O uso de isótopos radioativos em dispositivos de controle automático, dispositivos de medição radiométrica

Os isótopos radioativos são usados ​​em vários dispositivos de controle automático (dispositivos de medição radiométrica). Em processos industriais, a tecnologia radiométrica tem sido utilizada para medições complexas desde a década de 1950.

As principais vantagens dos dispositivos de radioisótopos:

• medição sem contato (sem contato direto dos elementos de medição com o ambiente controlado);
• altas qualidades metrológicas proporcionadas pela estabilidade das fontes de radiação;
• facilidade de uso em esquemas de automação típicos (saída elétrica, blocos unificados).

Os princípios de operação dos dispositivos de radioisótopos são baseados nos fenômenos de interação da radiação nuclear com um ambiente controlado. O esquema do dispositivo, via de regra, contém uma fonte de radiação, um receptor de radiação (detector), um conversor intermediário do sinal recebido e um dispositivo de saída.

Os sistemas radiométricos consistem em duas partes: um isótopo radioativo de baixo nível na fonte emite energia radioativa por meio de equipamentos tecnológicos, por exemplo, um navio, e um detector instalado do outro lado mede a radiação que chega a ele. À medida que a massa entre a fonte e o detector muda (altura do nível, densidade da pasta ou peso das partículas sólidas em um transportador), a intensidade do campo de radiação do detector muda.

Principais propriedades e áreas de aplicação de alguns tipos de radiação:

1) radiação alfa — uma corrente de núcleos de hélio. É fortemente absorvido do meio ambiente. O alcance das partículas alfa no ar é de vários centímetros e nos líquidos - várias dezenas de mícrons. É usado para medição de pressão de gás e análise de gás. Os métodos de medição são baseados na ionização do meio gasoso;

2) radiação beta — um fluxo de elétrons ou pósitrons. A variedade de partículas beta no ar consegue vários metros, em sólidos — vários mm. A absorção de partículas beta pelo meio é utilizada para medir a espessura, densidade e peso de materiais (tecido, papel, polpa de tabaco, folha, etc.) e para controlar a composição de líquidos. A reflexão (backscatter) da radiação beta do ambiente permite medir a espessura dos revestimentos e a concentração de componentes individuais em uma determinada substância, a radiação beta também é usada na análise de gases ionizantes e para ionização para remover cargas de eletricidade estática ;

3) radiação gama — um fluxo de quanta de energia eletromagnética acompanhando as transformações nucleares. Funciona em corpos sólidos - até dezenas de cm.A radiação gama é usada nos casos em que é necessário alto poder de penetração (detecção de defeitos, controle de densidade, controle de nível) ou são usadas as características da interação da radiação gama com meios líquidos e sólidos (controle de composição);

4) radiação de n-nêutrons Este é o fluxo de partículas não carregadas. Po — Fontes de Be (nas quais partículas Po bombardeiam Be, emitindo nêutrons são freqüentemente usados). É usado para medir a umidade e a composição do ambiente.

Medição de densidade radiométrica. Para processos de detecção de dutos e embarcações, o conhecimento de densidade ajuda os operadores a tomar decisões informadas.

Os receptores de radiação mais comuns em dispositivos de controle automático são câmaras de ionização, descarga de gás e contadores de cintilação.

O conversor intermediário do sinal de radiação recebido pode conter um circuito amplificador (modelador) e um medidor de taxa de contagem de pulso (integrador). Além disso, esquemas espectrométricos especiais são usados ​​em alguns casos. Às vezes, os dispositivos de controle automático são incorporados diretamente ao sistema de controle.

Uma característica distintiva dos dispositivos de radioisótopos é a presença, além dos erros instrumentais usuais, de erros probabilísticos adicionais. Eles são devidos à natureza estatística do decaimento radioativo e, portanto, com um valor médio constante do fluxo de radiação em um determinado momento, diferentes valores desse fluxo podem ser registrados.

Uma redução nos erros de medição pode ser alcançada aumentando a intensidade do fluxo de radiação ou o tempo de medição.No entanto, o primeiro é limitado por requisitos de segurança e o segundo degrada o desempenho do dispositivo. Portanto, é recomendado em todos os casos usar detectores de radiação com a mais alta eficiência de detecção.

Embora a medição precisa da intensidade do fluxo de radiação seja obrigatória para a maioria dos dispositivos do tipo considerado, esse não é o objetivo final, pois na realidade é importante controlar com precisão não a intensidade, mas o parâmetro tecnológico.

Medidores de espessura e densidade de radioisótopos

Os dispositivos mais amplamente utilizados para medir espessura ou densidade por absorção de radiação. O esquema mais simples para medir a espessura ou densidade de um material por absorção de radiação contém uma fonte de radiação, um material de teste, um receptor de radiação, um transdutor intermediário e um dispositivo de saída.

Várias indústrias usam a tecnologia radiométrica para medir a densidade. Minas, fábricas de papel, usinas de energia movidas a carvão, fabricantes de materiais de construção e concessionárias de petróleo e gás usam essa tecnologia de medição de densidade em algum lugar de seus processos.

