Radioaktīvo izotopu izmantošana automātiskajās vadības ierīcēs, radiometriskās mērierīcēs
Radioaktīvos izotopus izmanto dažādās automātiskās vadības ierīcēs (radiometriskās mērierīces). Rūpnieciskajos procesos radiometrisko tehnoloģiju kompleksu mērījumu veikšanai izmanto jau kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem.
Radioizotopu ierīču galvenās priekšrocības:
- bezkontakta mērīšana (bez mērīšanas elementu tieša kontakta ar kontrolējamo vidi);
- augstas metroloģiskās īpašības, ko nodrošina starojuma avotu stabilitāte;
- izmantošanas vieglums tipiskās automatizācijas shēmās (elektriskā izeja, vienoti bloki).
Radioizotopu ierīču darbības principi ir balstīti uz kodolstarojuma mijiedarbības parādībām ar kontrolētu vidi. Ierīces shēma, kā likums, satur starojuma avotu, starojuma uztvērēju (detektoru), saņemtā signāla starpposma pārveidotāju un izvades ierīci.
Radiometriskās sistēmas sastāv no divām daļām: avotā esošais zema līmeņa radioaktīvais izotops izstaro radioaktīvo enerģiju caur tehnoloģiskām iekārtām, piemēram, trauku, bet otrā pusē uzstādīts detektors mēra uz to nonākošo starojumu. Mainoties masai starp avotu un detektoru (līmeņa augstums, vircas blīvums vai cieto daļiņu svars uz konveijera), mainās detektora starojuma lauka stiprums.
Dažu starojuma veidu galvenās īpašības un pielietojuma jomas:
1) alfa starojums — hēlija kodolu straume. Tas spēcīgi uzsūcas no apkārtējās vides. Alfa daļiņu diapazons gaisā ir vairāki centimetri, bet šķidrumos - vairāki desmiti mikronu. To izmanto gāzes spiediena mērīšanai un gāzes analīzei. Mērīšanas metodes ir balstītas uz gāzes vides jonizāciju;
2) beta starojums — elektronu vai pozitronu plūsma. Beta daļiņu diapazons gaisā sasniedz vairākus metrus, cietās daļiņās - vairākus mm. Beta daļiņu absorbciju barotnē izmanto, lai izmērītu materiālu (auduma, papīra, tabakas masas, folijas utt.) biezumu, blīvumu un svaru un kontrolētu šķidrumu sastāvu. Beta starojuma atstarošana (atgriezeniskā izkliede) no vides ļauj izmērīt pārklājumu biezumu un atsevišķu komponentu koncentrāciju noteiktā vielā, beta starojumu izmanto arī jonizējošo gāzu analīzē un jonizācijai, lai noņemtu lādiņus no statiskās elektrības. ;
3) gamma starojums — elektromagnētiskās enerģijas kvantu plūsma, kas pavada kodolpārvērtības. Darbojas cietos ķermeņos - līdz desmitiem cm.Gamma starojumu izmanto gadījumos, kad nepieciešama liela iespiešanās jauda (defektu noteikšana, blīvuma kontrole, līmeņa kontrole) vai tiek izmantotas gamma starojuma mijiedarbības pazīmes ar šķidru un cietu vidi (sastāva kontrole);
4) n-neitronu starojums Tā ir neuzlādētu daļiņu plūsma. Po — Be avoti (kuros Po alfa daļiņas bombardē Be, bieži tiek izmantoti neitroni, kas izstaro). To izmanto mitruma un vides sastāva mērīšanai.
Radiometriskā blīvuma mērīšana. Cauruļvadu un kuģu noteikšanas procesos blīvuma zināšanas palīdz operatoriem pieņemt apzinātus lēmumus.
Visizplatītākie starojuma uztvērēji automātiskajās vadības ierīcēs ir jonizācijas kameras, gāzizlādes un scintilācijas skaitītāji.
Saņemtā starojuma signāla starppārveidotājs var saturēt pastiprinošu (formēšanas) ķēdi un impulsu skaitīšanas ātruma mērītāju (integratoru). Turklāt dažos gadījumos tiek izmantotas īpašas spektrometriskās shēmas. Dažreiz automātiskās vadības ierīces tiek iekļautas tieši vadības sistēmā.
Radioizotopu ierīču atšķirīgā iezīme ir papildus parastajām instrumentālajām kļūdām, ka pastāv papildu varbūtības kļūdas. Tie ir saistīti ar radioaktīvās sabrukšanas statistisko raksturu, un tāpēc ar nemainīgu vidējo starojuma plūsmas vērtību jebkurā laika brīdī var reģistrēt dažādas šīs plūsmas vērtības.
Mērījumu kļūdu samazināšanos var panākt, palielinot starojuma plūsmas intensitāti vai mērīšanas laiku.Tomēr pirmo ierobežo drošības prasības, bet otrais pasliktina ierīces veiktspēju. Tāpēc visos gadījumos ir ieteicams izmantot starojuma detektorus ar visaugstāko noteikšanas efektivitāti.
Lai gan lielākajai daļai aplūkojamā tipa ierīču precīzs starojuma plūsmas intensitātes mērījums ir obligāts, tas nav galvenais mērķis, jo patiesībā ir svarīgi precīzi kontrolēt nevis intensitāti, bet gan tehnoloģisko parametru.
Radioizotopu biezuma un blīvuma mērītāji
Visplašāk izmantotās ierīces biezuma vai blīvuma mērīšanai, absorbējot starojumu. Vienkāršākā shēma materiāla biezuma vai blīvuma mērīšanai, absorbējot starojumu, satur starojuma avotu, testa materiālu, starojuma uztvērēju, starppārveidotāju un izvadierīci.
Dažādas nozares izmanto radiometrisko tehnoloģiju blīvuma mērīšanai. Raktuves, papīra rūpnīcas, ogļu spēkstacijas, būvmateriālu ražotāji un naftas un gāzes komunālie uzņēmumi izmanto šo blīvuma mērīšanas tehnoloģiju kaut kur savos procesos.
Blīvuma mērījumi ļauj operatoriem labāk izprast savus procesus, palīdzot optimizēt vircas veiktspēju, noteikt aizsprostojumus un pat uzlabot vadību sarežģītos lietojumos.
Radiometriskā blīvuma sensori ir bezkontakta, kas nozīmē, ka tie netraucē procesam, nenolietojas un neprasa apkopi, ļaujot tiem kalpot ilgāk. Ārējā montāža vienkāršo sensora uzstādīšanu.
Radiometriskā tehnoloģija tiek izmantota blīvuma mērīšanai, jo šie sensori veic mērījumus, nenonākot saskarē ar apstrādājamo materiālu. Bezkontakta mērīšana nodrošina darbību bez nodiluma un bez apkopes. Abrazīvi, kodīgi vai kodīgi izstrādājumi bieži izraisa biežu un dārgu citu sensoru apkopi vai nomaiņu, bet radiometriskā blīvuma detektori var kalpot 20 līdz 30 gadus.
Sensors ir imūns pret putekļainiem apstākļiem cementa rūpnīcā un turpina precīzi mērīt blīvumu vertikālā caurulē
Radiometriskie instrumenti ir uzstādīti ārpus caurules vai tvertnes, lai sistēma būtu imūna pret uzkrāšanos, termisko triecienu, spiediena pārspriegumu vai citiem ekstremāliem procesa apstākļiem. Pateicoties to izturīgajai konstrukcijai, šīs ierīces spēj izturēt vibrācijas no caurules vai tvertnes, uz kuras tās ir uzstādītas.
Šos radiometriskos sensorus ir daudz vieglāk uzstādīt nekā citas tehnoloģijas. Šāda veida iekārtas var uzstādīt, nepārtraucot dārgu procesu.Citas tehnoloģijas prasa cauruļvadu posmu noņemšanu vai citas būtiskas izmaiņas pašā procesā.
Radioaktīvo izotopu sākotnējās izmaksas ir augstākas nekā citiem blīvuma mērīšanas risinājumiem. Tomēr radiometriskais risinājums var kalpot 20 vai 30 gadus ar nelielu apkopi vai bez tās.
