Radioaktiivsete isotoopide kasutamine automaatjuhtimisseadmetes, radiomeetrilistes mõõteseadmetes
Radioaktiivseid isotoope kasutatakse erinevates automaatjuhtimisseadmetes (radiomeetrilised mõõteseadmed). Tööstusprotsessides on radiomeetrilist tehnoloogiat kasutatud keerukateks mõõtmisteks alates 1950. aastatest.
Radioisotoopseadmete peamised eelised:
- mittekontaktne mõõtmine (ilma mõõteelementide otsese kokkupuuteta kontrollitava keskkonnaga);
- kiirgusallikate stabiilsuse tagatud kõrged metroloogilised omadused;
- kasutusmugavus tüüpilistes automatiseerimisskeemides (elektriväljund, ühtsed plokid).
Radioisotoopseadmete tööpõhimõtted põhinevad tuumakiirguse ja kontrollitava keskkonna vastasmõju nähtustel. Seadme skeem sisaldab reeglina kiirgusallikat, kiirgusvastuvõtjat (detektorit), vastuvõetud signaali vahemuundurit ja väljundseadet.
Radiomeetrilised süsteemid koosnevad kahest osast: allikas olev madala tasemega radioaktiivne isotoop kiirgab radioaktiivset energiat tehnoloogiliste seadmete, näiteks anuma kaudu, teisele poole paigaldatud detektor mõõdab sinna tuleva kiirguse. Kui allika ja detektori vaheline mass muutub (taseme kõrgus, läga tihedus või konveieril olevate tahkete osakeste kaal), muutub detektori kiirgusvälja tugevus.
Teatud tüüpi kiirguse peamised omadused ja kasutusalad:
1) alfa kiirgus — heeliumi tuumade voog. See imendub keskkonnast tugevalt. Alfaosakeste ulatus õhus on mitu sentimeetrit ja vedelikes - mitukümmend mikronit. Seda kasutatakse gaasirõhu mõõtmiseks ja gaasi analüüsimiseks. Mõõtmismeetodid põhinevad gaasikeskkonna ionisatsioonil;
2) beetakiirgus — elektronide või positronite voog. Beetaosakeste ulatus õhus ulatub mitme meetrini, tahkis - mitme millimeetrini. Beetaosakeste neeldumist keskkonnas kasutatakse materjalide (riie, paber, tubakamass, foolium jne) paksuse, tiheduse ja kaalu mõõtmiseks ning vedelike koostise kontrollimiseks. Beetakiirguse peegeldumine (tagasihajumine) keskkonnast võimaldab mõõta katete paksust ja üksikute komponentide kontsentratsiooni antud aines, beetakiirgust kasutatakse ka ioniseerivate gaaside analüüsil ning ioniseerimiseks staatilise elektri laengute eemaldamiseks. ;
3) gammakiirgus — tuumatransformatsioonidega kaasnev elektromagnetilise energia kvantide voog. Töötab tahketel kehadel - kuni kümneid cm.Gammakiirgust kasutatakse juhtudel, kui on vaja suurt läbitungimisvõimet (defektide tuvastamine, tiheduse kontroll, taseme kontroll) või kasutatakse gammakiirguse koostoime tunnuseid vedela ja tahke ainega (koostise juhtimine);
4) n-neutronkiirgus See on laenguta osakeste vool. Po – Be allikad (milles Po-alfa osakesed pommitavad Be-d, sageli kasutatakse kiirgavaid neutroneid). Seda kasutatakse keskkonna niiskuse ja koostise mõõtmiseks.
Radiomeetrilise tiheduse mõõtmine. Torujuhtmete ja laevade tuvastamise protsesside puhul aitavad tiheduse teadmised operaatoritel teha teadlikke otsuseid.
Enimlevinud kiirgusvastuvõtjad automaatjuhtimisseadmetes on ionisatsioonikambrid, gaaslahendus- ja stsintillatsiooniloendurid.
