РАДИАЦИОННЫЙ СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
RADIATION METHOD OF CONTACTLESS CONTROL OVER PROCESS PARAMETRES

Изобретение относится к области радиационной техники, а именно к способам бесконтактного контроля технологических параметров различных производственных процессов, например измерения уровня или плотности веществ в различных емкостях, основанным на определении изменения интенсивности потока ионизирующего излучения после его взаимодействия с контролируемым веществом.
Известны радиационные способы бесконтактного контроля технологических параметров, в которых с помощью детектора измеряют интенсивность создаваемого рабочим источником потока гамма-излучения после взаимодействия этого излучения с контролируемым веществом и по изменению измеренной интенсивности определяют значение технологического параметра [1].
Недостатком такого способа является необходимость использования для его реализации достаточно мощного рабочего источника гамма-излучения, что не только усложняет эксплуатацию из-за необходимости проведения целого ряда специальных мероприятий по защите от излучения, но и может заметно ухудшить экологическую обстановку. При существенном же снижении активности рабочего источника, например, до безопасной, менее минимально значимой активности (МЗА) [2], значительно возрастает влияние этого естественного гамма-фона на результат контроля. Это обусловлено тем, что измеренная в этом случае с помощью детектора интенсивность создаваемого рабочим источником потока гамма-излучения после взаимодействия этого излучения с контролируемым веществом может быть сопоставима или даже меньше, чем одновременно измеренная тем же детектором интенсивность естественного гамма-фона. В то же время известно, что интенсивность естественного гамма-фона не остается постоянной и может значительно изменяться в зависимости от погодных факторов, например при дожде, при граде и т.п. [3]. В частности, проведенные авторами заявляемого изобретения исследования, показали, что при сильном дожде интенсивность естественного гамма-фона может возрастать почти вдвое, что заметно увеличивает погрешность, а в ряде случаев делает совершенно невозможным контроль технологических параметров в этот период времени.
Указанный недостаток может быть устранен в способе, наиболее близком к заявленному и реализованному в радиоизотопных компенсационных приборах с модуляцией интенсивности излучения рабочего источника [4]. В таких приборах раздельно во времени измеряют и запоминают значения интенсивности естественного гамма-фона при закрытом рабочем источнике и суммарной интенсивности создаваемого рабочим источником потока гамма-излучения после взаимодействия этого излучения с контролируемым веществом и естественного гамма-фона при открытом рабочем источнике. Затем вычитают первое полученное значение из второго и по полученному результату судят о контролируемом технологическом параметре. Таким образом практически полностью устраняется влияние изменяющегося естественного гамма-фона на результат контроля.
Однако такой способ имеет существенные недостатки, главным из которых является сложность и низкая надежность реализующей способ конструкции из-за обязательного наличия подвижных механических узлов, обеспечивающих открытие и закрытие рабочего источника излучения. Кроме этого, снижается производительность контроля, так как часть времени затрачивается на периодическое измерение интенсивности естественного гамма-фона при закрытом рабочем источнике.
Заявляемое техническое решение позволяет упростить и повысить надежность реализующего способ устройства, а также повысить производительность контроля.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в радиационном способе бесконтактного контроля технологических параметров, в котором с помощью детектора измеряют значение как суммарной интенсивности фонового гамма-излучения окружающей среды и излучения от рабочего источника после взаимодействия этого излучения с контролируемым веществом, так и после прекращения воздействия рабочего источника на детектор, значение интенсивности фонового гамма-излучения окружающей среды, затем корректируют первое измеренное значение на величину, зависящую от второго измеренного значения, и по полученному результату судят о значении контролируемого технологического параметра, дополнительно перед началом работы однократно прекращают воздействие рабочего источника на детектор и определяют интенсивности фонового излучения раздельно в диапазоне энергий рабочего источника и в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника, затем, после возобновления воздействия рабочего источника на детектор, определяют изменение интенсивности фонового излучения в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника и при увеличении или уменьшении интенсивности фонового излучения в этой области спектра соответственно уменьшают или увеличивают измеренную детектором интенсивность на величину, пропорциональную предварительно измеренной интенсивности фонового излучения в диапазоне рабочих энергий.
Функционирование заявляемого способа основано на том, что, как показали исследования авторов заявляемого изобретения, имеет место однозначная зависимость между изменениями от погодных факторов интенсивности фонового излучения в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника и в диапазоне энергий рабочего источника, причем для многих практических применений, например при использовании в качестве рабочего источника изотопа Na22 с максимальной энергией испускаемых гамма-квантов 1,27 МэВ и выборе границы разделения спектра около 1.5 МэВ, эту зависимость можно считать пропорциональной. Все это дает возможность после предварительной калибровки непрерывно и не зависимо от воздействия рабочего источника контролировать интенсивность фонового излучения в диапазоне рабочих энергий и корректировать при необходимости измеренное детектором значение для исключения влияния изменения интенсивности естественного гамма-фона на результат.
