Результат интеллектуальной деятельности: УРОВНЕМЕР ДЛЯ РАДИОАКТИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкости путем измерений гамма-излучения и может быть использовано для контроля уровня излучающих жидких сред в емкостях, в частности для контроля заполнения бидонов стеклоплавом на установке остекловывания отходов радиохимического производства.

Известны интенсиметрические уровнемеры, которые содержат источник излучения (ИИ), детектор излучения (ДИ) и регистрирующую аппаратуру (1).

Они имеют недостатки:

- необходимы мощные ИИ;

- большие погрешности при контроле уровня излучающих сред. В случаях, когда интенсивность излучения среды сравнима с интенсивностью излучения ИИ, они не обеспечивают контроль уровня.

Известен уровнемер для измерения уровня радиоактивных сред, основанный на использовании собственного гамма-излучения среды (2). Он содержит ДИ и регистрирующий блок (РБ). Уровень определяется путем регистрации потока излучения, зависящего от положения уровня радиоактивной среды.

Однако он имеет недостаток:

- большую погрешность при перемененной удельной гамма-активности контролируемой среды.

Прототипом заявленного устройств является уровнемер для измерения уровня радиоактивных сред, основанный на использовании собственного гамма-излучения контролируемой среды (3). Он содержит рабочий детектор излучения (РДИ), компенсационный детектор излучения (КДИ), расположенный ниже РДИ, блок деления (БД) сигналов РДИ и КДИ и регистрирующий блок (РБ).

Он имеет недостаток - не может быть отградуирован перед эксплуатацией.

Это объясняется тем, что для градуировки необходимо дистанционно управляемое мерное оборудование и приготовление радиоактивного раствора, что требует больших материальных и трудовых затрат.

Невозможен и способ градуировки путем моделирования заполнения емкости, когда раствор имитируют с помощью точечного источника, помещая его в разные точки объема с последующим интегрированием зарегистрированного излучения. Даже когда конструкция емкости позволяет производить необходимые манипуляции, для этой цели нужен гамма-источник настолько большой мощности, что проведение работы без радиационного воздействия на персонал невозможно.

Невозможность проведения градуировки снижает точность контроля уровня и ограничивает область использования уровнемера.

Технической задачей, на решений которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности уровнемера и расширение области его применения за счет обеспечения проведения радиационно-безопасной градуировки.

Поставленная задача решается с помощью заявляемого устройства. В уровнемер, содержащий рабочий и компенсационный детекторы излучения, блок деления их сигналов и регистрирующий блок, введены расположенный вне емкости корпус-коллиматор, маломощный источник гамма-излучения, механизм калиброванного перемещения этого источника и измеритель мощности экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения, причем в корпусе-коллиматоре при эксплуатации уровнемера устанавливаются рабочий и компенсационный детекторы излучения, а при градуировке устанавливается механизм калиброванного перемещения источника, МЭД излучения которого на боковой поверхности емкости контролируется измерителем МЭД.

Существенными отличиями технического решения являются наличие в уровнемере дополнительно расположенного вне контролируемой емкости корпуса-коллиматора, источника гамма-излучения, механизма его калиброванного перемещения и измерителя МЭД.

Уровнемер работает следующим образом (см.фиг.1).

Корпус-коллиматор (1) обеспечивает прохождение излучения к месту установки КДИ (2) только из сектора в нижней части емкости (3), который охватывает уровень заполнения емкости от нуля до H1, а к месту установки РДИ (4) - прохождение излучения из сектора, который охватывает уровень от H1 до полного заполнения емкости.

Уровнемер обеспечивает измерение уровня при превышении им значения H1.

При изменении уровня среды Н, поскольку РДИ перекрывает слой раствора, равный ΔН, сигнал от него составит N1=К1·Р·ΔН, где К1 - коэффициент пропорциональности, зависящий от чувствительности РДИ, Р - удельная интенсивность излучения раствора.

Сигнал от КДИ равен N2=К2·Р·Н1, где К2 - коэффициент пропорциональности, зависящий от чувствительности КДИ.

Сигналы от РДИ и КДИ поступают на БД (5), который формирует сигнал N3.

N3=N1/N2=(К1·Р·ΔН)/(К2·Р·Н1)=(К1·ΔН)/(К2·Н1)=К3·ΔН, (1)

где К3=К1/(К2·Н1) - коэффициент пропорциональности.

Таким образом, на выходе БД получает сигнал, пропорциональный изменению уровня и не зависящий от удельной интенсивности излучения раствора, который поступает на РБ (6). Это позволяет, отградуировав уровнемер, контролировать уровень при поступлении растворов с различными удельными интенсивностями излучения.

