajo radiometrično tehnologijo za merjenje gostote. Rudniki, papirnice, elektrarne na premog, proizvajalci gradbenih materialov ter naftna in plinska podjetja uporabljajo to tehnologijo merjenja gostote nekje v svojih procesih.
Meritve gostote operaterjem omogočajo boljše razumevanje njihovih procesov, kar jim pomaga optimizirati delovanje gnojevke, prepoznati blokade in celo izboljšati nadzor v zapletenih aplikacijah.
Radiometrični senzorji gostote so brezkontaktni, kar pomeni, da ne motijo procesa, se ne obrabijo in ne potrebujejo vzdrževanja, kar jim omogoča daljšo življenjsko dobo. Zunanja montaža poenostavi namestitev senzorja.
Radiometrična tehnologija se uporablja za merjenje gostote, ker ti senzorji izvajajo meritve, ne da bi prišli v stik z materialom, ki se obdeluje. Brezkontaktno merjenje zagotavlja delovanje brez obrabe in vzdrževanja. Abrazivni, korozivni ali jedki izdelki pogosto povzročijo pogosto in drago vzdrževanje ali zamenjavo drugih senzorjev, vendar lahko radiometrični detektorji gostote zdržijo 20 do 30 let.
Senzor je odporen na prašne pogoje v tovarni cementa in še naprej natančno meri gostoto v navpični cevi
Radiometrični instrumenti so nameščeni zunaj cevi ali rezervoarja, tako da je sistem odporen na kopičenje, toplotni šok, tlačne sunke ali druge ekstremne procesne pogoje. Zahvaljujoč svoji robustni zasnovi so te naprave sposobne prenesti tresljaje cevi ali rezervoarja, na katerega so nameščene.
Te radiometrične senzorje je veliko lažje namestiti kot druge tehnologije. Naprave te vrste je mogoče namestiti brez prekinitve dragega procesa.Druge tehnologije zahtevajo odstranitev delov cevi ali druge pomembne spremembe v samem procesu.
Začetni stroški radioaktivnih izotopov so višji od drugih rešitev za merjenje gostote. Vendar pa lahko radiometrična rešitev zdrži 20 ali 30 let z malo ali brez vzdrževanja.
Za razliko od drugih rešitev so radiometrični senzorji gostote dolgoročna naložba v celoten proces, ki zagotavlja varno in učinkovito delovanje še desetletja. En sam radiometrični senzor gostote zagotavlja znatne prihranke pri operativnih stroških v življenjski dobi instrumenta.
Radiometrično merjenje masnega pretoka zagotavlja natančno polnjenje v apnenicah. Številni transportni trakovi različnih dolžin od nekaj metrov do enega kilometra zagotavljajo, da se kamnina pod najrazličnejšimi pogoji obdelave transportira na pravo mesto za nadaljnjo obdelavo.
Skupaj z napravami, katerih natančnost je določena z natančnostjo merjenja intenzitete sevalnega toka, so pomembne naprave, pri katerih naloga natančnega merjenja jakosti sevalnega toka sploh ni postavljena. To so relejni sistemi, pri katerih je pomembno samo dejstvo prisotnosti ali odsotnosti toka sevanja, ter sistemi, ki delujejo po faznem ali frekvenčnem principu.
V teh primerih se ne registrira niti prisotnost sevanja niti njegova intenzivnost, na primer frekvenca ali faza menjavanja stanj, za katere je značilna različna intenzivnost toka sevanja ali različna stopnja interakcije tega toka z nadzorovanim okoljem. . Ena izmed najbolj razširjenih aplikacij relejnih sistemov je krmiljenje nivoja položaja.
Radioaktivni manometer
Relejni sistemi se uporabljajo tudi za štetje izdelkov na tekočem traku, za spremljanje položaja premikajočih se predmetov, brezkontaktno merjenje hitrosti vrtenja in v številnih drugih primerih.
Ionizacijske metode
Če je v ionizacijsko komoro nameščen vir alfa ali beta sevanja, bo tok komore odvisen od tlaka plina pri konstantni sestavi ali od sestave pri konstantnem tlaku. Ta pojav se uporablja pri načrtovanju radioizotopskih manometrov in plinskih analizatorjev za binarne mešanice.
Uporaba nevtronskih tokov
Pri prehodu skozi nadzorovano snov in interakcijo z njenimi jedri nevtroni izgubijo del svoje energije in se upočasnijo. Na podlagi zakona o ohranitvi gibalne količine prenesejo nevtroni na jedro toliko več energije, kolikor bližje je masa jedra masi nevtrona. Zato se hitri nevtroni najmočneje umirijo, ko trčijo z vodikovimi jedri. To se uporablja na primer za nadzor vlažnosti različnih medijev ali nivoja medijev, ki vsebujejo vodik.
Sistem za merjenje vlažnosti LB 350 uporablja nevtronsko merilno tehnologijo. Meritev poteka bodisi od zunaj, skozi stene silosa, bodisi skozi močno potopno cev, ki je nameščena znotraj silosa. Na ta način sama merilna naprava ni podvržena obrabi.
Z merjenjem obsega absorpcije nevtronov pri različnih snoveh ugotavljamo vsebnost elementov z velikim presekom absorpcije nevtronov. Uporablja se tudi metoda za nadzor sestave snovi s spektralno analizo sevanja gama, ki nastane pri zajetju nevtronov s snovmi. Ta tehnika se uporablja na primer za ohišje naftnih vrtin.
Nekatere industrije, ki uporabljajo radiometrično procesno merilno tehnologijo, uporabljajo tudi nedestruktivni rentgenski pregled ali radiografski pregled za preverjanje celovitosti zvarov in posod. Te naprave tudi sevajo energijo gama iz vira na podoben način kot radiometrični merilniki.
Poglej tudi:
Senzorji in merilne naprave za določanje sestave in lastnosti snovi