Penggunaan isotop radioaktif dalam perangkat kontrol otomatis, alat pengukur radiometrik
Isotop radioaktif digunakan dalam berbagai perangkat kontrol otomatis (alat pengukur radiometrik). Dalam proses industri, teknologi radiometrik telah digunakan untuk pengukuran kompleks sejak tahun 1950-an.
Keuntungan utama perangkat radioisotop:
- pengukuran non-kontak (tanpa kontak langsung antara elemen pengukur dengan lingkungan terkendali);
- kualitas metrologi tinggi yang diberikan oleh stabilitas sumber radiasi;
- kemudahan penggunaan dalam skema otomasi tipikal (output listrik, blok terpadu).
Prinsip pengoperasian perangkat radioisotop didasarkan pada fenomena interaksi radiasi nuklir dengan lingkungan yang terkendali. Skema perangkat, sebagai aturan, berisi sumber radiasi, penerima radiasi (detektor), konverter perantara dari sinyal yang diterima, dan perangkat keluaran.
Sistem radiometrik terdiri dari dua bagian: isotop radioaktif tingkat rendah di sumber memancarkan energi radioaktif melalui peralatan teknologi, misalnya bejana, dan detektor yang dipasang di sisi lain mengukur radiasi yang datang ke sana. Saat massa antara sumber dan detektor berubah (ketinggian level, kepadatan bubur, atau berat partikel padat pada konveyor), kekuatan medan radiasi detektor berubah.
Sifat utama dan area penerapan beberapa jenis radiasi:
1) radiasi alfa - aliran inti helium. Ini sangat diserap dari lingkungan. Kisaran partikel alfa di udara adalah beberapa sentimeter, dan dalam cairan - beberapa puluh mikron. Ini digunakan untuk pengukuran tekanan gas dan analisis gas. Metode pengukuran didasarkan pada ionisasi media gas;
2) radiasi beta - aliran elektron atau positron. Kisaran partikel beta di udara mencapai beberapa meter, dalam padatan - beberapa mm. Penyerapan partikel beta oleh medium digunakan untuk mengukur ketebalan, kerapatan, dan berat bahan (kain, kertas, pulp tembakau, foil, dll.) Dan untuk mengontrol komposisi cairan. Refleksi (hamburan balik) radiasi beta dari lingkungan memungkinkan Anda mengukur ketebalan lapisan dan konsentrasi masing-masing komponen dalam zat tertentu, radiasi beta juga digunakan dalam analisis gas pengion dan untuk ionisasi untuk menghilangkan muatan dari listrik statis ;
3) radiasi gama — aliran kuanta energi elektromagnetik yang menyertai transformasi nuklir. Bekerja dalam benda padat - hingga puluhan cm.Radiasi gamma digunakan dalam kasus di mana daya tembus tinggi diperlukan (deteksi cacat, kontrol kepadatan, kontrol level) atau fitur interaksi radiasi gamma dengan media cair dan padat (kontrol komposisi) digunakan;
4) radiasi n-neutron Ini adalah aliran partikel yang tidak bermuatan. Sumber Po - Be (di mana partikel alfa Po membombardir Be, memancarkan neutron sering digunakan). Ini digunakan untuk mengukur kelembaban dan komposisi lingkungan.
Pengukuran kepadatan radiometrik. Untuk proses penginderaan pipa dan kapal, pengetahuan kepadatan membantu operator membuat keputusan yang tepat.
Penerima radiasi yang paling umum dalam perangkat kontrol otomatis adalah ruang ionisasi, pelepasan gas, dan penghitung sintilasi.
Konverter perantara dari sinyal radiasi yang diterima dapat berisi sirkuit penguat (pembentuk) dan pengukur laju penghitungan pulsa (integrator). Selain itu, skema spektrometri khusus digunakan dalam beberapa kasus. Terkadang perangkat kontrol otomatis digabungkan langsung ke dalam sistem kontrol.
Ciri khas perangkat radioisotop adalah adanya, selain kesalahan instrumental biasa, kesalahan probabilistik tambahan. Mereka disebabkan oleh sifat statistik peluruhan radioaktif, dan oleh karena itu, dengan nilai rata-rata fluks radiasi yang konstan pada waktu tertentu, nilai yang berbeda dari fluks ini dapat direkam.
Pengurangan kesalahan pengukuran dapat dicapai dengan meningkatkan intensitas fluks radiasi atau waktu pengukuran.Namun, yang pertama dibatasi oleh persyaratan keselamatan, dan yang terakhir menurunkan kinerja perangkat. Oleh karena itu, disarankan dalam semua kasus untuk menggunakan detektor radiasi dengan efisiensi pendeteksian tertinggi.
Meskipun pengukuran intensitas fluks radiasi yang akurat adalah wajib untuk sebagian besar perangkat dari jenis yang dipertimbangkan, ini bukanlah tujuan akhir, karena pada kenyataannya penting untuk mengontrol secara tepat bukan intensitasnya, tetapi parameter teknologinya.
Pengukur ketebalan dan kerapatan radioisotop
Perangkat yang paling banyak digunakan untuk mengukur ketebalan atau kerapatan dengan penyerapan radiasi. Skema paling sederhana untuk mengukur ketebalan atau kerapatan suatu bahan dengan menyerap radiasi berisi sumber radiasi, bahan uji, penerima radiasi, transduser perantara, dan perangkat keluaran.
Berbagai industri menggunakan teknologi radiometrik untuk mengukur massa jenis. Tambang, pabrik kertas, pembangkit listrik tenaga batu bara, produsen bahan konstruksi, dan utilitas minyak dan gas semuanya menggunakan teknologi pengukuran kerapatan ini di suatu tempat dalam prosesnya.
