استخدام النظائر المشعة في أجهزة التحكم الآلي وأجهزة القياس الإشعاعي
تستخدم النظائر المشعة في العديد من أجهزة التحكم الأوتوماتيكية (أجهزة القياس الإشعاعي). في العمليات الصناعية ، تم استخدام تقنية القياس الإشعاعي للقياسات المعقدة منذ الخمسينيات.
المزايا الرئيسية لأجهزة النظائر المشعة:
- قياس عدم التلامس (بدون ملامسة مباشرة لعناصر القياس مع البيئة الخاضعة للرقابة) ؛
- الصفات المترولوجية العالية التي يوفرها استقرار مصادر الإشعاع ؛
- سهولة الاستخدام في مخططات الأتمتة النموذجية (خرج كهربائي ، كتل موحدة).
تستند مبادئ تشغيل أجهزة النظائر المشعة إلى ظاهرة تفاعل الإشعاع النووي مع بيئة خاضعة للرقابة. يحتوي مخطط الجهاز ، كقاعدة عامة ، على مصدر للإشعاع ، وجهاز استقبال للإشعاع (كاشف) ، ومحول وسيط للإشارة المستقبلة وجهاز إخراج.
تتكون أنظمة القياس الإشعاعي من جزأين: نظير مشع منخفض المستوى في المصدر ينبعث طاقة مشعة من خلال المعدات التكنولوجية ، على سبيل المثال ، وعاء ، وكاشف مثبت على الجانب الآخر يقيس الإشعاع القادم إليه. مع تغير الكتلة بين المصدر والكاشف (ارتفاع المستوى ، كثافة الملاط ، أو وزن الجسيمات الصلبة على الناقل) ، تتغير شدة مجال الإشعاع للكاشف.
الخصائص الرئيسية ومجالات تطبيق بعض أنواع الإشعاع:
1) إشعاع ألفا - تيار من نوى الهليوم. يمتص بقوة من البيئة. يبلغ مدى جسيمات ألفا في الهواء عدة سنتيمترات ، وفي السوائل - عدة عشرات من الميكرونات. يتم استخدامه لقياس ضغط الغاز وتحليل الغاز. تعتمد طرق القياس على تأين وسط الغاز ؛
2) إشعاع بيتا - تيار من الإلكترونات أو البوزيترونات. يصل مدى جسيمات بيتا في الهواء إلى عدة أمتار ، في المواد الصلبة - عدة مم. يتم استخدام امتصاص جسيمات بيتا بواسطة الوسيط لقياس سمك وكثافة ووزن المواد (النسيج والورق ولب التبغ والرقائق وما إلى ذلك) والتحكم في تكوين السوائل. يتيح لك الانعكاس (التشتت الخلفي) لإشعاع بيتا من البيئة قياس سماكة الطلاء وتركيز المكونات الفردية في مادة معينة ، كما يستخدم إشعاع بيتا في تحليل الغازات المؤينة وللتأين لإزالة الشحنات من الكهرباء الساكنة ؛
3) أشعة غاما - تدفق كميات من الطاقة الكهرومغناطيسية المصاحبة للتحولات النووية. يعمل في الأجسام الصلبة - حتى عشرات السنتيمترات.يتم استخدام إشعاع جاما في الحالات التي تتطلب قوة اختراق عالية (اكتشاف الخلل ، والتحكم في الكثافة ، والتحكم في المستوى) أو يتم استخدام ميزات تفاعل إشعاع جاما مع الوسائط السائلة والصلبة (التحكم في التركيب) ؛
4) n- إشعاع النيوترون هذا هو تدفق الجسيمات غير المشحونة. مصادر Po - Be (التي تقصف فيها جسيمات Po alpha Be ، وغالبًا ما تُستخدم النيوترونات الباعثة). يتم استخدامه لقياس الرطوبة وتكوين البيئة.
قياس كثافة الإشعاع. بالنسبة لعمليات استشعار خطوط الأنابيب والسفن ، تساعد معرفة الكثافة المشغلين على اتخاذ قرارات مستنيرة.
أكثر مستقبلات الإشعاع شيوعًا في أجهزة التحكم الآلي هي غرف التأين وعدادات تفريغ الغاز والوميض.