As medições de densidade permitem que os operadores entendam melhor seus processos, ajudando-os a otimizar o desempenho da polpa, identificar bloqueios e até melhorar o controle em aplicações complexas.

Os sensores de densidade radiométricos são sem contato, o que significa que não interferem no processo, não se desgastam e não requerem manutenção, permitindo que durem mais. A montagem externa simplifica a instalação do sensor.

A tecnologia radiométrica é usada para medir a densidade porque esses sensores realizam medições sem entrar em contato com o material que está sendo processado. A medição sem contato garante uma operação sem desgaste e sem manutenção. Produtos abrasivos, corrosivos ou corrosivos geralmente resultam em manutenção ou substituição frequente e cara de outros sensores, mas os detectores de densidade radiométrica podem durar de 20 a 30 anos.

O sensor é imune a condições de poeira em uma fábrica de cimento e continua a medir com precisão a densidade em um tubo vertical

Os instrumentos radiométricos são montados fora de um tubo ou tanque para que o sistema seja imune a acúmulo, choque térmico, surtos de pressão ou outras condições extremas de processo. E graças ao seu design robusto, esses dispositivos são capazes de resistir às vibrações do tubo ou do tanque em que estão instalados.

Esses sensores radiométricos são muito mais fáceis de instalar do que outras tecnologias. Aparelhos deste tipo podem ser instalados sem interromper um processo caro.Outras tecnologias exigem a remoção de trechos de tubulação ou outras alterações significativas no próprio processo.

O custo inicial dos isótopos radioativos é maior do que outras soluções de medição de densidade. No entanto, uma solução radiométrica pode durar 20 ou 30 anos com pouca ou nenhuma manutenção.

Ao contrário de outras soluções, os sensores de densidade radiométricos são um investimento de longo prazo em todo o processo, garantindo uma operação segura e eficiente nas próximas décadas. Um único sensor de densidade radiométrica oferece economia significativa nos custos operacionais ao longo da vida útil do instrumento.

A medição radiométrica do fluxo de massa fornece carregamento preciso em fábricas de cal. Numerosas correias transportadoras, variando em comprimento de alguns metros a um quilômetro, garantem que a rocha sob uma ampla variedade de condições de processamento seja transportada para o local certo para processamento posterior.

Junto com os dispositivos, cuja precisão é determinada pela precisão da medição da intensidade do fluxo de radiação, existem dispositivos importantes nos quais a tarefa de medir com precisão a intensidade do fluxo de radiação não é definida. São sistemas que operam no modo relé, nos quais apenas o fato da presença ou ausência de fluxo de radiação é importante, bem como sistemas que operam de acordo com o princípio de fase ou frequência.

Nesses casos, não se registra nem a presença de radiação nem sua intensidade, por exemplo, a frequência ou fase de alternância de estados, que se caracterizam por diferentes intensidades do fluxo de radiação ou diferentes graus de interação desse fluxo com um ambiente controlado. . Uma das aplicações mais difundidas dos sistemas de relé é o controle de nível de posição.

manômetro radioativo

Os sistemas de relé também são usados ​​para contar produtos em um transportador, para monitorar a posição de objetos em movimento, medição sem contato da velocidade de rotação e em muitos outros casos.

Métodos de ionização

Se uma fonte de radiação alfa ou beta for colocada na câmara de ionização, a corrente da câmara dependerá da pressão do gás em composição constante ou da composição em pressão constante. Este fenômeno é usado no projeto de manômetros de radioisótopos e analisadores de gás para misturas binárias.

Usando fluxos de nêutrons

Ao passar por uma substância controlada, interagindo com seus núcleos, os nêutrons perdem parte de sua energia e desaceleram. Em virtude da lei da conservação do momento, os nêutrons se transferem para o núcleo quanto mais energia quanto mais próxima a massa do núcleo estiver da massa do nêutron. Portanto, nêutrons rápidos experimentam a moderação mais forte quando colidem com núcleos de hidrogênio. Isso é usado, por exemplo, para controlar a umidade de vários meios ou o nível de meios contendo hidrogênio.

O sistema de medição de umidade LB 350 usa tecnologia de medição de nêutrons. A medição é feita do lado de fora, através das paredes do silo, ou através de um forte tubo de imersão que é instalado dentro do silo. Desta forma, o próprio dispositivo de medição não está sujeito a desgaste.

A medição da extensão da absorção de nêutrons por várias substâncias é usada para determinar o conteúdo de elementos com uma grande seção transversal de absorção de nêutrons. Um método também é usado para controlar a composição de substâncias por análise espectral de radiação gama resultante da captura de nêutrons por substâncias. Essa técnica é utilizada, por exemplo, para revestimento de poços de petróleo.

Algumas indústrias que usam tecnologia de medição de processos radiométricos também usam inspeção não destrutiva por raios X ou inspeção radiográfica para verificar a integridade de soldas e vasos. Esses dispositivos também irradiam energia gama da fonte de maneira semelhante aos medidores radiométricos.

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