Pengukuran kepadatan memungkinkan operator untuk lebih memahami proses mereka, membantu mereka mengoptimalkan kinerja bubur, mengidentifikasi penyumbatan, dan bahkan meningkatkan kontrol dalam aplikasi yang kompleks.
Sensor kepadatan radiometrik bersifat non-kontak, yang berarti tidak mengganggu proses, tidak aus, dan tidak memerlukan perawatan, memungkinkannya bertahan lebih lama. Pemasangan eksternal menyederhanakan pemasangan sensor.
Teknologi radiometrik digunakan untuk mengukur densitas karena sensor ini melakukan pengukuran tanpa bersentuhan dengan material yang sedang diproses. Pengukuran non-kontak memastikan operasi bebas aus dan bebas perawatan. Produk abrasif, korosif, atau korosif sering mengakibatkan perawatan atau penggantian sensor lain yang sering dan mahal, tetapi detektor kepadatan radiometrik dapat bertahan 20 hingga 30 tahun.
Sensor ini kebal terhadap kondisi berdebu di pabrik semen dan terus mengukur massa jenis secara akurat di pipa vertikal
Instrumen radiometrik dipasang di luar pipa atau tangki sehingga sistem kebal terhadap penumpukan, kejutan termal, lonjakan tekanan, atau kondisi proses ekstrem lainnya. Dan berkat desainnya yang kokoh, perangkat ini mampu menahan getaran dari pipa atau tangki tempatnya dipasang.
Sensor radiometrik ini jauh lebih mudah dipasang daripada teknologi lainnya. Peranti jenis ini dapat dipasang tanpa mengganggu proses yang mahal Teknologi lain memerlukan penghapusan bagian pipa atau perubahan signifikan lainnya pada proses itu sendiri.
Biaya awal isotop radioaktif lebih tinggi daripada solusi pengukuran densitas lainnya. Namun, solusi radiometrik dapat bertahan 20 atau 30 tahun dengan sedikit atau tanpa pemeliharaan.
Tidak seperti solusi lain, sensor kepadatan radiometrik merupakan investasi jangka panjang dalam keseluruhan proses, memastikan pengoperasian yang aman dan efisien selama beberapa dekade mendatang. Sensor kepadatan radiometrik tunggal memberikan penghematan yang signifikan dalam biaya pengoperasian selama masa pakai instrumen.
Pengukuran aliran massa radiometrik memberikan pengisian daya yang akurat di pabrik kapur. Banyak sabuk konveyor yang panjangnya bervariasi dari beberapa meter hingga satu kilometer memastikan bahwa batuan di bawah berbagai kondisi pemrosesan diangkut ke tempat yang tepat untuk diproses lebih lanjut.
Bersamaan dengan perangkat, yang keakuratannya ditentukan oleh keakuratan pengukuran intensitas fluks radiasi, perangkat penting di mana tugas mengukur intensitas fluks radiasi secara akurat tidak diatur sama sekali. Ini adalah sistem yang beroperasi dalam mode relai, di mana hanya fakta ada atau tidak adanya aliran radiasi yang penting, serta sistem yang beroperasi sesuai dengan prinsip fase atau frekuensi.
Dalam kasus ini, baik keberadaan radiasi maupun intensitasnya, misalnya, frekuensi atau fase pergantian keadaan, yang dicirikan oleh intensitas fluks radiasi yang berbeda atau tingkat interaksi yang berbeda dari fluks ini dengan lingkungan yang terkendali, tidak dicatat. . Salah satu aplikasi sistem relai yang paling luas adalah kontrol level posisi.
manometer radioaktif
Sistem relai juga digunakan untuk menghitung produk pada konveyor, untuk memantau posisi benda bergerak, pengukuran kecepatan rotasi non-kontak, dan dalam banyak kasus lainnya.
metode ionisasi
Jika sumber radiasi alfa atau beta ditempatkan dalam ruang ionisasi, arus ruang akan bergantung pada tekanan gas pada komposisi konstan atau pada komposisi pada tekanan konstan. Fenomena ini digunakan dalam desain manometer radioisotop dan penganalisa gas untuk campuran biner.
Menggunakan fluks neutron
Saat melewati zat yang dikendalikan, berinteraksi dengan nukleusnya, neutron kehilangan sebagian energinya dan melambat. Berdasarkan hukum kekekalan momentum, transfer neutron ke inti semakin banyak energi semakin dekat massa inti dengan massa neutron. Oleh karena itu, neutron cepat mengalami moderasi terkuat saat bertabrakan dengan inti hidrogen. Ini digunakan, misalnya, untuk mengontrol kelembapan berbagai media atau tingkat media yang mengandung hidrogen.
Sistem pengukuran kelembaban LB 350 menggunakan teknologi pengukuran neutron. Pengukuran dilakukan baik dari luar, melalui dinding silo, atau melalui tabung perendaman kuat yang dipasang di dalam silo. Dengan cara ini, alat pengukur itu sendiri tidak akan aus.
Pengukuran luas serapan neutron oleh berbagai zat digunakan untuk menentukan kandungan unsur dengan penampang lintang serapan neutron yang besar. Sebuah metode juga digunakan untuk mengontrol komposisi zat dengan analisis spektral radiasi gamma yang dihasilkan dari penangkapan neutron oleh zat. Teknik ini digunakan, misalnya untuk melapisi sumur minyak.
Beberapa industri yang menggunakan teknologi pengukuran proses radiometrik juga menggunakan pemeriksaan sinar-X non-destruktif atau pemeriksaan radiografi untuk memverifikasi integritas las dan bejana. Perangkat ini juga memancarkan energi gamma dari sumber dengan cara yang mirip dengan meter radiometrik.
Lihat juga:
Sensor dan alat pengukur untuk menentukan komposisi dan sifat zat