اندازهگیریهای رادیومتریک یا هستهای، روشهایی هستند که با استفاده از یک منبع رادیواکتیو و یک ردیاب انجام میشوند. سنسورهای رادیومتریک فاقد اجزای متحرک هستند و هر یک از اجزای تشکیلدهنده آن در خارج از مخزن نصب میشوند، بدون اینکه با ماده مورد نظر برای اندازهگیری در فرآیند، در تماس باشند و یا اینکه در معرض فشار یا دماهای مختلف قرار بگیرند.
این فناوری جدید و کاربردی، بهترین شیوه برای صنایع پالایشگاهی، کارخانههای پتروشیمی، معادن، کارخانههای تولید کاغذ و دیگر صنایع سنگین است، تا بتوانند امکان اندازهگیری سطح بحرانی، چگالی، وزن و جریان جرم را فراهم کنند.
سنسورهای رادیومتریک در مواردی که سنسورهای دیگر قادر به اندازهگیری و تشخیص نیستند و یا شرایط مخازن بنحوی است که سریعا معیوب میشوند، راه حلی قابل اعتماد حتی در طولانی مدت محسوب میشوند.
نحوه عملکرد روش رادیومتریک
سیستم های رادیومتریک از دو قسمت تشکیل شدهاند: یک ایزوتوپ رادیواکتیو با فعالیت کم در یک نگهدارنده منبع، از طریق یک مخزن انرژی گاما را ساطع کرده و یک آشکارساز نصب شده در طرف مقابل، تابش رسیده به آن را اندازهگیری میکند.
همان طور که جرم بین منبع و آشکارساز تغییر میکند – ارتفاع سطح، تراکم دوغاب، وزن جامدات روی نقاله – قدرت میدان تابش در آشکارساز و میزان شمارش ثبتشده برای آن نیز تغییر مییابد. سپس سیستم الکترونیکی سنسور میتواند با استفاده از تغییرات قابل پیشبینی و قابل تکرار در آشکارساز، شرایط فرایند درون مخزن را توجیه کند.
اشعه ایکس: زمانی که نرخ شمارش، غیرقابل پیش بینی میشود
برخی از صنایع، مشابه با استفاده از فناوری رادیومتریک برای اندازهگیری یک فرآیند، از آزمایش غیر مخرب اشعه ایکس یا NDT (nondestructive testing) برای بازرسی جوش و یکپارچگی مخزن استفاده میکنند. این دستگاهها انرژی گاما را از یک نگهدارنده منبع به روشی مشابه با فرآیند اندازهگیری رادیومتریک نشر میدهند.
هنگامی که پرتوهای گامای NDT به آشکارسازهای رادیومتریک میتابند، قدرت میدان تابش و میزان شمارش در آشکارساز افزایش پیدا میکند. این تداخل خارجی، بسته به قدرت اشعه X میتواند موجب خطای اندازهگیری یا آسیب دائمی به ردیاب شود. متأسفانه، هیچ دو اتفاق تداخل اشعه ایکس با همدیگر یکسان نیستند.
هر رخداد با استفاده از ایزوتوپهای مختلف، منابع فعال بزرگ و متنوع تولید میشود؛ اسکنها در فاصلههای مختلف، چندین فوت از ردیاب رادیومتریک تا صدها یارد دورتر، و یا حتی در تأسیساتی در همسایگی آن نشأت میگیرند. همه این متغیرها، از جمله دشواریهای ارائه یک راهکار مهندسی منحصر به فرد محسوب میشوند.
راه حل: یک رویکرد چندجانبه
کاربران باید هنگام مواجه شدن با مشکل تداخل اشعه X، سه هدف اصلی را در ذهن داشته باشند:
- زمان حضور پرتوهای ایکس را بشناسند
- از ردیاب محافظت کنند
- برای ادامه داشتن این فرآیند، اندازه گیریها را ادامه دهند.
آشکارسازی اشعه ایکس (X-ray detection)
در دنیای ایدهآل، ارتباطات درون سازمانی به راحتی جریان دارند، اطلاعات به اشتراک گذاشته میشوند، دادهها به خوبی شناخته میشوند و قابل درک هستند و باعث میشود که همه به خوبی از شرایط موجود آگاه شوند. با این حال، همیشه اوضاع به این صورت پیش نمیرود. اطلاعات ممکن است هرگز ارسال نشوند، گم شوند و یا حتی بعد از ارسال فراموش شوند.
همه اینها باعث میشود که تکنسین های I&E یا مهندسان فرآیند از رادیوگرافی NDT که در حال اتفاق افتادن است، بی اطلاع باشند! هشدار تداخل اشعه ایکس، لایه دیگری از امنیت را برای هشدار به اپراتورها – در صورت عدم وجود سایر اشکال ارتباطی – فراهم میکند.
