L'uso di isotopi radioattivi nei dispositivi di controllo automatico, dispositivi di misurazione radiometrica

Gli isotopi radioattivi sono utilizzati in vari dispositivi di controllo automatico (dispositivi di misurazione radiometrica). Nei processi industriali, la tecnologia radiometrica è stata utilizzata per misurazioni complesse sin dagli anni '50.

I principali vantaggi dei dispositivi radioisotopici:

• misura senza contatto (senza contatto diretto degli elementi di misura con l'ambiente controllato);
• elevate qualità metrologiche fornite dalla stabilità delle sorgenti di radiazione;
• facilità d'uso in schemi di automazione tipici (uscita elettrica, blocchi unificati).

I principi di funzionamento dei dispositivi radioisotopici si basano sui fenomeni di interazione della radiazione nucleare con un ambiente controllato. Lo schema del dispositivo, di regola, contiene una sorgente di radiazioni, un ricevitore di radiazioni (rilevatore), un convertitore intermedio del segnale ricevuto e un dispositivo di uscita.

I sistemi radiometrici sono costituiti da due parti: un isotopo radioattivo di basso livello nella sorgente emette energia radioattiva attraverso apparecchiature tecnologiche, ad esempio una nave, e un rilevatore installato sull'altro lato misura la radiazione che vi arriva. Al variare della massa tra la sorgente e il rivelatore (altezza del livello, densità del liquame o peso delle particelle solide su un trasportatore), l'intensità del campo di radiazione del rivelatore cambia.

Principali proprietà e campi di applicazione di alcuni tipi di radiazioni:

1) radiazione alfa — un flusso di nuclei di elio. È fortemente assorbito dall'ambiente. La gamma di particelle alfa nell'aria è di diversi centimetri e nei liquidi - diverse decine di micron. Viene utilizzato per la misurazione della pressione del gas e l'analisi del gas. I metodi di misura si basano sulla ionizzazione del mezzo gassoso;

2) radiazioni beta — un flusso di elettroni o positroni. La gamma di particelle beta nell'aria raggiunge diversi metri, nei solidi - diversi mm. L'assorbimento delle particelle beta da parte del mezzo viene utilizzato per misurare lo spessore, la densità e il peso dei materiali (tessuto, carta, polpa di tabacco, lamina, ecc.) e per controllare la composizione dei liquidi. La riflessione (backscatter) della radiazione beta dall'ambiente consente di misurare lo spessore dei rivestimenti e la concentrazione dei singoli componenti in una data sostanza, la radiazione beta viene utilizzata anche nell'analisi dei gas ionizzanti e per la ionizzazione per rimuovere le cariche dall'elettricità statica ;

3) radiazioni gamma — un flusso di quanti di energia elettromagnetica che accompagna le trasformazioni nucleari. Lavora in corpi solidi - fino a decine di cm.La radiazione gamma viene utilizzata nei casi in cui è richiesta un'elevata potenza di penetrazione (rilevamento dei difetti, controllo della densità, controllo del livello) o vengono utilizzate le caratteristiche dell'interazione della radiazione gamma con mezzi liquidi e solidi (controllo della composizione);

4) radiazione di n-neutroni Questo è il flusso di particelle non caricate. Po - Sorgenti Be (in cui le particelle Po alfa bombardano Be, emettendo neutroni sono spesso utilizzate). Viene utilizzato per misurare l'umidità e la composizione dell'ambiente.

Misura della densità radiometrica. Per i processi di rilevamento di tubazioni e serbatoi, la conoscenza della densità aiuta gli operatori a prendere decisioni informate.

I ricevitori di radiazioni più comuni nei dispositivi di controllo automatico sono camere di ionizzazione, scarica di gas e contatori a scintillazione.

Il convertitore intermedio del segnale di radiazione ricevuto può contenere un circuito di amplificazione (formatura) e un misuratore della velocità di conteggio degli impulsi (integratore). Inoltre, in alcuni casi vengono utilizzati speciali schemi spettrometrici. A volte i dispositivi di controllo automatico sono incorporati direttamente nel sistema di controllo.

Una caratteristica distintiva dei dispositivi radioisotopici è la presenza, oltre ai soliti errori strumentali, di ulteriori errori probabilistici. Sono dovuti alla natura statistica del decadimento radioattivo, e quindi, con un valore medio costante del flusso di radiazione in un dato momento nel tempo, possono essere registrati diversi valori di questo flusso.

Una riduzione degli errori di misurazione può essere ottenuta aumentando l'intensità del flusso di radiazione o il tempo di misurazione.Tuttavia, il primo è limitato dai requisiti di sicurezza e il secondo degrada le prestazioni del dispositivo. Pertanto, si consiglia in tutti i casi di utilizzare rilevatori di radiazioni con la massima efficienza di rilevamento.

Sebbene la misurazione accurata dell'intensità del flusso di radiazione sia obbligatoria per la maggior parte dei dispositivi del tipo considerato, questo non è l'obiettivo finale, poiché in realtà è importante controllare con precisione non l'intensità, ma il parametro tecnologico.

Misuratori di spessore e densità di radioisotopi

I dispositivi più utilizzati per misurare lo spessore o la densità mediante assorbimento della radiazione. Lo schema più semplice per misurare lo spessore o la densità di un materiale assorbendo la radiazione contiene una sorgente di radiazioni, un materiale di prova, un ricevitore di radiazioni, un trasduttore intermedio e un dispositivo di output.

Varie industrie utilizzano la tecnologia radiometrica per misurare la densità. Miniere, cartiere, centrali elettriche a carbone, produttori di materiali da costruzione e servizi di petrolio e gas utilizzano tutti questa tecnologia di misurazione della densità da qualche parte nei loro processi.

Le misurazioni della densità consentono agli operatori di comprendere meglio i loro processi, aiutandoli a ottimizzare le prestazioni dei fanghi, identificare i blocchi e persino migliorare il controllo in applicazioni complesse.

I sensori di densità radiometrica sono senza contatto, il che significa che non interferiscono con il processo, non si usurano e non richiedono manutenzione, consentendo loro di durare più a lungo. Il montaggio esterno semplifica l'installazione del sensore.

La tecnologia radiometrica viene utilizzata per misurare la densità perché questi sensori eseguono misurazioni senza entrare in contatto con il materiale in lavorazione. La misurazione senza contatto garantisce un funzionamento esente da usura e manutenzione. I prodotti abrasivi, corrosivi o corrosivi spesso comportano una manutenzione frequente e costosa o la sostituzione di altri sensori, ma i rilevatori di densità radiometrica possono durare dai 20 ai 30 anni.

Il sensore è immune alle condizioni polverose in una fabbrica di cemento e continua a misurare con precisione la densità in un tubo verticale

Gli strumenti radiometrici sono montati all'esterno di un tubo o di un serbatoio in modo che il sistema sia immune da accumuli, shock termici, picchi di pressione o altre condizioni di processo estreme. E grazie al loro design robusto, questi dispositivi sono in grado di resistere alle vibrazioni del tubo o del serbatoio su cui sono installati.

Questi sensori radiometrici sono molto più facili da installare rispetto ad altre tecnologie. Apparecchi di questo tipo possono essere installati senza interrompere un processo costoso, altre tecnologie richiedono la rimozione di sezioni di tubazioni o altre modifiche significative al processo stesso.

Il costo iniziale degli isotopi radioattivi è superiore rispetto ad altre soluzioni di misurazione della densità. Tuttavia, una soluzione radiometrica può durare 20 o 30 anni con poca o nessuna manutenzione.

A differenza di altre soluzioni, i sensori di densità radiometrica rappresentano un investimento a lungo termine nell'intero processo, garantendo un funzionamento sicuro ed efficiente per i decenni a venire. Un singolo sensore di densità radiometrica offre risparmi significativi sui costi operativi per tutta la durata dello strumento.

La misurazione radiometrica del flusso di massa fornisce un caricamento accurato negli impianti di calce. Numerosi nastri trasportatori di lunghezza variabile da pochi metri a un chilometro assicurano che la roccia in un'ampia varietà di condizioni di lavorazione venga trasportata nel posto giusto per l'ulteriore lavorazione.

Insieme ai dispositivi, la cui accuratezza è determinata dall'accuratezza della misurazione dell'intensità del flusso di radiazione, sono dispositivi importanti in cui il compito di misurare con precisione l'intensità del flusso di radiazione non è affatto impostato. Si tratta di sistemi funzionanti in modalità relè, in cui è importante solo il fatto stesso della presenza o assenza di flusso di radiazioni, nonché sistemi funzionanti secondo il principio di fase o frequenza.

In questi casi non si registra né la presenza di radiazione né la sua intensità, ad esempio la frequenza o la fase di alternanza di stati, che sono caratterizzati da diversa intensità del flusso di radiazione o diverso grado di interazione di questo flusso con un ambiente controllato. . Una delle applicazioni più diffuse dei sistemi a relè è il controllo del livello di posizione.

Manometro radioattivo

I sistemi a relè vengono utilizzati anche per il conteggio dei prodotti su un nastro trasportatore, per il monitoraggio della posizione di oggetti in movimento, per la misurazione senza contatto della velocità di rotazione e in molti altri casi.

Metodi di ionizzazione

Se una sorgente di radiazione alfa o beta è posta nella camera di ionizzazione, la corrente della camera dipenderà dalla pressione del gas a composizione costante o dalla composizione a pressione costante. Questo fenomeno viene utilizzato nella progettazione di manometri a radioisotopi e analizzatori di gas per miscele binarie.

Utilizzo di flussi di neutroni

Quando passano attraverso una sostanza controllata, interagendo con i suoi nuclei, i neutroni perdono parte della loro energia e rallentano. In virtù della legge di conservazione della quantità di moto, i neutroni trasferiscono al nucleo tanto più energia quanto più la massa del nucleo è vicina alla massa del neutrone. Pertanto, i neutroni veloci subiscono la moderazione più forte quando entrano in collisione con i nuclei di idrogeno. Questo viene utilizzato, ad esempio, per controllare l'umidità di vari fluidi o il livello di fluidi contenenti idrogeno.

Il sistema di misurazione dell'umidità LB 350 utilizza la tecnologia di misurazione dei neutroni. La misurazione viene effettuata dall'esterno, attraverso le pareti del silo, o attraverso un robusto tubo ad immersione installato all'interno del silo. In questo modo il misuratore stesso non è soggetto ad usura.

La misurazione dell'entità dell'assorbimento di neutroni da parte di varie sostanze viene utilizzata per determinare il contenuto di elementi con una grande sezione d'urto di assorbimento di neutroni. Viene utilizzato anche un metodo per controllare la composizione delle sostanze mediante l'analisi spettrale della radiazione gamma risultante dalla cattura di neutroni da parte delle sostanze. Questa tecnica viene utilizzata, ad esempio, per rivestire i pozzi petroliferi.

Alcuni settori che utilizzano la tecnologia di misurazione del processo radiometrico utilizzano anche l'ispezione a raggi X non distruttiva o l'ispezione radiografica per verificare l'integrità delle saldature e dei recipienti. Questi dispositivi irradiano anche energia gamma dalla sorgente in modo simile ai misuratori radiometrici.

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