Vastuvõetud kiirgussignaali vahemuundur võib sisaldada võimendavat (kujundavat) ahelat ja impulsside loenduskiiruse mõõtjat (integraatorit). Lisaks kasutatakse mõnel juhul spetsiaalseid spektromeetrilisi skeeme. Mõnikord on automaatjuhtimisseadmed ühendatud otse juhtimissüsteemi.
Radioisotoopide seadmete eripäraks on lisaks tavalistele instrumentaalvigadele ka täiendavate tõenäosusvigade olemasolu. Need on tingitud radioaktiivse lagunemise statistilisest olemusest ja seetõttu saab kiirgusvoo konstantse keskmise väärtusega igal ajahetkel registreerida selle voo erinevaid väärtusi.
Mõõtmisvigade vähendamist saab saavutada kiirgusvoo intensiivsuse või mõõtmisaja suurendamisega.Esimest piiravad aga ohutusnõuded, teine aga halvendab seadme jõudlust. Seetõttu on kõigil juhtudel soovitatav kasutada kõrgeima tuvastamise efektiivsusega kiirgusdetektoreid.
Kuigi kiirgusvoo intensiivsuse täpne mõõtmine on enamiku vaadeldavat tüüpi seadmete puhul kohustuslik, ei ole see lõppeesmärk, kuna tegelikkuses on oluline täpselt kontrollida mitte intensiivsust, vaid tehnoloogilist parameetrit.
Radioisotoopide paksuse ja tiheduse mõõtjad
Kõige laialdasemalt kasutatavad seadmed paksuse või tiheduse mõõtmiseks kiirguse neeldumise teel. Lihtsaim skeem materjali paksuse või tiheduse mõõtmiseks kiirguse neelamise teel sisaldab kiirgusallikat, katsematerjali, kiirgusvastuvõtjat, vahemuundurit ja väljundseadet.
Erinevad tööstusharud kasutavad tiheduse mõõtmiseks radiomeetrilist tehnoloogiat. Kaevandused, paberivabrikud, söeküttel töötavad elektrijaamad, ehitusmaterjalide tootjad ning nafta- ja gaasiettevõtted kasutavad seda tiheduse mõõtmise tehnoloogiat kuskil oma protsessides.
Tiheduse mõõtmised võimaldavad operaatoritel oma protsesse paremini mõista, aidates neil optimeerida läga jõudlust, tuvastada ummistusi ja isegi parandada juhtimist keerukates rakendustes.
Radiomeetrilised tihedusandurid on mittekontaktsed, mis tähendab, et need ei sega protsessi, ei kulu ega vaja hooldust, võimaldades neil kauem vastu pidada. Väline paigaldus lihtsustab anduri paigaldamist.
Tiheduse mõõtmiseks kasutatakse radiomeetrilist tehnoloogiat, kuna need andurid teostavad mõõtmisi töödeldava materjaliga kokku puutumata. Kontaktivaba mõõtmine tagab kulumis- ja hooldusvaba töö. Abrasiivsed, söövitavad või söövitavad tooted põhjustavad sageli sagedast ja kulukat hooldust või muude andurite väljavahetamist, kuid radiomeetrilise tiheduse detektorid võivad kesta 20–30 aastat.
Andur on tsemenditehases tolmuste tingimuste suhtes immuunne ja jätkab tiheduse täpset mõõtmist vertikaalses torus
Radiomeetrilised instrumendid paigaldatakse torust või mahutist väljapoole, nii et süsteem on immuunne kogunemise, termilise šoki, rõhu tõusude või muude äärmuslike protsessitingimuste suhtes. Tänu oma tugevale disainile on need seadmed võimelised taluma vibratsiooni, mis tekib torust või paagist, millele need on paigaldatud.
Neid radiomeetrilisi andureid on palju lihtsam paigaldada kui teisi tehnoloogiaid. Seda tüüpi seadmeid saab paigaldada ilma kulukat protsessi katkestamata.Teised tehnoloogiad nõuavad torustiku osade eemaldamist või muid olulisi muudatusi protsessis endas.
Radioaktiivsete isotoopide esialgne maksumus on kõrgem kui teistel tiheduse mõõtmise lahendustel. Siiski võib radiomeetriline lahendus kesta 20 või 30 aastat ilma hoolduseta või ilma hoolduseta.
Erinevalt teistest lahendustest on radiomeetrilised tihedusandurid pikaajaline investeering kogu protsessi, tagades ohutu ja tõhusa töö aastakümneteks. Üks radiomeetrilise tiheduse andur säästab oluliselt kasutuskulusid instrumendi eluea jooksul.
Radiomeetriline massivoolu mõõtmine tagab lubjatehastes täpse laadimise. Arvukad konveierilindid, mille pikkus varieerub mõnest meetrist kuni ühe kilomeetrini, tagavad kivimi transportimise väga erinevates töötlemistingimustes õigesse kohta edasiseks töötlemiseks.
Kõrvuti seadmetega, mille täpsuse määrab kiirgusvoo intensiivsuse mõõtmise täpsus, on olulised seadmed, milles kiirgusvoo intensiivsuse täpset mõõtmist pole üldse seatud. Need on releerežiimis töötavad süsteemid, mille puhul on oluline ainult kiirgusvoo olemasolu või puudumise fakt, samuti süsteemid, mis töötavad faasi- või sageduspõhimõttel.
Nendel juhtudel ei registreerita kiirguse olemasolu ega selle intensiivsust, näiteks olekute vaheldumise sagedust või faasi, mida iseloomustab kiirgusvoo erinev intensiivsus või selle voo erinev koostoime kontrollitava keskkonnaga. . Releesüsteemide üks levinumaid rakendusi on asenditaseme juhtimine.
Radioaktiivne manomeeter
Releesüsteeme kasutatakse ka konveieril toodete loendamiseks, liikuvate objektide asukoha jälgimiseks, pöörlemiskiiruse kontaktivabaks mõõtmiseks ja paljudel muudel juhtudel.
Ionisatsioonimeetodid
Kui ionisatsioonikambrisse asetatakse alfa- või beetakiirguse allikas, sõltub kambri vool konstantse koostisega gaasi rõhust või konstantsel rõhul olevast koostisest. Seda nähtust kasutatakse radioisotoopmanomeetrite ja kahekomponentsete segude gaasianalüsaatorite projekteerimisel.
Neutronivoogude kasutamine
Kontrollitava aine läbimisel selle tuumadega suhtlemisel kaotavad neutronid osa oma energiast ja aeglustuvad. Impulsi jäävuse seaduse kohaselt kanduvad neutronid tuumasse, mida rohkem energiat on, mida lähemal on tuuma mass neutroni massile. Seetõttu kogevad kiired neutronid vesiniku tuumadega kokkupõrkel kõige tugevamat aeglustumist. Seda kasutatakse näiteks erinevate ainete niiskuse või vesinikku sisaldavate ainete taseme reguleerimiseks.
Niiskuse mõõtmise süsteem LB 350 kasutab neutronite mõõtmise tehnoloogiat. Mõõtmine toimub kas väljast, läbi silohoidla seinte või läbi tugeva sukeltoru, mis paigaldatakse silohoidla sisse. Nii ei allu mõõteseade ise kulumisele.
Suure neutronite neeldumise ristlõikega elementide sisalduse määramiseks kasutatakse erinevate ainete poolt neutronite neeldumise ulatuse mõõtmist. Samuti kasutatakse meetodit ainete koostise kontrollimiseks neutronite kinnipüüdmisel ainetega tekkiva gammakiirguse spektraalanalüüsiga. Seda tehnikat kasutatakse näiteks naftapuuraukude katmiseks.
Mõned tööstusharud, mis kasutavad radiomeetrilise protsessi mõõtmise tehnoloogiat, kasutavad keevisõmbluste ja anumate terviklikkuse kontrollimiseks ka mittepurustavat röntgenülevaatust või radiograafilist kontrolli. Need seadmed kiirgavad ka allikast gammaenergiat sarnaselt radiomeetrilistele arvestitele.
Vaata ka:
Andurid ja mõõteseadmed ainete koostise ja omaduste määramiseks