Penggunaan isotop radioaktif dalam peranti kawalan automatik, alat pengukur radiometrik

Isotop radioaktif digunakan dalam pelbagai peranti kawalan automatik (alat pengukur radiometrik). Dalam proses perindustrian, teknologi radiometrik telah digunakan untuk pengukuran yang kompleks sejak tahun 1950-an.

Kelebihan utama peranti radioisotop:

• pengukuran bukan sentuhan (tanpa sentuhan langsung unsur pengukur dengan persekitaran terkawal);
• kualiti metrologi tinggi yang disediakan oleh kestabilan sumber sinaran;
• kemudahan penggunaan dalam skim automasi biasa (output elektrik, blok bersatu).

Prinsip operasi peranti radioisotop adalah berdasarkan fenomena interaksi sinaran nuklear dengan persekitaran terkawal. Skim peranti, sebagai peraturan, mengandungi sumber sinaran, penerima sinaran (pengesan), penukar perantaraan isyarat yang diterima dan peranti output.

Sistem radiometrik terdiri daripada dua bahagian: isotop radioaktif tahap rendah dalam sumber memancarkan tenaga radioaktif melalui peralatan teknologi, contohnya, sebuah kapal, dan pengesan yang dipasang di sisi lain mengukur sinaran yang datang kepadanya. Apabila jisim antara punca dan pengesan berubah (ketinggian aras, ketumpatan buburan, atau berat zarah pepejal pada penghantar), kekuatan medan sinaran pengesan berubah.

Sifat utama dan kawasan penggunaan beberapa jenis sinaran:

1) sinaran alfa - aliran nukleus helium. Ia diserap dengan kuat dari persekitaran. Julat zarah alfa di udara adalah beberapa sentimeter, dan dalam cecair - beberapa puluh mikron. Ia digunakan untuk pengukuran tekanan gas dan analisis gas. Kaedah pengukuran adalah berdasarkan pengionan medium gas;

2) sinaran beta — aliran elektron atau positron. Julat zarah beta dalam udara mencapai beberapa meter, dalam pepejal - beberapa mm. Penyerapan zarah beta oleh medium digunakan untuk mengukur ketebalan, ketumpatan dan berat bahan (kain, kertas, pulpa tembakau, kerajang, dll.) dan untuk mengawal komposisi cecair. Pantulan (penyebaran belakang) sinaran beta dari persekitaran membolehkan anda mengukur ketebalan salutan dan kepekatan komponen individu dalam bahan tertentu, sinaran beta juga digunakan dalam analisis gas mengion dan untuk pengionan untuk mengeluarkan caj daripada elektrik statik ;

3) sinaran gamma — aliran kuanta tenaga elektromagnet yang mengiringi transformasi nuklear. Berfungsi dalam badan pepejal - sehingga berpuluh-puluh cm.Sinaran gamma digunakan dalam kes di mana kuasa penembusan yang tinggi diperlukan (pengesanan kecacatan, kawalan ketumpatan, kawalan tahap) atau ciri-ciri interaksi sinaran gamma dengan media cecair dan pepejal (kawalan komposisi) digunakan;

4) sinaran n-neutron Ini adalah aliran zarah tidak bercas. Po — Menjadi sumber (di mana zarah Po alpha mengebom Be, neutron pemancar sering digunakan). Ia digunakan untuk mengukur kelembapan dan komposisi persekitaran.

Pengukuran ketumpatan radiometrik. Untuk proses pengesan saluran paip dan kapal, pengetahuan ketumpatan membantu pengendali membuat keputusan termaklum.

Penerima sinaran yang paling biasa dalam peranti kawalan automatik ialah kebuk pengionan, nyahcas gas dan kaunter kilauan.

Penukar perantaraan isyarat sinaran yang diterima mungkin mengandungi litar penguat (membentuk) dan meter kadar pengiraan nadi (integrator). Di samping itu, skim spektrometri khas digunakan dalam beberapa kes. Kadangkala peranti kawalan automatik dimasukkan terus ke dalam sistem kawalan.

Ciri tersendiri peranti radioisotop ialah kehadiran, sebagai tambahan kepada ralat instrumental biasa, ralat kebarangkalian tambahan. Ia disebabkan oleh sifat statistik pereputan radioaktif, dan oleh itu, dengan nilai purata fluks sinaran yang tetap pada bila-bila masa tertentu, nilai fluks yang berbeza ini boleh direkodkan.

Pengurangan ralat pengukuran boleh dicapai dengan meningkatkan keamatan fluks sinaran atau masa pengukuran.Walau bagaimanapun, yang pertama dihadkan oleh keperluan keselamatan, dan yang kedua merendahkan prestasi peranti. Oleh itu, adalah disyorkan dalam semua kes untuk menggunakan pengesan sinaran dengan kecekapan pengesanan tertinggi.

Walaupun pengukuran keamatan fluks sinaran yang tepat adalah wajib untuk kebanyakan peranti jenis yang dipertimbangkan, ini bukanlah matlamat utama, kerana pada hakikatnya adalah penting untuk mengawal dengan tepat bukan keamatan, tetapi parameter teknologi.

Meter ketebalan dan ketumpatan radioisotop

Peranti yang paling banyak digunakan untuk mengukur ketebalan atau ketumpatan dengan penyerapan sinaran. Skim paling mudah untuk mengukur ketebalan atau ketumpatan bahan dengan menyerap sinaran mengandungi sumber sinaran, bahan ujian, penerima sinaran, transduser perantaraan, dan peranti keluaran.

Pelbagai industri menggunakan teknologi radiometrik untuk mengukur ketumpatan. Lombong, kilang kertas, loji janakuasa arang batu, pengeluar bahan binaan dan utiliti minyak dan gas semuanya menggunakan teknologi pengukuran ketumpatan ini di suatu tempat dalam proses mereka.

Pengukuran ketumpatan membolehkan pengendali memahami proses mereka dengan lebih baik, membantu mereka mengoptimumkan prestasi buburan, mengenal pasti sekatan dan juga meningkatkan kawalan dalam aplikasi yang kompleks.

Penderia ketumpatan radiometrik adalah bukan sentuhan, yang bermaksud ia tidak mengganggu proses, tidak haus dan tidak memerlukan penyelenggaraan, membolehkan ia bertahan lebih lama. Pemasangan luaran memudahkan pemasangan sensor.

Teknologi radiometrik digunakan untuk mengukur ketumpatan kerana penderia ini melakukan pengukuran tanpa bersentuhan dengan bahan yang sedang diproses. Pengukuran tanpa sentuhan memastikan operasi bebas haus dan bebas penyelenggaraan. Produk yang melelas, menghakis atau menghakis sering mengakibatkan penyelenggaraan yang kerap dan mahal atau penggantian penderia lain, tetapi pengesan ketumpatan radiometrik boleh bertahan 20 hingga 30 tahun.

Sensor kebal terhadap keadaan berdebu di kilang simen dan terus mengukur ketumpatan dengan tepat dalam paip menegak

Instrumen radiometrik dipasang di luar paip atau tangki supaya sistem kebal terhadap terkumpul, kejutan haba, lonjakan tekanan atau keadaan proses ekstrem yang lain. Dan terima kasih kepada reka bentuknya yang teguh, peranti ini mampu menahan getaran daripada paip atau tangki yang dipasang padanya.

Penderia radiometrik ini lebih mudah dipasang berbanding teknologi lain. Perkakas jenis ini boleh dipasang tanpa mengganggu proses yang mahal. Teknologi lain memerlukan penyingkiran bahagian paip atau perubahan ketara lain pada proses itu sendiri.

Kos awal isotop radioaktif adalah lebih tinggi daripada penyelesaian pengukuran ketumpatan lain. Walau bagaimanapun, penyelesaian radiometrik boleh bertahan 20 atau 30 tahun dengan sedikit atau tiada penyelenggaraan.

Tidak seperti penyelesaian lain, penderia ketumpatan radiometrik adalah pelaburan jangka panjang dalam keseluruhan proses, memastikan operasi yang selamat dan cekap untuk beberapa dekad yang akan datang. Penderia ketumpatan radiometrik tunggal memberikan penjimatan yang ketara dalam kos operasi sepanjang hayat instrumen.

Pengukuran aliran jisim radiometrik menyediakan pengecasan yang tepat dalam loji kapur. Banyak tali pinggang penghantar yang berbeza-beza panjangnya dari beberapa meter hingga satu kilometer memastikan bahawa batu di bawah pelbagai keadaan pemprosesan diangkut ke tempat yang betul untuk pemprosesan selanjutnya.

Bersama-sama dengan peranti, ketepatan yang ditentukan oleh ketepatan mengukur keamatan fluks sinaran, adalah peranti penting di mana tugas mengukur keamatan fluks sinaran dengan tepat tidak ditetapkan sama sekali. Ini adalah sistem yang beroperasi dalam mod geganti, di mana hanya fakta kehadiran atau ketiadaan aliran sinaran adalah penting, serta sistem yang beroperasi mengikut prinsip fasa atau frekuensi.

Dalam kes ini, kehadiran sinaran mahupun keamatannya, sebagai contoh, kekerapan atau fasa selang keadaan, yang dicirikan oleh intensiti fluks sinaran yang berbeza atau tahap interaksi fluks yang berbeza dengan persekitaran terkawal, tidak didaftarkan. . Salah satu aplikasi sistem geganti yang paling meluas ialah kawalan tahap kedudukan.

manometer radioaktif

Sistem geganti juga digunakan untuk mengira produk pada penghantar, untuk memantau kedudukan objek bergerak, pengukuran tanpa sentuhan kelajuan putaran dan dalam banyak kes lain.

Kaedah pengionan

Jika sumber sinaran alfa atau beta diletakkan di dalam kebuk pengionan, arus kebuk akan bergantung kepada tekanan gas pada komposisi malar atau pada komposisi pada tekanan malar. Fenomena ini digunakan dalam reka bentuk manometer radioisotop dan penganalisis gas untuk campuran binari.

Menggunakan fluks neutron

Apabila melalui bahan terkawal, berinteraksi dengan nukleusnya, neutron kehilangan sebahagian tenaganya dan perlahan. Berdasarkan undang-undang pemuliharaan momentum, neutron berpindah ke nukleus semakin banyak tenaga semakin hampir jisim nukleus dengan jisim neutron. Oleh itu, neutron pantas mengalami kesederhanaan paling kuat apabila ia berlanggar dengan nukleus hidrogen. Ini digunakan, sebagai contoh, untuk mengawal kelembapan pelbagai media atau tahap media yang mengandungi hidrogen.

Sistem pengukuran kelembapan LB 350 menggunakan teknologi pengukuran neutron. Pengukuran dilakukan sama ada dari luar, melalui dinding silo, atau melalui tiub rendaman kuat yang dipasang di dalam silo. Dengan cara ini, peranti pengukur itu sendiri tidak tertakluk kepada haus.

Mengukur tahap penyerapan neutron oleh pelbagai bahan digunakan untuk menentukan kandungan unsur dengan keratan rentas penyerapan neutron yang besar. Kaedah juga digunakan untuk mengawal komposisi bahan melalui analisis spektrum sinaran gamma yang terhasil daripada penangkapan neutron oleh bahan. Teknik ini digunakan, sebagai contoh, untuk telaga minyak selongsong.

Sesetengah industri yang menggunakan teknologi pengukuran proses radiometrik juga menggunakan pemeriksaan sinar-X yang tidak merosakkan atau pemeriksaan radiografi untuk mengesahkan integriti kimpalan dan vesel. Peranti ini juga memancarkan tenaga gamma daripada sumber dengan cara yang serupa dengan meter radiometrik.

Lihat juga:

Penderia dan alat pengukur untuk menentukan komposisi dan sifat bahan

Bagaimana penimbangan automatik dijalankan di loji perindustrian