Brugen af radioaktive isotoper i automatiske kontrolanordninger, radiometriske måleanordninger
Radioaktive isotoper anvendes i forskellige automatiske kontrolanordninger (radiometriske måleapparater). I industrielle processer er radiometrisk teknologi blevet brugt til komplekse målinger siden 1950'erne.
De vigtigste fordele ved radioisotopenheder:
- berøringsfri måling (uden direkte kontakt mellem måleelementerne og det kontrollerede miljø);
- høje metrologiske kvaliteter tilvejebragt af strålingskildernes stabilitet;
- brugervenlighed i typiske automatiseringsordninger (elektrisk udgang, forenede blokke).
Principperne for drift af radioisotopenheder er baseret på fænomenerne interaktion af nuklear stråling med et kontrolleret miljø. Enhedens skema indeholder som regel en strålingskilde, en strålingsmodtager (detektor), en mellemkonverter af det modtagne signal og en outputenhed.
Radiometriske systemer består af to dele: en lav-radioaktiv isotop i kilden udsender radioaktiv energi gennem teknologisk udstyr, for eksempel et fartøj, og en detektor installeret på den anden side måler strålingen, der kommer til den. Efterhånden som massen mellem kilden og detektoren ændres (niveauhøjde, gylletæthed eller vægt af faste partikler på en transportør), ændres detektorens strålingsfeltstyrke.
Vigtigste egenskaber og anvendelsesområder for nogle typer stråling:
1) alfastråling — en strøm af heliumkerner. Det absorberes stærkt fra miljøet. Rækkevidden af alfapartikler i luft er flere centimeter, og i væsker - flere titusinder af mikron. Den bruges til gastrykmåling og gasanalyse. Målemetoderne er baseret på ionisering af gasmediet;
2) betastråling — en strøm af elektroner eller positroner. Rækken af beta-partikler i luft når flere meter, i faste stoffer - flere mm. Mediets absorption af beta-partikler bruges til at måle tykkelsen, densiteten og vægten af materialer (stof, papir, tobaksmasse, folie osv.) og til at kontrollere sammensætningen af væsker. Refleksionen (tilbagespredning) af betastråling fra omgivelserne giver dig mulighed for at måle tykkelsen af belægninger og koncentrationen af individuelle komponenter i et givet stof, betastråling bruges også til analyse af ioniserende gasser og til ionisering for at fjerne ladninger fra statisk elektricitet ;
3) gammastråling — en strøm af kvanter af elektromagnetisk energi, der ledsager nukleare transformationer. Virker i faste kroppe - op til snesevis af cm.Gammastråling bruges i tilfælde, hvor der kræves høj gennemtrængende kraft (defektdetektion, tæthedskontrol, niveaukontrol) eller funktionerne i interaktionen af gammastråling med flydende og faste medier (sammensætningskontrol) anvendes;
4) n-neutronstråling Dette er strømmen af uladede partikler. Po — Be-kilder (hvor Po-alfapartikler bombarderer Be, der udsender neutroner bruges ofte). Det bruges til at måle fugtigheden og miljøets sammensætning.
Radiometrisk tæthedsmåling. For rørlednings- og fartøjsregistreringsprocesser hjælper tæthedsviden operatører med at træffe informerede beslutninger.
De mest almindelige strålingsmodtagere i automatiske kontrolanordninger er ioniseringskamre, gasudledning og scintillationstællere.
Mellemkonverteren af det modtagne strålingssignal kan indeholde et forstærkende (formende) kredsløb og en pulstællehastighedsmåler (integrator). Derudover bruges specielle spektrometriske skemaer i nogle tilfælde. Nogle gange er automatiske styreenheder indbygget direkte i styresystemet.
Et karakteristisk træk ved radioisotopenheder er tilstedeværelsen, ud over de sædvanlige instrumentelle fejl, af yderligere sandsynlighedsfejl. De skyldes den statistiske karakter af radioaktivt henfald, og derfor, med en konstant gennemsnitsværdi af strålingsfluxen på ethvert givet tidspunkt, kan forskellige værdier af denne flux registreres.
En reduktion af målefejl kan opnås ved at øge intensiteten af strålingsfluxen eller måletiden.Førstnævnte er dog begrænset af sikkerhedskrav, og sidstnævnte forringer enhedens ydeevne. Derfor anbefales det i alle tilfælde at bruge strålingsdetektorer med den højeste detektionseffektivitet.
Selvom nøjagtig måling af strålingsfluxintensitet er obligatorisk for de fleste enheder af den betragtede type, er dette ikke det ultimative mål, da det i virkeligheden er vigtigt at præcist kontrollere ikke intensiteten, men den teknologiske parameter.
Radioisotop tykkelse og tæthedsmålere
De mest udbredte apparater til måling af tykkelse eller tæthed ved absorption af stråling. Det enkleste skema til at måle tykkelsen eller densiteten af et materiale ved at absorbere stråling indeholder en strålingskilde, et testmateriale, en strålingsmodtager, en mellemtransducer og en outputenhed.
Forskellige industrier bruger radiometrisk teknologi til at måle tæthed. Miner, papirmøller, kulfyrede kraftværker, byggematerialeproducenter og olie- og gasforsyninger bruger alle denne tæthedsmålingsteknologi et eller andet sted i deres processer.