قد يحتوي المحول الوسيط لإشارة الإشعاع المستقبلة على دائرة تضخيم (تشكيل) ومقياس معدل عد النبض (مُدمج). بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام مخططات طيفية خاصة في بعض الحالات. في بعض الأحيان يتم دمج أجهزة التحكم الآلي مباشرة في نظام التحكم.
السمة المميزة لأجهزة النظائر المشعة هي وجود أخطاء احتمالية إضافية ، بالإضافة إلى أخطاء الأدوات المعتادة. إنها ترجع إلى الطبيعة الإحصائية للاضمحلال الإشعاعي ، وبالتالي ، مع متوسط قيمة ثابتة لتدفق الإشعاع في أي لحظة زمنية معينة ، يمكن تسجيل قيم مختلفة لهذا التدفق.
يمكن تحقيق انخفاض في أخطاء القياس عن طريق زيادة شدة تدفق الإشعاع أو وقت القياس.ومع ذلك ، فإن الأول مقيد بمتطلبات السلامة ، والأخير يحط من أداء الجهاز. لذلك يوصى في جميع الأحوال باستخدام كاشفات إشعاع ذات كفاءة كشف عالية.
على الرغم من أن القياس الدقيق لشدة تدفق الإشعاع إلزامي لمعظم الأجهزة من النوع المدروس ، إلا أن هذا ليس الهدف النهائي ، لأنه في الواقع من المهم التحكم بدقة ليس في الكثافة ، ولكن المعلمة التكنولوجية.
مقاييس سمك وكثافة النظائر المشعة
أكثر الأجهزة استخدامًا لقياس السماكة أو الكثافة عن طريق امتصاص الإشعاع. أبسط مخطط لقياس سمك أو كثافة مادة ما عن طريق امتصاص الإشعاع يحتوي على مصدر إشعاع ، مادة اختبار ، مستقبل إشعاع ، محول طاقة وسيط ، وجهاز إخراج.
تستخدم الصناعات المختلفة تقنية القياس الإشعاعي لقياس الكثافة. تستخدم المناجم ومصانع الورق ومحطات الطاقة التي تعمل بالفحم ومصنعي مواد البناء ومرافق النفط والغاز تقنية قياس الكثافة هذه في مكان ما في عملياتها.
تسمح قياسات الكثافة للمشغلين بفهم عملياتهم بشكل أفضل ، مما يساعدهم على تحسين أداء الملاط ، وتحديد العوائق وحتى تحسين التحكم في التطبيقات المعقدة.
مستشعرات الكثافة الإشعاعية غير ملامسة ، مما يعني أنها لا تتداخل مع العملية ، ولا تبلى ولا تتطلب صيانة ، مما يسمح لها بالعمل لفترة أطول. التركيب الخارجي يبسط تركيب المستشعر.
تُستخدم تقنية القياس الإشعاعي لقياس الكثافة لأن هذه المستشعرات تقوم بالقياسات دون ملامسة المادة التي تتم معالجتها. يضمن قياس عدم التلامس عملية خالية من التآكل وخالية من الصيانة. غالبًا ما تؤدي المنتجات الكاشطة أو المسببة للتآكل أو المسببة للتآكل إلى صيانة أو استبدال أجهزة الاستشعار الأخرى بشكل متكرر ومكلف ، ولكن يمكن أن تدوم أجهزة الكشف عن الكثافة الإشعاعية من 20 إلى 30 عامًا.
جهاز الاستشعار محصن ضد الظروف المتربة في مصنع الأسمنت ويواصل قياس الكثافة بدقة في أنبوب عمودي
يتم تثبيت أدوات القياس الإشعاعي خارج الأنبوب أو الخزان بحيث يكون النظام محصنًا ضد التراكم أو الصدمات الحرارية أو ارتفاع الضغط أو ظروف العملية القاسية الأخرى. وبفضل تصميمها القوي ، فإن هذه الأجهزة قادرة على تحمل الاهتزازات من الأنبوب أو الخزان المثبت عليها.
هذه المستشعرات الراديومترية أسهل في التركيب من التقنيات الأخرى. يمكن تركيب أجهزة من هذا النوع دون مقاطعة عملية مكلفة ، وتتطلب تقنيات أخرى إزالة أقسام من الأنابيب أو إجراء تغييرات مهمة أخرى على العملية نفسها.
التكلفة الأولية للنظائر المشعة أعلى من حلول قياس الكثافة الأخرى. ومع ذلك ، يمكن أن يستمر حل القياس الإشعاعي لمدة 20 أو 30 عامًا مع القليل من الصيانة أو بدون صيانة.