Градуировка уровнемера проводится во время, когда нет радиационного воздействия в месте расположения емкости, на которой он установлен (например, перед пуском в эксплуатацию технологического оборудования, после капитального ремонта, после технологических отмывок).

Градуировка проводится путем "обратного" моделирования. При этом в месте расположения детектора помещается маломощный точечный источник гамма-излучения, а боковая поверхность емкости со стороны корпуса-коллиматора разбивается на ячейки, в которых измеряется МЭД от воздействия этого источника. По принципу инвариантности "обратное" моделирование равнозначно "прямому", когда источник последовательно помещается в центры ячеек, а регистрирующая аппаратура располагается внутри корпуса-коллиматора. Но возможность "прямого" моделирования ограничена радиационным воздействием на персонал при перемещении источника по центрам ячеек (при "обратном" моделировании персонал защищен экраном-коллиматором уровнемера) и размещением чувствительного регистрирующего оборудования в корпусе-коллиматоре.

При градуировке в корпус-коллиматор уровнемера помещают механизм калиброванного перемещения источника. Механизм позволяет устанавливать источник в любой, точно определенной позиции.

В качестве источника может, например, использоваться выпускаемый промышленностью источник гамма-излучения Cs¹³⁷ активностью 3,0·10⁸ Бк.

Источник шагами перемещают по всей высоте и ширине окон в корпусе-коллиматоре для прохождения излучения к КДИ и РДИ. Шаг перемещения по высоте равен высоте источника, по ширине - ширине источника, чем охватывается вся площадь соответствующего окна. При каждой позиции источника в окне КДИ (далее по тексту - "для КДИ") измеряют МЭД во всех ячейках на поверхности емкости, лежащих ниже уровня H1, a при каждой позиции источника в окне РДИ (далее по тексту - "для РДИ") - в каждой позиции выше уровня H1.

Результатами измерений характеризуется прохождение излучения из емкости к той части детектора, где расположен источник. При обработке результатов измерений проводят суммирование значений МЭД по всем ячейкам, лежащим ниже уровня H1 при каждом положении источника для КДИ и по ячейкам, лежащим выше уровня H1 и ниже уровня, показание уровнемера при котором определяется, для РДИ.

Далее суммируются полученные значения при всех положениях источника отдельно для КДИ и для РДИ. Результатами этих расчетов характеризуется прохождение излучения из емкости к соответствующему детектору.

Для РДИ расчет проводится отдельно для каждого значения уровня в диапазоне от H1 до максимально возможного с шагом высоты ячейки.

Отношение для каждого значения уровня полученной суммы для РДИ к сумме, полученной для КДИ, является полным эквивалентом отношения N1/N2 в формуле 1 при условии, что РДИ и КДИ обладают одинаковой чувствительностью (если РДИ и КДИ обладают разной чувствительностью, то вводится поправочный коэффициент). Таким образом, получается градуировочная зависимость показаний уровнемера от значения уровня.

В качестве измерителя МЭД можно использовать серийно выпускаемые приборы, обладающие необходимой чувствительностью и точностью измерения (например, прибор сцинтилляционный геологоразведочный СПР-68-03 ЖШ0. 280.004 ТО, позволяющий измерять МЭД на уровне естественного фона).

На фиг.2 изображена емкость (3), боковая поверхность которой со стороны корпуса-коллиматора разбита на ячейки (с помощью краски или мела). Посредством измерителя МЭД (7) контролируется МЭД в конкретной ячейке.

На фиг.3 приведен пример механизма калиброванного перемещения источника. Механизм устанавливается сверху на корпусе-колллиматоре с помощью крепления (8), которое шагами может перемещаться в горизонтальной плоскости. С помощью скобы (9) на креплении установлена рулетка (10), на ленте (11) которой, отградуированной в миллиметрах, закреплен груз (12) с источником (13). Посредством рулетки задается вертикальное положение источника в корпусе-коллиматоре, а перемещением крепления - горизонтальное.

При эксплуатации уровнемера спектр регистрируемого гамма-излучения, геометрия измерения и другие факторы идентичны для обоих детекторов и поэтому их вклад в показания уровнемера компенсируется (при взятии отношения сигналов детекторов N2/N1, см. формулу 1), и они не вносят дополнительной погрешности в измерение уровня исходя из полученной при градуировке зависимости.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Рудановский А.А., Крез Д.П. Радиоизотопные методы контроля и измерения уровней, - М.: Атомиздат, 1967.

2. А.с. СССР №440926, МКИ G 01 F 23/28, G01 N 23/10.

3. SU 1804593 A3, кл. G 01 F 23/28, 1987 (прототип).