Tæthedsmålinger giver operatører mulighed for bedre at forstå deres processer, hvilket hjælper dem med at optimere gylleydelsen, identificere blokeringer og endda forbedre kontrollen i komplekse applikationer.
Radiometriske densitetssensorer er ikke-berørende, hvilket betyder, at de ikke forstyrrer processen, slides ikke og kræver ikke vedligeholdelse, hvilket giver dem mulighed for at holde længere. Ekstern montering forenkler sensorinstallation.
Radiometrisk teknologi bruges til at måle tæthed, fordi disse sensorer udfører målinger uden at komme i kontakt med det materiale, der behandles. Berøringsfri måling sikrer slid- og vedligeholdelsesfri drift. Slibende, ætsende eller ætsende produkter resulterer ofte i hyppig og dyr vedligeholdelse eller udskiftning af andre sensorer, men radiometriske densitetsdetektorer kan holde 20 til 30 år.
Sensoren er immun over for støvede forhold i en cementfabrik og fortsætter med at måle tætheden nøjagtigt i et lodret rør
Radiometriske instrumenter er monteret uden for et rør eller en tank, så systemet er immunt over for opbygning, termisk stød, trykstød eller andre ekstreme procesforhold. Og takket være deres robuste design er disse enheder i stand til at modstå vibrationer fra røret eller tanken, de er installeret på.
Disse radiometriske sensorer er meget nemmere at installere end andre teknologier. Apparater af denne type kan installeres uden at afbryde en dyr proces.Andre teknologier kræver fjernelse af rørsektioner eller andre væsentlige ændringer i selve processen.
Startomkostningerne for radioaktive isotoper er højere end andre tæthedsmålingsløsninger. En radiometrisk løsning kan dog holde 20 eller 30 år med lidt eller ingen vedligeholdelse.
I modsætning til andre løsninger er radiometriske tæthedssensorer en langsigtet investering i hele processen, der sikrer sikker og effektiv drift i årtier fremover. En enkelt radiometrisk densitetssensor giver betydelige besparelser i driftsomkostninger over instrumentets levetid.
Radiometrisk massestrømsmåling giver nøjagtig opladning i kalkanlæg. Talrige transportbånd, der varierer i længden fra få meter til en kilometer, sikrer, at stenen under en bred vifte af bearbejdningsforhold transporteres til det rigtige sted for videre bearbejdning.
Sammen med enheder, hvis nøjagtighed bestemmes af nøjagtigheden af at måle intensiteten af strålingsfluxen, er vigtige enheder, hvor opgaven med at måle intensiteten af strålingsfluxen nøjagtigt ikke er indstillet. Disse er systemer, der fungerer i relætilstand, hvor kun selve tilstedeværelsen eller fraværet af strålingsstrøm er vigtig, såvel som systemer, der fungerer efter fase- eller frekvensprincippet.
I disse tilfælde registreres hverken tilstedeværelsen af stråling eller dens intensitet, f.eks. frekvensen eller fasen af vekslende tilstande, som er karakteriseret ved forskellig intensitet af strålingsfluxen eller forskellig grad af interaktion af denne flux med et kontrolleret miljø. . En af de mest udbredte anvendelser af relæsystemer er positionsniveaukontrol.
Radioaktivt manometer
Relæsystemer bruges også til at tælle produkter på en transportør, til overvågning af positionen af bevægelige genstande, berøringsfri måling af omdrejningshastighed og i mange andre tilfælde.
Ioniseringsmetoder
Hvis en kilde til alfa- eller betastråling placeres i ioniseringskammeret, vil kammerstrømmen afhænge af gassens tryk ved konstant sammensætning eller af sammensætningen ved konstant tryk. Dette fænomen bruges i design af radioisotopmanometre og gasanalysatorer til binære blandinger.
Brug af neutronfluxer
Når neutroner passerer gennem et kontrolleret stof og interagerer med dets kerner, mister de noget af deres energi og sænker farten. I kraft af loven om bevarelse af momentum overføres neutroner til kernen, jo mere energi jo tættere kernens masse er på neutronens masse. Derfor oplever hurtige neutroner den stærkeste mådehold, når de kolliderer med brintkerner. Dette bruges for eksempel til at kontrollere fugtigheden af forskellige medier eller niveauet af brintholdige medier.
LB 350 fugtmålesystemet bruger neutronmåleteknologi. Målingen foretages enten udefra, gennem siloens vægge, eller gennem et kraftigt dykrør, der monteres inde i siloen. På denne måde er selve måleapparatet ikke udsat for slid.
Måling af omfanget af neutronabsorption af forskellige stoffer bruges til at bestemme indholdet af grundstoffer med et stort neutronabsorptionstværsnit. En metode bruges også til at kontrollere sammensætningen af stoffer ved spektralanalyse af gammastråling, der er et resultat af stoffers opfangning af neutroner. Denne teknik bruges f.eks. til foringsrør til oliebrønde.
Nogle industrier, der bruger radiometrisk procesmålingsteknologi, bruger også ikke-destruktiv røntgeninspektion eller radiografisk inspektion for at verificere integriteten af svejsninger og beholdere. Disse enheder udstråler også gammaenergi fra kilden på en måde svarende til radiometriske målere.
Se også:
Sensorer og måleapparater til bestemmelse af stoffers sammensætning og egenskaber