هنگام تداخل اشعه X، نرخ شمارش ثبت شده توسط آشکارساز هم افزایش می یابد، زیرا تابش بیشتری به آشکارساز میرسد. با افزایش میزان شمارش، آشکارساز یک کاهش را در فرآیند گزارش میکند. این اتفاق میتواند نگرانیهای ناخواستهای را ایجاد کند؛ این، یک واکنش از پیش تعیینشده در اتاق کنترل است برای زمانی که پر کردن مخزن با افت روبرو میشود. هشدار اشعه ایکس میتواند از این اشتباه پرهزینه جلوگیری کند؛ این مشکل از دو طریق میتواند برطرف شود.
برخی از تولیدکنندگان تجهیزات ابزار دقیق مانند شرکت VEGA ، سیستم هشدار اشعه ایکس را در آشکارسازهای خود ارائه میدهند تا هشدار به موقع را به اپراتورها ارسال کنند. این هشدارها با تنظیم حداکثر میزان شمارش، نقطهای که شرایط فرآیند در کمترین حد خود است – یعنی سطح پایین یا تراکم – کار میکنند. نرخ شمارش میتواند در طول یک رویداد تداخل اشعه X بیشتر از مقدار حداکثر، افزایش یابد و بر اساس این میزان شمارش، برای دستگاههای الکترونیکی آشکارساز، امکان اعلام هشدار در اتاق کنترل وجود دارد. سپس اتاق کنترل میتواند به صورت دستی، سیستم را کنترل کند، یا حداقل، خروجی ردیاب را با احتیاط تفسیر کند.
وقتی اشعه ایکس باعث تداخل بیش از حد شود، اولین نوع سیستم هشدار به خوبی کار میکند، اما مواردی وجود دارد که تداخل به مقدار متوسط تغییر پیدا میکند؛ این در شرایطی است که نوع تداخل، کوچک تر است یا منابع آن متفاوت هستند و یا فاصله بیشتر از آشکارساز دارند.
هنگامی که فعالیت اشعه ایکس به اندازه کافی برای ایجاد تداخل جزئی وجود داشته باشد، راه حل دیگری لازم است؛ اما نباید سرعت شمارش را از حد معمول کالیبره، متوقف کنید. یک سوئیچ رادیومتریک برای اندازهگیری سطح به روش نقطهای، کم هزینه، در نزدیکی ردیاب اندازهگیری فرآیند نصب شده است؛ این خارج از منبع اندازهگیری پرتو انرژی گاما بوده اما یک راه حل برای این وضعیت است.
تنها هدف این آشکارساز اضافی این است که هوا را برای هرگونه افزایش قدرت میدان تابش، فراتر از زمینه عادی، ثبت کند (در اینجا منظور این است که هوا میتواند در نشر زمینه، یک تداخلکننده به حساب بیاید و در سیگنالها ثبت میشود.) اگر سطوح، بالاتر از نقطه تنظیمشده مشاهده شوند، اتاق کنترل از پدیده NDT اشعه ایکس مطلع میشود.
به این ترتیب، اتاق کنترل میتواند مجدداً اقدامات لازم را برای اصلاح تداخل انجام دهد.
محافظت در مقابل اشعه ایکس (X-ray protection)
محافظت از آشکارسازهای رادیومتریک در برابر آسیب دائمی برای سالم نگه داشتن آنها و افزایش طول عمر سیستم، ضروری است. اجزای داخل آشکارسازهای رادیومتریک میتوانند در اثر قرار گرفتن بیش از حد در معرض اشعه ایکس، برای مدت زمان طولانی، خیلی زودتر از موعد، فرسوده شوند و حتی آسیب ببینند.
منابع تست غیرمخرب، رادیوگرافی، به مراتب قوی تر از منابعی هستند که برای اندازهگیری فرآیند رادیومتریک استفاده میشوند؛ این منابع میتوانند آشکارسازهای رادیومتریک را در شرایطی بسیار قویتر- دهها یا حتی هزاران برابر قدرت میدانی که برای کار در آن طراحی شدهاند- قرار دهند.
در این موارد، آشکارسازها به طور موقت کور میشوند، مانند کسی که به صورت کاملاً تصادفی به خورشید نگاه کرده است یا مستقیماً به نورهای شدید خیره شده است. در شرایط شدیدتر، آشکارساز میتواند برای همیشه بسوزد. برای جلوگیری از هر یک از این اتفاقات یا هر چیز دیگری، بهتر است آشکارساز رادیومتریک را در حضور اشعه ایکس، روشن کنید.
برخی از تولیدکنندگان مانند شرکت VEGA یک مکانیزم محافظتی را برای حفاظت از محصولات خود در نظر میگیرند؛ این مکانیسم در صورت تشخیص اشعه ایکس با مقدار بیش از حد معمول، منبع برق لوله “فوتو مولتی پلایر” را به طور خودکار قطع میکند و پس از رفع مشکل، به عملکرد طبیعی خود باز میگردد. این ویژگی میتواند برای جلوگیری از آسیب دائمی به ابزارهای مهم، بسیار ارزشمند باشد.
امکان اندازهگیری حتی در حضور اشعه ایکس
علیرغم دشواریهایی که قبلاً برای اندازهگیری های رادیومتریک ذکر شد، ابزار دقیق رادیومتری از نظر تئوری هنوز هم میتواند در طول رخداد NDT – اشعه ایکس، اندازهگیری کند. این مفاهیم و راه حلها می توانند در بسیاری از کاربردها به خوبی عمل کنند. به دلیل برخی موارد استثنایی، کاربران باید از نحوه عملکرد این روشها و محدودیتهای آنها آگاهی داشته باشند. قبل از اینکه هر گونه تداخل بتواند از اندازهگیری حذف شود، ابتدا باید شناسایی گردد. با ابزارهای رادیومتریک، دو روش برای انجام این کار وجود دارد:
آشکارساز را میتوان برای شناسایی انرژی خاص پرتو گاما که از سیستم اندازهگیری در مقابل هر انرژی گاما از منابع دیگر منتشر میشود، طراحی کرد. متناوباً، یک شناساگر میتواند جزئی از انرژی گاما باشد که از منبع اندازهگیری ساطع میگردد. هر دو راه حل برای شناسایی ویژگیهای انرژی گاما ساطعشده، قابل اعتماد هستند. با استفاده از اولین روش ذکر شده، آشکارساز با سطح انرژی ایزوتوپ منبع اندازهگیری تنظیم میشود.
کبالت 60 ایزوتوپی است که معمولاً برای اندازهگیری رادیومتریک استفاده میشود. پس از برنامهریزی، آشکارساز فقط انرژی گامای حاصل از ایزوتوپ کبالت 60 را تشخیص میدهد و انرژی گامای دیگری را که میتواند اندازهگیری را مختل کند، نادیده میگیرد. با این حال، سیستمهای رادیوگرافی اشعه ایکس از انواع ایزوتوپ ها از جمله کبالت 60 استفاده میکنند و در این موارد، آشکارساز، راهی برای تمایز این دو ندارد. در این شرایط، اندازه گیریهای قابل اعتماد در هنگام بازرسی NDT امکانپذیر نیست.
گزینه بهتر دیگر شامل افزودن شناساگر فرکانس به منبع اندازهگیری است. این امر با قرار دادن یک مسدودکننده مکانیکی مستطیل شکل دوار، جلوی منبع حاصل میشود. چرخش مانع، فرکانس نشر اشعه گاما را تثبیت میکند و سپس میتوان آشکارساز را با این فرکانس برنامهریزی کرد. با جستجوی یک فرکانس خاص از میزان نشر اشعه گاما، آشکارساز میتواند خروجی اشعه گاما از منبع اندازهگیری را از هرگونه اشعه X تداخلکننده تمایز سازد. وقتی میدان قدرت تداخل اشعه X بسیار زیاد یا بسیار کم است، این راه حل به خوبی عمل نمیکند. به علاوه، دستگاه مجهز به موتور که به طور مداوم در حال چرخش است، به تعمیر و نگهداری منظم نیاز دارد. بدون آن، سیستم می تواند از کار بیفتد و کاربر بدون مشکل، کنترل سطح را به دست بگیرد.
نتیجهگیری
هنگام استفاده از ابزار دقیق رادیومتریک، ممکن است تداخل اشعه ایکس اتفاق بیفتد. یک راه حل معین و ثابت برای جلوگیری از تداخل یا خنثی کردن اثرات آن وجود ندارد. دانستن اینکه چگونه برای کنترل آن اقدام کنید، از ابزار دقیق محافظت کنید و در کنار آن کار کنید، به بهترین وجه میتواند اثرات آن را کاهش دهد. یک استراتژی ارتباطی بین سازمانی در هر بخش موثرترین راه آماده شدن در زمان وقوع تست NDT – اشعه ایکس یا رادیوگرافیهای دیگر است.
به جای اینکه به برقراری ارتباطات بی عیب و نقص اهمیت بدهید، راه حلهای تشخیص و شناسایی اشعه ایکس را که در دسترس هستند، باید دنبال کنید؛ این راهکارها میتوانند هر گونه تداخل را به صورت یک هشدار به اتاق کنترل ارسال کنند. در مورد تداخل قوی و بیش از حد پرتوی ایکس، برای جلوگیری از آسیبهای شدید به آشکارسازها می توان منبع را به صورت دستی خاموش کرد و یا با استفاده از آشکارسازهای محافظتشده، از این آسیبها جلوگیری نمود.
در پایان، گزینههای اندازهگیری را حین استفاده از اشعه ایکس بررسی کنید، اما از مشکلات این راه حل هم آگاه باشید. برای هر کاربرد، یک پاسخ یا راهکار واحد وجود ندارد. مهم این است که کارایی ابزار های اندازهگیری را بدانید. چنانچه در زمینه روش اندازهگیری رادیومتری سوالی داشتید میتوانید با شرکت آداک فرایند سپهر در ارتباط باشید.