Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала и устройство для его реализации

Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала и устройство для его реализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники может быть использовано для определения степени засоренности трубопроводов.

Известен способ измерения толщины и плотности гололедных отложений [патент РФ №2542622, МПК G01B 17/02 (2006.01). Способ и устройство для измерения толщины и плотности гололедных отложений]. Способ основывается на возбуждении в конструкции волны звукового диапазона, ее регистрируют в точке измерения и проводят последующую обработку зарегистрированного сигнала. Волны звукового диапазона возбуждают дистанционно и через точные промежутки времени в одной точке конструкции генератором шума с пьезокерамическим вибратором, настроенным на среднюю резонансную частоту амплитудно-частотной характеристики конструкции. Регистрируют эту волну одновременно в нескольких точках конструкции, при этом массу слоя гололедных отложений определяют по смещению частот резонансных гармоник зарегистрированного сигнала. Толщину и плотность рассчитывают по массе и по величине снижения амплитуды спектральных максимумов, причем и толщину, и плотность определяют относительно состояния конструкции при отсутствии гололедных отложений.

Недостаткам данного способа является ограниченная применимость - только для определения отложений на внешней стороне конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ элементного анализа сред [патент РФ №2478934, МПК G01N 23/222 (2006.01). Способ элементного анализа сред и реализующее его устройство]. В известном способе облучают исследуемый образец нейтронами промежуточных энергий. Регистрируют мгновенные гамма-кванты от радиационного захвата нейтронов ядрами веществ образца. Используют калибровочные отклики отдельных элементов, определяют элементный состав веществ образца. Через весовые коэффициенты откликов элементов по аппаратурным спектрам гамма-квантов определяют концентрацию элементов в веществе. Если известен химический состав соединений образца и масса образца, то можно определить концентрацию каждого соединения в образце.

Недостатком известного технического решения является его ограниченность применения для определения массы силикатных отложений в емкостях и исследовании образцов относительно большой толщины из-за того, что облучение осуществляют нейтронами с относительной малой энергией, которые при взаимодействии со стенкой емкости или при прохождении ими относительно толстого слоя образца замедлятся, что приведет к искажению временного распределения нейтронов по энергии, лежащего в основе рассмотренного способа, и спектр мгновенных гамма-квантов станет неразличимым для анализа.

Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно в обеспечении возможности определения массы силикатных отложений в емкостях.

Для исключения указанных недостатков в способе определения массы силикатных отложений на единицу длины канала, включающем облучение силикатных отложений нейтронами и регистрацию гамма-квантов, предлагается:

- облучение проводить быстрыми нейтронами;

- регистрацию гамма-квантов проводить после облучения;

- анализировать спектр гамма-квантов на наличие энергетического пика 1,78±0,18 МэВ от кремния;

- определять массу силикатного отложения на единицу длины канала по количеству гамма-квантов указанной энергии в соответствии с градуировочной зависимостью.

Сущность способа определения массы силикатных отложений на единицу длины канала заключается в следующем.

Облучают область канала 5 с силикатными отложениями 7 потоком быстрых нейтронов с помощью источника быстрых нейтронов 3. После облучения регистрируют гамма-кванты с помощью блока детектирования гамма-квантов 1.

Известные решения, основанные на измерении мгновенных гамма-квантов радиационного захвата во время облучения, были отброшены из-за возникающего большого фона от гамма-квантов из конкурирующих реакций.

Под действием быстрых нейтронов происходит активация ядер кремния в силикатном отложении 7. Рассматривается активация основного изотопа кремния - ²⁸Si - 92,23% в природной смеси изотопов.

Эта реакция является пороговой - порог 3,86 МэВ, то есть энергия нейтронов должна быть больше этой величины, чтобы облучение быстрыми нейтронами приводило к активации кремния.

Образующиеся в результате активации ядра ²⁸Al имеют период полураспада 2,26 мин. Именно благодаря активации возможно проводить измерения после облучения, добиваясь тем самым малого фона, измерения следует проводить не позднее трех периодов полураспада ²⁸Al - 6,5 минут после окончания облучения.

Продукт распада ²⁸Al это ²⁸Si*, образующийся в возбужденном состоянии, которое с 100% вероятностью снимается гамма-квантами с энергией 1,78 МэВ.

Указанные гамма-кванты будут формировать в спектре пик с положением вершины 1,78±0,18 МэВ (при точности определения энергии гамма-квантов в 10%).

Используют комплекс анализа данных 6 для обнаружения в спектре гамма-квантов энергетического пика 1,78±0,18 МэВ от кремния. Определяют массу силикатного отложения на единицу длины канала 5 по количеству гамма-квантов указанной энергии в соответствии с градуировочной зависимостью.

Пример конкретного использования способа.

Длительность облучения составляла 1 минуту. Измерение спектра гамма-квантов проводилось в течение 2 минут после облучения. Таким образом, на одно измерение массы силикатного отложения (облучение + измерение) требуется 3 минуты. Облучение производилось быстрыми нейтронами с энергией 14 МэВ. Поток нейтронов составлял 10⁸ нейтрон·секунду^-1. При анализе в спектре был выделен пик с вершиной 1,79 МэВ. Определена площадь подпика - количество гамма-квантов этой энергии.

В роли участка канала 5 выступил заполненный водой участок трубы внутренним диаметром 165 мм, толщиной стенки 6 мм, с размещенным на дне отложением песка массой 100 г.

Масса отложения была определена с точностью 5%, что подтверждает применимость предложенного технического решения для определения массы силикатных отложений с на единицу длины канала в емкостях.

Один из вариантов исполнения устройства, на котором реализуется способ, представлен на фигуре, на которой приняты следующие позиционные обозначения: 1 - блок детектирования гамма-квантов, 2 - защита от нейтронов, 3 - источник быстрых нейтронов, 4 - источники электропитания, 5 - канал, 6 - комплекс анализа данных, 7 - отложения.

Технический результат - расширение области применения технического решения для определения массы силикатов за счет использования активации ядер кремния.

Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала, включающий облучение силикатных отложений нейтронами, регистрацию гамма-квантов, отличающийся тем, что облучение проводят быстрыми нейтронами, регистрацию гамма-квантов проводят после облучения, анализируют спектр гамма-квантов на наличие энергетического пика 1,78±0,18 МэВ от кремния, определяют массу силикатного отложения на единицу длины канала по количеству гамма-квантов указанной энергии в соответствии с градуировочной зависимостью.