СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАССЫ СИЛИКАТНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ЕДИНИЦУ ДЛИНЫ КАНАЛА Российский патент 2016 года по МПК G01N23/222 

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.

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения массы силикатных отложений на единицу длины канала включает в себя этапы, на которых осуществляют облучение силикатных отложений нейтронами, регистрацию гамма-квантов, при этом 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. Технический результат - расширение области применения технического решения для определения массы силикатов. 1 ил.

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.