Atšķirībā no citiem risinājumiem, radiometriskie blīvuma sensori ir ilgtermiņa ieguldījums visā procesā, nodrošinot drošu un efektīvu darbību turpmākajos gadu desmitos. Viens radiometriskā blīvuma sensors nodrošina ievērojamus darbības izmaksu ietaupījumus instrumenta kalpošanas laikā.
Radiometriskā masas plūsmas mērīšana nodrošina precīzu uzlādi kaļķu iekārtās. Daudzas konveijera lentes, kuru garums ir no dažiem metriem līdz vienam kilometram, nodrošina, ka iezis visdažādākajos apstrādes apstākļos tiek nogādātas pareizajā vietā tālākai apstrādei.
Līdzās ierīcēm, kuru precizitāti nosaka starojuma plūsmas intensitātes mērīšanas precizitāte, ir svarīgas ierīces, kurās vispār nav izvirzīts uzdevums precīzi izmērīt starojuma plūsmas intensitāti. Tās ir releja režīmā strādājošas sistēmas, kurās svarīgs ir tikai pats starojuma plūsmas esamības vai neesamības fakts, kā arī sistēmas, kas darbojas pēc fāzes vai frekvences principa.
Šajos gadījumos netiek reģistrēta ne starojuma klātbūtne, ne tā intensitāte, piemēram, stāvokļu maiņas biežums vai fāze, kam raksturīga atšķirīga starojuma plūsmas intensitāte vai atšķirīga šīs plūsmas mijiedarbības pakāpe ar kontrolējamo vidi. . Viens no visizplatītākajiem releju sistēmu lietojumiem ir pozīcijas līmeņa kontrole.
Radioaktīvais manometrs
Releju sistēmas tiek izmantotas arī produktu skaitīšanai uz konveijera, kustīgu objektu stāvokļa uzraudzībai, bezkontakta rotācijas ātruma mērīšanai un daudzos citos gadījumos.
Jonizācijas metodes
Ja jonizācijas kamerā ievieto alfa vai beta starojuma avotu, kameras strāva būs atkarīga no gāzes spiediena nemainīgā sastāvā vai no sastāva pie nemainīga spiediena. Šo parādību izmanto radioizotopu manometru un gāzu analizatoru projektēšanā binārajiem maisījumiem.
Izmantojot neitronu plūsmas
Izejot cauri kontrolējamai vielai, mijiedarbojoties ar tās kodoliem, neitroni zaudē daļu savas enerģijas un palēninās. Saskaņā ar impulsa nezūdamības likumu neitroni pārnes uz kodolu, jo vairāk enerģijas, jo tuvāk kodola masa ir neitrona masai. Tāpēc ātri neitroni piedzīvo spēcīgāko mērenību, kad tie saduras ar ūdeņraža kodoliem. To izmanto, piemēram, lai kontrolētu dažādu barotņu mitrumu vai ūdeņradi saturošu vielu līmeni.
LB 350 mitruma mērīšanas sistēma izmanto neitronu mērīšanas tehnoloģiju. Mērījumu veic vai nu no ārpuses, caur tvertnes sienām vai caur spēcīgu iegremdēšanas cauruli, kas ir uzstādīta tvertnes iekšpusē. Tādā veidā pati mērierīce nav pakļauta nodilumam.
Dažādu vielu neitronu absorbcijas pakāpes mērīšana tiek izmantota, lai noteiktu elementu saturu ar lielu neitronu absorbcijas šķērsgriezumu. Vielu sastāva kontrolei tiek izmantota arī metode, izmantojot gamma starojuma spektrālo analīzi, kas rodas, vielām uztverot neitronus. Šo paņēmienu izmanto, piemēram, naftas urbumu apvalkiem.
Dažās nozarēs, kurās tiek izmantota radiometriskā procesa mērīšanas tehnoloģija, tiek izmantota arī nesagraujošā rentgena pārbaude vai radiogrāfiskā pārbaude, lai pārbaudītu metināto šuvju un trauku integritāti. Šīs ierīces arī izstaro gamma enerģiju no avota līdzīgi radiometriskajiem skaitītājiem.
Skatīt arī: