Primjena radioaktivnih izotopa u uređajima za automatsko upravljanje, radiometrijskim mjernim uređajima
Radioaktivni izotopi se koriste u raznim uređajima za automatsko upravljanje (radiometrijski mjerni uređaji). U industrijskim procesima, radiometrijska tehnologija se koristi za složena mjerenja od 1950-ih.
Glavne prednosti radioizotopskih uređaja:
- beskontaktno mjerenje (bez izravnog kontakta mjernih elemenata s kontroliranom okolinom);
- visoke mjeriteljske kvalitete koje osigurava stabilnost izvora zračenja;
- jednostavnost korištenja u tipičnim shemama automatizacije (električni izlaz, unificirani blokovi).
Principi rada radioizotopskih uređaja temelje se na fenomenu interakcije nuklearnog zračenja s kontroliranom okolinom. Shema uređaja, u pravilu, sadrži izvor zračenja, prijemnik zračenja (detektor), međupretvarač primljenog signala i izlazni uređaj.
Radiometrijski sustavi sastoje se od dva dijela: niskoradioaktivni izotop u izvoru emitira radioaktivnu energiju kroz tehnološku opremu, na primjer, posudu, a detektor postavljen s druge strane mjeri zračenje koje dolazi do njega. Kako se mijenja masa između izvora i detektora (visina razine, gustoća kaše ili težina krutih čestica na pokretnoj traci), mijenja se jakost polja zračenja detektora.
Glavna svojstva i područja primjene nekih vrsta zračenja:
1) alfa zračenje — struja jezgri helija. Snažno se apsorbira iz okoline. Raspon alfa čestica u zraku je nekoliko centimetara, au tekućinama nekoliko desetaka mikrona. Koristi se za mjerenje tlaka plina i analizu plina. Metode mjerenja temelje se na ionizaciji plinovitog medija;
2) beta zračenje — tok elektrona ili pozitrona. Raspon beta čestica u zraku doseže nekoliko metara, u čvrstim tvarima - nekoliko mm. Apsorpcija beta čestica u mediju koristi se za mjerenje debljine, gustoće i težine materijala (tkanina, papir, duhanska masa, folija itd.) te za kontrolu sastava tekućina. Refleksija (povratno raspršenje) beta zračenja iz okoline omogućuje vam mjerenje debljine premaza i koncentracije pojedinačnih komponenti u određenoj tvari, beta zračenje se također koristi u analizi ionizirajućih plinova i za ionizaciju za uklanjanje naboja iz statičkog elektriciteta ;
3) gama zračenje — tok kvanti elektromagnetske energije koji prati nuklearne transformacije. Radi u čvrstim tijelima - do nekoliko desetaka cm.Gama zračenje se koristi u slučajevima kada je potrebna velika prodorna moć (detekcija defekata, kontrola gustoće, kontrola razine) ili se koriste značajke interakcije gama zračenja s tekućim i krutim medijima (kontrola sastava);
4) n-neutronsko zračenje To je tok nenabijenih čestica. Po — Be izvori (u kojima Po alfa čestice bombardiraju Be, emitirajući neutrone često se koriste). Koristi se za mjerenje vlažnosti i sastava okoliša.
Radiometrijsko mjerenje gustoće. Za procese detekcije cjevovoda i posuda, znanje o gustoći pomaže operaterima da donose informirane odluke.
Najčešći prijemnici zračenja u uređajima za automatsko upravljanje su ionizacijske komore, plinsko pražnjenje i scintilacijski brojači.
Međupretvarač primljenog signala zračenja može sadržavati krug za pojačavanje (oblikovanje) i mjerač brzine brojanja impulsa (integrator). Osim toga, u nekim se slučajevima koriste posebne spektrometrijske sheme. Ponekad su uređaji za automatsko upravljanje ugrađeni izravno u sustav upravljanja.
Posebnost radioizotopskih uređaja je prisutnost, uz uobičajene instrumentalne pogreške, dodatnih vjerojatnosnih pogrešaka. Oni su zbog statističke prirode radioaktivnog raspada, pa se stoga, uz konstantnu prosječnu vrijednost toka zračenja u bilo kojem trenutku u vremenu, mogu zabilježiti različite vrijednosti ovog toka.
Smanjenje pogrešaka mjerenja može se postići povećanjem intenziteta toka zračenja ili vremena mjerenja.Međutim, prvi je ograničen sigurnosnim zahtjevima, a drugi pogoršava rad uređaja. Stoga se u svim slučajevima preporuča koristiti detektore zračenja s najvećom učinkovitošću detekcije.
Iako je točno mjerenje intenziteta toka zračenja obavezno za većinu uređaja razmatranog tipa, to nije krajnji cilj, budući da je u stvarnosti važno precizno kontrolirati ne intenzitet, već tehnološki parametar.
Radioizotopni mjerači debljine i gustoće
Najrašireniji uređaji za mjerenje debljine ili gustoće apsorpcijom zračenja. Najjednostavnija shema za mjerenje debljine ili gustoće materijala apsorpcijom zračenja sadrži izvor zračenja, ispitivani materijal, prijemnik zračenja, međupretvornik i izlazni uređaj.
Razne industrije koriste radiometrijsku tehnologiju za mjerenje gustoće. Rudnici, tvornice papira, elektrane na ugljen, proizvođači građevinskog materijala te naftna i plinska poduzeća koriste ovu tehnologiju mjerenja gustoće negdje u svojim procesima.
Mjerenja gustoće omogućuju operaterima da bolje razumiju svoje procese, pomažući im da optimiziraju učinak gnojnice, identificiraju blokade i čak poboljšaju kontrolu u složenim primjenama.
Radiometrijski senzori gustoće su beskontaktni, što znači da ne ometaju proces, ne troše se i ne zahtijevaju održavanje, što im omogućuje duži vijek trajanja. Vanjska montaža pojednostavljuje instalaciju senzora.
Radiometrijska tehnologija koristi se za mjerenje gustoće jer ovi senzori vrše mjerenja bez doticaja s materijalom koji se obrađuje. Beskontaktno mjerenje osigurava rad bez trošenja i održavanja. Abrazivni, korozivni ili korozivni proizvodi često rezultiraju čestim i skupim održavanjem ili zamjenom drugih senzora, ali radiometrijski detektori gustoće mogu trajati 20 do 30 godina.
Senzor je otporan na prašnjave uvjete u tvornici cementa i nastavlja točno mjeriti gustoću u okomitoj cijevi
Radiometrijski instrumenti montirani su izvan cijevi ili spremnika tako da je sustav otporan na nakupljanje, toplinski šok, skokove tlaka ili druge ekstremne procesne uvjete. A zahvaljujući svom robusnom dizajnu, ovi uređaji mogu izdržati vibracije cijevi ili spremnika na koje su ugrađeni.
Ove radiometrijske senzore mnogo je lakše instalirati nego druge tehnologije. Uređaji ove vrste mogu se instalirati bez prekidanja skupog procesa.Druge tehnologije zahtijevaju uklanjanje dijelova cjevovoda ili druge značajne promjene u samom procesu.
Početna cijena radioaktivnih izotopa veća je od drugih rješenja za mjerenje gustoće. Međutim, radiometrijsko rješenje može trajati 20 ili 30 godina s malo ili nimalo održavanja.
Za razliku od drugih rješenja, radiometrijski senzori gustoće dugoročna su investicija u cijeli proces, osiguravajući siguran i učinkovit rad u narednim desetljećima. Jedan radiometrijski senzor gustoće omogućuje značajne uštede u operativnim troškovima tijekom životnog vijeka instrumenta.
Radiometrijsko mjerenje masenog protoka omogućuje precizno punjenje u postrojenjima za vapno. Brojne pokretne trake različitih duljina od nekoliko metara do jednog kilometra osiguravaju da se stijena pod najrazličitijim uvjetima obrade transportira na pravo mjesto za daljnju obradu.
Uz uređaje, čija je točnost određena točnošću mjerenja intenziteta toka zračenja, važni su uređaji kod kojih uopće nije postavljena zadaća točnog mjerenja intenziteta toka zračenja. To su sustavi koji rade relejno, kod kojih je bitna samo sama činjenica prisutnosti ili odsutnosti protoka zračenja, kao i sustavi koji rade po faznom ili frekvencijskom principu.
U tim slučajevima ne registrira se niti prisutnost zračenja niti njegov intenzitet, npr. frekvencija ili faza izmjene stanja koje karakterizira različit intenzitet fluksa zračenja ili različit stupanj interakcije tog fluksa s kontroliranom okolinom. . Jedna od najrasprostranjenijih primjena relejnih sustava je kontrola razine položaja.
Radioaktivni manometar
Relejni sustavi također se koriste za brojanje proizvoda na transportnoj traci, za praćenje položaja pokretnih objekata, beskontaktno mjerenje brzine vrtnje iu mnogim drugim slučajevima.
Metode ionizacije
Ako se u ionizacijsku komoru postavi izvor alfa ili beta zračenja, struja u komori će ovisiti o tlaku plina pri konstantnom sastavu ili o sastavu pri konstantnom tlaku. Ovaj se fenomen koristi u dizajnu radioizotopskih manometara i analizatora plina za binarne smjese.
Korištenje tokova neutrona
Kada prolaze kroz kontroliranu tvar, u interakciji s njezinim jezgrama, neutroni gube dio svoje energije i usporavaju se. Na temelju zakona o održanju količine gibanja, neutroni prenose jezgri to više energije što je masa jezgre bliža masi neutrona. Stoga brzi neutroni doživljavaju najjaču moderaciju kada se sudare s jezgrama vodika. To se koristi, na primjer, za kontrolu vlažnosti različitih medija ili razine medija koji sadrže vodik.
Sustav za mjerenje vlažnosti LB 350 koristi tehnologiju mjerenja neutrona. Mjerenje se vrši ili izvana, kroz stijenke silosa, ili kroz jaku potopnu cijev koja se postavlja unutar silosa. Na taj način sam mjerni uređaj nije podložan habanju.
Mjerenje stupnja apsorpcije neutrona različitim tvarima koristi se za određivanje sadržaja elemenata s velikim presjekom apsorpcije neutrona. Također se koristi metoda za kontrolu sastava tvari spektralnom analizom gama zračenja koje nastaje hvatanjem neutrona u tvari. Ova tehnika se koristi, na primjer, za zatvaranje naftnih bušotina.
Neke industrije koje koriste radiometrijsku tehnologiju procesnog mjerenja također koriste nedestruktivnu inspekciju X-zrakama ili radiografsku inspekciju za provjeru integriteta zavara i posuda. Ovi uređaji također zrače gama energiju iz izvora na način sličan radiometrijskim mjeračima.
Vidi također:
Senzori i mjerni uređaji za određivanje sastava i svojstava tvari