Реализующее заявляемый способ бесконтактного контроля технологических параметров устройство изображено на чертеже и состоит из размещенных вблизи объекта контроля 1 рабочего источника гамма-излучения 2 и детектора 3, а также электронного блока 4 обработки поступающей от детектора информации. Детектор 3 вырабатывает и передает на электронный блок 4 два сигнала, один из которых (А1) пропорционален интенсивности гамма-излучения в диапазоне энергий рабочего источника, а другой (А2) пропорционален интенсивности гамма-излучения в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника. Вся необходимая обработка поступающих от детектора сигналов и выдача результата контроля осуществляется электронным блоком обработки информации 4.
Реализация предлагаемого способа с использованием вышеописанного устройства может быть осуществлена, например, следующим образом. Перед началом работы проводят калибровку. Для этого прекращают воздействие рабочего источника 2 на детектор 3. Это может быть достигнуто удалением рабочего источника 2 на большое расстояние или практически полной его экранировкой. Затем с помощью детектора 3 и электронного блока 4 обработки информации одновременно, в течение времени, достаточного для получения требуемой статистической погрешности, измеряют и запоминают калибровочные значения сигналов А1к и А2к, которые соответственно пропорциональны интенсивности гамма-излучения в диапазоне энергий рабочего источника и в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника в процессе калибровки.
После завершения калибровки переходят в рабочий режим. Для этого возобновляют воздействие рабочего источника 2 на детектор 3 и начинают постоянно измерять текущее значение сигналов A1p и А2р, которые соответственно пропорциональны интенсивности гамма-излучения в диапазоне энергий рабочего источника и в области энергетического спектра выше максимальной энергии излучения рабочего источника в процессе работы. Полученное значение А2р сравнивают с ранее измеренным и запомненным значением А2к. Причем выходной сигнал формируют следующим образом: при возрастании А2р по сравнению с А2к уменьшают измеренное значение A1p, а при убывании А2р по сравнению с А2к измеренное значение A1p увеличивают. Степень изменения величины A1p в зависимости от изменения А2р задается заранее и, как указывалось выше, для многих практических применений она может выражаться пропорциональной зависимостью. В этом случае на выходе будет иметь место сигнал:
Легко видеть, что при этом исключается зависимость выходного сигнала от изменения интенсивности фонового излучения в рабочем режиме.
Таким образом, использование заявляемого способа позволяет упростить и повысить надежность реализующего способ устройства за счет исключения подвижных механических узлов, обеспечивающих периодическое открытие и закрытие рабочего источника излучения, а также повысить производительность работы за счет обеспечения возможности непрерывного контроля.
В «НТЦ Экофизприбор» было разработано и изготовлено устройство БД-6-1М, реализующее заявляемый способ бесконтактного контроля технологических параметров. Были проведены испытания этого устройства для измерения плотности веществ в трубопроводах и уровня вещества в емкостях. Результаты испытаний показали возможность его успешной работы, в частности, при использовании в качестве рабочего источника гамма-излучения изотопа Na22 с активностью менее МЗМ (200-8-КБк) в условиях существенно изменяющейся в зависимости от погодных факторов интенсивности естественного гамма-фона
Таким образом, из вышеизложенного следует, что указанная совокупность существенных признаков необходима и достаточна для достижения указанного технического результата.
Анализ патентной и научно-технической литературы, содержащей описания аналогичных технических решений в рассматриваемой и смежных областях техники, позволяет сделать вывод, что предложенное техническое решение является новым и для специалистов явным образом не следует из уровня техники, имеет изобретательский уровень, промышленно осуществимо и применимо в указанной области, то есть соответствует критериям изобретения.
Литература
1. Л.К.Таточенко. Радиоактивные изотопы в приборостроении. М.: Атомиздат, 1960 г., стр.221.
2. Государственные санитарные правила. Нормы радиационной безопасности НРБ-99. Изд. Минздрав, 1999 г.
3. С.Г.Малахов. Радиоактивность осадков, БСЭ, т.21, стр.346, М.: «Советская энциклопедия», 1975 г.
4. Л.К.Таточенко. Радиоактивные изотопы в приборостроении. М.: Атомиздат, 1960 г., стр.313 (прототип).