على عكس الحلول الأخرى ، تعد مستشعرات الكثافة الراديوية استثمارًا طويل الأجل في العملية بأكملها ، مما يضمن التشغيل الآمن والفعال لعقود قادمة. يوفر مستشعر كثافة الإشعاع الفردي وفورات كبيرة في تكاليف التشغيل على مدى عمر الجهاز.
يوفر قياس تدفق الكتلة الإشعاعية شحنًا دقيقًا في نباتات الجير. تضمن أحزمة النقل العديدة التي يتراوح أطوالها من بضعة أمتار إلى كيلومتر واحد نقل الصخور في ظل مجموعة متنوعة من ظروف المعالجة إلى المكان المناسب لمزيد من المعالجة.
إلى جانب الأجهزة ، التي تحدد دقتها بدقة قياس شدة تدفق الإشعاع ، هي أجهزة مهمة لا يتم فيها تحديد مهمة قياس شدة تدفق الإشعاع بدقة على الإطلاق. هذه أنظمة تعمل في وضع الترحيل ، حيث تكون حقيقة وجود أو عدم تدفق الإشعاع مهمة فقط ، بالإضافة إلى الأنظمة التي تعمل وفقًا لمبدأ الطور أو التردد.
في هذه الحالات ، لا يتم تسجيل وجود الإشعاع أو شدته ، على سبيل المثال ، تواتر أو مرحلة تناوب الحالات ، والتي تتميز بكثافة مختلفة لتدفق الإشعاع أو درجة مختلفة من تفاعل هذا التدفق مع بيئة خاضعة للرقابة ، . يعد التحكم في مستوى الموضع أحد أكثر تطبيقات أنظمة الترحيل انتشارًا.
مقياس الضغط المشع
تُستخدم أنظمة الترحيل أيضًا لعد المنتجات على الناقل ، ولرصد موضع الأجسام المتحركة ، وقياس سرعة الدوران غير المتصل ، وفي العديد من الحالات الأخرى.
طرق التأين
إذا تم وضع مصدر لإشعاع ألفا أو بيتا في غرفة التأين ، فسيعتمد تيار الغرفة على ضغط الغاز بتكوين ثابت أو على التركيب عند ضغط ثابت. تستخدم هذه الظاهرة في تصميم أجهزة قياس ضغط النظائر المشعة ومحللات الغاز للخلائط الثنائية.
استخدام تدفقات النيوترونات
عند المرور عبر مادة خاضعة للرقابة ، والتفاعل مع نواتها ، تفقد النيوترونات بعض طاقتها وتتباطأ. بموجب قانون حفظ الزخم ، تنتقل النيوترونات إلى النواة كلما زادت الطاقة كلما اقتربت كتلة النواة من كتلة النيوترون. لذلك ، تتعرض النيوترونات السريعة لأقوى اعتدال عندما تصطدم بنواة الهيدروجين. يستخدم هذا ، على سبيل المثال ، للتحكم في رطوبة الوسائط المختلفة أو مستوى الوسائط المحتوية على الهيدروجين.
يستخدم نظام قياس الرطوبة LB 350 تقنية قياس النيوترونات. يتم القياس إما من الخارج أو من خلال جدران الصومعة أو من خلال أنبوب غمر قوي مركب داخل الصومعة. وبهذه الطريقة ، لا يخضع جهاز القياس نفسه للارتداء.
يتم استخدام قياس مدى امتصاص النيوترونات من قبل المواد المختلفة لتحديد محتوى العناصر ذات المقطع العرضي الكبير لامتصاص النيوترونات. تُستخدم طريقة أيضًا للتحكم في تكوين المواد عن طريق التحليل الطيفي لإشعاع غاما الناتج عن التقاط المواد للنيوترونات. تستخدم هذه التقنية ، على سبيل المثال ، لتغليف آبار النفط.
تستخدم بعض الصناعات التي تستخدم تقنية قياس عملية القياس الإشعاعي أيضًا الفحص غير المدمر بالأشعة السينية أو الفحص الإشعاعي للتحقق من سلامة اللحامات والسفن. تشع هذه الأجهزة أيضًا طاقة جاما من المصدر بطريقة مشابهة لمقاييس الإشعاع.
أنظر أيضا: