МЕЧЕНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ РАБОТ Российский патент 2021 года по МПК E02F9/26 E02F9/28 G21H5/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к меченому элементу для землеройных работ, а более конкретно, но не исключительно, к меченой защитной накладке или зубу ковша экскаватора. Изобретение также относится к способу изготовления меченого элемента для землеройных работ, и к способу обнаружения меченого элемента для землеройных работ.

Уровень техники

В горнодобывающей и строительной промышленности известно множество видов землеройных устройств и машин, при этом в большинстве вариантов осуществления указанные машины содержат некую разновидность орудия для работы с землей, закрепленного на перемещаемом шасси или конструкции. Ковш или лопата экскаватора - это лишь один тип землеройного орудия, который часто можно встретить в промышленности, и который выполнен в виде частично закрытой емкости, у которой имеется открытая сторона, через которую может поступать и выходить подлежащая выемке среда. Открытая сторона обычно заканчивается режущей кромкой с рядом выступающих от режущей кромки и отстоящих друг от друга зубьев, пригодных для заглубления в твердый материал и его разрушения.

Открытые участки режущей кромки между зубьями закрыты защитными накладками, которые предотвращают износ и разрывы режущей кромки, и, следовательно, корпуса ковша. Поэтому зубья и накладки являются заменяемыми компонентами, которые защищают фактический корпус ковша или лопаты от износа и при этом увеличивают срок службы ковша или лопаты. Срок службы накладок и зубьев варьирует от случая к случаю в зависимости от вида работ, и его сравнительно типичная величина составляет 8-12 недель.

Проблема, с которой часто сталкиваются при разработке месторождений полезных ископаемых, и, в частности, при разработке открытым способом, заключается в том, что зубья и/или защитные накладки ковшей или лопат экскаваторов ломаются во время погрузки руды. Эти зубья и/или накладки могут в конце концов заблокировать или повредить последующее дробильное оборудование, что предполагает значительный объем работ по техническому обслуживанию, значительные затраты и существенный простой. Кроме того, удаление металлических накладок и зубьев, которые прилипают к дробилке, сопряжено со значительной опасностью, поскольку запасенная механическая энергия может высвобождать накладку, которая может вылетать и ударять в предметы или людей, оказавшихся на ее пути.

Проблема усугубляется тем фактом, что среда, в которой работают зубья и защитные накладки, характеризуется плохой видимостью из-за присутствия пыли и других визуальных препятствий. Кроме того, в силу природы своей работы, зубья и накладки продолжительное время покрыты рудой, что снижает эффективность визуального осмотра зубьев и накладок. Потерю накладки труднее заметить, поскольку накладки не выступают от режущей кромки ковша или лопаты экскаватора, поэтому повышение внимательности оператора и бдительности не является достаточным для решения данной проблемы.

Для обнаружения потери зубьев и накладок ковшей экскаваторов было предложено несколько способов, но существующие способы не могут решить данную проблему удовлетворительным образом. Хотя предложенные способы в деталях и различаются, но общий недостаток состоит в том, что они недостаточно надежны, чтобы противостоять тяжелым условиям перемещения породы, пока наконечники ковша или лопаты находятся в работе (типично 8-12 недель), или в том, что указанные способы недостаточно эффективны. Кроме того, аппаратура обнаружения (например, при радиочастотной идентификации, RFID) не может быть размещена в достаточной близости от накладок и зубьев, чтобы быть эффективной. Согласно некоторым техническим решениям при потере зуба или накладки вырабатывается визуальный или звуковой сигнал, но это не помогает находить потерянный зуб или накладку, поскольку сигнал лишь указывает на факт потери, но какая-либо метка на потерянный зуб или накладку фактически не наносится.

Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить меченый элемент для землеройных работ, который по меньшей мере частично устранит вышеуказанные недостатки.

Другой задачей настоящего изобретения является создание способа и системы для обнаружения меченного элемента для землеройных работ.

Задачей изобретения также является создание способа изготовления меченого элемента для землеройных работ.

Раскрытие изобретения

Согласно изобретению, предлагается меченый элемент для землеройных работ, содержащий:

корпус, и

метящий элемент, который может быть закреплен на корпусе элемента для землеройных работ,

отличающийся тем, что метящий элемент содержит радиоактивный источник.

Предусмотрено выполнение метящего элемента в форме герметизированного радиоактивного источника.

Более конкретно, герметизированный радиоактивный источник может содержать радиоактивный материал, инкапсулированный в герметичном металлическом корпусе.

Предпочтительно, чтобы метящий элемент, а более конкретно, герметичный металлический корпус мог быть расположен в отверстии, выполненном в элементе для землеройных работ.

Далее предусмотрено, чтобы период полураспада радиоактивного источника составлял менее 150 суток, предпочтительно менее 120 суток, а более предпочтительно - менее 90 суток.

Также предусмотрено, чтобы период полураспада радиоактивного источника составлял более 40 суток, предпочтительно более 60 суток, а более предпочтительно - более 80 суток.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения радиоактивным источником является радиоактивный металл.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии более 300 кэВ, предпочтительно более 600 кэВ, а более предпочтительно - более 850 кэВ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии менее 2000 кэВ, предпочтительно менее 1700 кэВ, а более предпочтительно - менее 1500 кэВ.

Радиоактивный источник может быть выбран из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Та), тербий (Тb) и сурьму (Sb).

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивный источник представляет собой радиоизотоп элемента скандия (Sc), а более конкретно изотоп скандий-46 (⁴⁶Sc).

Также предусмотрена возможность выбора радиоактивного источника из группы радиоизотопов, включающей тантал-182 (¹⁸²Та), тербий-160 (¹⁶⁰Тb) и сурьму-124 (¹²⁴Sb).

Предусмотрено, что элемент для землеройных работ представляет собой защитную накладку или зуб ковша экскаватора.

Согласно изобретению в другом его аспекте, предлагается способ изготовления меченого элемента для землеройных работ, содержащий этапы, на которых:

подготавливают элемент для землеройных работ,

подготавливают радиоактивный источник, и

прикрепляют радиоактивный источник к элементу для землеройных работ.

Предусматривают выполнение метящего элемента в форме герметизированного радиоактивного источника.

Более конкретно, герметизированный радиоактивный источник может содержать радиоактивный материал, инкапсулированный в герметичном металлическом корпусе.

Предпочтительно, чтобы метящий элемент мог быть расположен в отверстии, выполненном в элементе для землеройных работ.

Далее предусматривают, чтобы период полураспада радиоактивного источника составлял менее 150 суток, предпочтительно менее 120 суток, а более предпочтительно - менее 90 суток.

Также предусматривают, чтобы период полураспада радиоактивного источника составлял более 40 суток, предпочтительно более 60 суток, а более предпочтительно - более 80 суток.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения радиоактивным источником является радиоактивный металл.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивный источник должен обладать способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии более 300 кэВ, предпочтительно более 600 кэВ, а более предпочтительно - более 850 кэВ.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивный источник должен обладать способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии менее 2000 кэВ, предпочтительно менее 1700 кэВ, а более предпочтительно - менее 1500 кэВ.

Радиоактивный источник может быть выбран из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Та), тербий (Тb) и сурьму (Sb).

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, предусматривают, чтобы радиоактивный источник представлял собой радиоизотоп элемента скандия (Sc), а более конкретно изотоп скандий-46 (⁴⁶Sc).

Также предусматривают возможность выбора радиоактивного источника из группы радиоизотопов, включающей тантал-182 (¹⁸²Та), тербий-160 (¹⁶⁰Тb) и сурьму-124 (¹²⁴Sb).

Предусматривают, что элемент для землеройных работ представляет собой защитную накладку или зуб ковша экскаватора.

Согласно изобретению в еще одном его аспекте, предлагается способ обнаружения перемещения элемента для землеройных работ, содержащий этапы, на которых:

подготавливают элемент для землеройных работ, меченый посредством радиоактивного источника,

подготавливают детектор излучения, и

обнаруживают изменение уровня излучения, когда элемент для землеройных работ перемещается относительно детектора излучения.

Детектор излучения может быть установлен на части конструкции, к которой прикреплен элемент для землеройных работ, при этом детектор излучения регистрирует снижение радиоактивности, когда элемент для землеройных работ удаляется от указанной конструкции.

Указанной конструкцией может служить корпус землеройного устройства.

На землеройном устройстве может быть предусмотрен один или множество детекторов излучения.

Детектор излучения может быть установлен на конструкции в одном или более местах, примыкающих к маршруту, вдоль которого перемещают добытый материал, при это детектор излучения регистрирует увеличение радиоактивности, когда элемент для землеройных работ перемещается вместе с добытым материалом.

Указанная конструкция может представлять собой портал крана, мимо которого перемещают добытый материал.

Этап приготовления элемента для землеройных работ, меченого посредством радиоактивного источника, может включать в себя этап крепления герметизированного радиоактивного источника к элементу для землеройных работ.

Предусматривается, чтобы все элементы для землеройных работ, прикрепляемые к ковшу экскаватора, были помечены посредством радиоактивных источников.

Согласно изобретению в еще одном его аспекте, предлагается применение радиоактивного источника при обнаружении перемещения элементов для землеройных работ.

Радиоактивный источник может быть выбран из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Та), тербий (Тb) и сурьму (Sb).

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, радиоактивным источником должен служить радиоизотоп элемента скандия (Sc), а более конкретно изотоп скандий-46 (⁴⁶Sc).

Также предусматривается возможность выбора радиоактивного источника из группы радиоизотопов, включающей тантал-182 (¹⁸²Та), тербий-160 (¹⁶⁰Тb) и сурьму-124 (¹²⁴Sb).

Предусматривается, что элементом для землеройных работ может быть защитная накладка или зуб ковша экскаватора.

Согласно еще одному аспекту изобретения, для использования в меченом элементе для землеройных работ предусматривается герметизированный радиоактивный источник.

Краткое описание чертежей

Ниже, на примере, который не носит ограничительного характера, будет рассмотрен предпочтительный вариант осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, среди которых:

фиг. 1 в аксонометрии изображает ковш землеройного устройства для выемки грунта со съемными элементами для землеройных работ, прикрепленными к ковшу,

фиг. 2 схематически изображает элемент для землеройных работ, соответствующий одному варианту осуществления настоящего изобретения, и

фиг. 3 представляет блок-схему, изображающую точки контроля при операциях разработки месторождения полезных ископаемых.

Осуществление изобретения

Прежде чем будут подробно рассмотрены варианты осуществления настоящего изобретения, следует подчеркнуть, что при своем применении изобретение не ограничено теми деталями конструкции и устройства компонентов, которые будут сформулированы в последующем описании и показаны в прилагаемых чертежах. Изобретение может быть осуществлено в других вариантах, реализовано на практике и выполнено различными способами. Также следует понимать, что используемая фразеология и терминология служит целям описания, и ее не следует воспринимать, как ограничивающую. При использовании терминов «включать в себя», «содержать» или «иметь» подразумевается, что они охватывают элементы, которые перечисляются вслед за ними, или их эквиваленты, а также дополнительные элементы.

Для целей данного описания и прилагаемой формулы изобретения, если не оговорено иное, то все числа, выражающие количества, проценты или пропорции, и другие численные величины, используемые в описании и формуле изобретения, следует понимать, как приблизительные величины, если они уже не сопровождаются словами «около» или «приблизительно». Соответственно, если не оговорено обратное, то численные параметры, приведенные в последующем описании и прилагаемой формуле изобретения, являются приближенными значениями, и могут варьировать в зависимости от требуемых свойств, которые предполагается получить за счет настоящего изобретения.

Следует отметить, что в данном описании и прилагаемой формуле изобретения любые существительные, обозначающие предметы и использованные в форме единственного числа, относятся и ко множеству таких предметов, кроме случаев, когда явным образом и однозначно не оговаривается, что речь идет об одном предмете. Предполагается, что термин «включать в себя» и его грамматические варианты в том виде, в каком они используются в данном описании, не является ограничивающим, так что перечисление элементов в списке не исключает возможность добавления в список других подобных элементов или замены элементов списка на подобные.

Пример органа для землеройных работ, не носящий ограничительного характера, и соответствующий варианту осуществления настоящего изобретения, будет рассмотрен согласно фиг.1 и 2. С самого начала следует отметить, что орган 10 для землеройных работ может образовывать часть многих различных машин и/или устройств для выемки или перемещения грунта. Важным аспектом является то, что данный орган для землеройных работ обычно представляет собой объект, который при работе будет заглубляться в среду, подлежащую выемке и/или перемещению, и который, следовательно, будет подвержен значительному механическому износу. В данном примере элемент для землеройных работ представляет собой защитную накладку ковша или лопаты, при этом ковш или лопата в свою очередь являются компонентами экскаватора или механической лопаты. Аналогичный конструктивный подход и методология могли бы быть равным образом применены к зубьям ковша или лопаты для землеройных работ.

Ковш 10 экскаватора содержит основание 14, две противоположные боковые стенки, которые проходят поперечно от противоположных краев основания 14, и заднюю стенку 13, которая проходит в поперечном направлении от заднего края основания 14. Задняя стенка 13 проходит между краями двух боковых стенок 12, так что образуется емкость 11, пригодная для размещения материала, который подлежит перемещению. Функционально, передний край ковша 10 экскаватора заканчивается режущей кромкой 16, которая также определяет открытую сторону емкости 11, через которую материал, подлежащий перемещению, может поступать в емкость 11 и выходить из нее.

От режущей кромки 16 выступает ряд съемных зубьев 20, которые прикреплены к режущей кромке 16 и предназначены для вступления в контакт с грунтом. Зубья 20 отстоят друг от друга на равные интервалы, при этом между зубьями 20 на режущей кромке 16 предусмотрены защитные накладки 30. Поэтому край плиты основания 14, который образует режущую кромку 16, непосредственно не подвержен воздействию материала, подлежащего перемещению, и прикрыт зубьями 20 и накладками 30. Зубья 20 и накладки 30 будут со временем изнашиваться, но тогда их можно легко заменять. Заменять или ремонтировать фактический корпус ковша экскаватора было бы гораздо труднее, поэтому зубья 20 и накладки 30 являются важными элементами ковша 10.

Согласно одному варианту осуществления изобретения, метящий элемент в форме герметизированного источника 50 прикреплен к накладке 30, так чтобы накладку можно было обнаруживать детектором излучения (не показан). Следует заметить, что метящие элементы могут также быть прикреплены к зубьям 20 ковша 10 экскаватора, но это не столь важно, поскольку зубья 20 лучше видны благодаря тому, что они выступают от режущей кромки 16. Поэтому, вероятность того, что оператор заметит отсутствие зуба гораздо выше, чем вероятность визуального обнаружения отсутствия накладки.

Радиоактивный источник должен быть помещен в герметичный контейнер 50, и может быть прикреплен к накладке 30 (или другому элементу для землеройных работ) различными конструктивными способами. К примеру, в нижней лапе 32 накладки 30 может быть выполнено отверстие 40, а источник 50 может быть посажен внутрь указанного отверстия. Более конкретно, указанное отверстие может быть выполнено (например, высверлено или получено во время литья или штамповки) на верхней поверхности нижней лапы 32 накладки 30 приблизительно в 30 мм от заднего края на глубину приблизительно 20 мм. Внутри отверстия будет закреплена гильза/патрон 41 с внутренней резьбой 41.1, а затем в гильзу будет по резьбе завернут герметизированный источник (корпус с ответной резьбой 51). Это позволит легко устанавливать и снимать герметизированный источник. Хотя предусмотрено, что герметизированный источник будет установлен в нижнюю лапу 32, также возможно, чтобы герметизированный источник располагался в носовой части 33 или на верхней лапе 31 накладки 30.

Как показано на фиг. 3, предусмотрено, что в одном конкретном варианте осуществления изобретения обнаружение радиоактивного источника должно происходить по меньшей мере в трех местах и на трех этапах 110, 111 и 112 процесса 100 добычи полезных ископаемых. Основная цель - контроль потери элементов для землеройных работ (например, зубьев и защитных накладок) в полевых условиях на землеройном устройстве, чтобы извещать оператора о потере элемента для землеройных работ до его передачи далее по процессу в дробильную установку 104. Поэтому первая точка 110 обнаружения должна быть на землеройном устройстве, а точнее, на ковше 10, который используется для погрузки 102 руды, которая взята с площадки бурения / места 101 взрывных работ, на грузовой автомобиль 103. Поэтому, первая точка обнаружения должна включать в себя детектор излучения, который постоянно ведет обнаружение излучения, испускаемого источником, при этом скачкообразное уменьшение уровня обнаруженного излучения будет означать потерю по меньшей мере одного элемента для землеройных работ.

Чтобы минимизировать последствия сбоя обнаружения потери накладки, грузовой автомобиль 103, перевозящий руду к дробильной установке 104, может проходить через станцию 111 обнаружения в виде портала крана. Детектор излучения должен быть частью портала, при этом любая меченая защитная накладка, присутствующая в руде, будет обнаружена, как пик на мониторе излучения, и данная порция груза может быть завернута, а меченая накладка может быть вручную найдена и удалена. Сочетание сбоев, при котором не замечена потеря накладки, а затем не обнаружен радиоактивный источник на портале 111 может привести к тому, что радиоактивный источник будет перенесен в обогатительную установку 105. Поэтому, следующая точка 112 обнаружения или перехвата может находиться на конвейерной ленте между дробилкой и обогатительной установкой, и может быть использована для обнаружения радиоактивного источника, прежде чем он будет вообще потерян. Таким образом техническое решение в целом может состоять из трехуровневой системы обнаружения, однако также предусматривается, что обнаружение может также происходить только в одном или двух местах.

Герметизированный радиоактивный источник, используемый в метящем элементе, должен удовлетворять ряду важных функциональных, производственных и физических критериев. Прежде всего, период полураспада радиоактивного источника не должен значительно превышать срок службы элемента для землеройных работ, чтобы уменьшить последствия, связанные с утилизацией радиоактивных отходов. В то же время период полураспада не должен быть значительно меньше срока службы элемента для землеройных работ, поскольку в противном случае источник станет слабым и его будет трудно обнаруживать, в то время как элемент для землеройных работ будет еще работоспособным. Предпочтительно, чтобы период полураспада радиоактивного источника составлял приблизительно 80-100 суток, так как это соответствует типичной продолжительности службы корпуса элемента для землеройных работ.

Также предпочтительно, чтобы радиоактивный источник был в форме твердого металла. Причина этого в том, что порошки и неметаллы нельзя оформить в виде герметичной металлической сварной капсулы, а вместо этого их приходится инкапсулировать в кварцит. Инкапсуляция в кварцит нежелательна для данной конкретной области применения, поскольку кварцит предрасположен к разрушению при механических нагрузках, что в свою очередь увеличивает вероятность радиационного загрязнения и его последствий.

Дополнительное требование заключается в том, что радиоактивный источник не может быть химически идентичен или аналогичен продукту, что означает, что химически его поведение должно отличаться от поведения руды, добыча которой производится, и которая может быть найдена в конкретном случае применения. Поэтому, к примеру, нельзя использовать радиоактивный источник из благородного металла в руднике, где присутствуют благородные металлы, поскольку тогда был бы риск того, что нуклид радиоактивного источника окажется в конечном продукте, что очевидно нежелательно.

С практической точки зрения активация радиоактивного источника также должна быть обоснованной. Радиоактивный источник с коротким периодом активации предпочтителен, потому что он сокращает степень размножения нежелательных нуклидов. Распределение изотопов также должно быть благоприятным, например, в том смысле, что распределение не должно включать в себя долгоживущие изотопы, которые будут искажать профиль снижения радиоактивности источника и на перспективу создавать проблемы с утилизацией, или изотопы с очень высокой энергией гамма-излучения, которые усиливают требования к экранированию. Для целей данной задачи - чем проще профиль снижения радиоактивности, тем лучше. Для целей данной задачи предпочтительным является затравочный элемент, который существует в природе в виде одного изотопа и может порождать один радиоактивный изотоп путем захвата нейтрона или протона, или элемент, для которого все побочные радиоактивные продукты являются короткоживущими (период полураспада менее суток).

Наконец, в силу функциональных требований (например, в силу того что элемент для землеройных работ может находиться под толстым слоем руды), радиоактивный источник должен создавать ионизирующее излучение, лежащее в верхнем сегменте энергетического спектра, т.е. требуется жесткое гамма-излучение. Предусматривается, что потребуется жесткое гамма-излучение с энергией по меньшей мере 800 кэВ, но в идеальном случае энергия должна быть еще выше. Ожидается, что верхний предел составляет около 1500 кэВ.

Очевидно, что в рамках рассмотренных выше критериев, чтобы найти подходящую конфигурацию, придется удовлетворить ряду большого числа разноплановых условий. Указанные условия включают в себя радиологические, производственные и функциональные критерии, которые были рассмотрены выше, при этом предлагаемое решение не просто представляет собой выбор очевидного радиоактивного источника, но требует многостороннего подхода, который охватывает горную технику и металлургию, механику и ядерную химию далеко за пределами обычного эксперимента. Сложный набор критериев традиционно заставляет проектировщиков не рассматривать применение радиоактивного источника для решения конкретной задачи, так как общераспространенное мнение по этому вопросу состоит в том, что применение радиоактивного источника просто не реализуемо по причине ряда разноплановых критериев, которые должны быть удовлетворены.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве радиоактивного источника используется радиоизотоп металлического элемента скандия, скандий-46 (⁴⁶Sc), обладающий среди других свойств требуемыми свойствами в отношении периода полураспада, энергии гамма-излучения и простоты изготовления.

Скандий присутствует в большинстве месторождений редкоземельных и урановых соединений, однако в мире его извлекают из руд лишь на нескольких разрабатываемых месторождениях. Из-за низкой доступности и трудностей приготовления металлического скандия потребовалось длительное время до 70-х годов 20 века, прежде чем были разработаны способы применения скандия. Положительные результаты применения скандия в алюминиевых сплавах были открыты в 70-х годах 20 века, и его применение в таких сплавах до сих пор остается одной из основных сфер применения. Кроме того, скандий также используется малых количествах при изготовлении источников света высокой интенсивности. Во всем мире объем торговли чистым металлом составляет в среднем около 50 кг в год, и поэтому понятно, что скандий не является широко распространенным элементом, а в действительности представляет собой элемент очень ограниченного применения в торговле и промышленности. То же самое относится и к самому стабильному радиоизотопу скандия скандию-46. Свойства скандия-46 делают его непригодным для большинства применений, где требуется радиоизотоп. В частности, сравнительно короткий период полураспада делает скандий в целом непригодным для использования в герметизированных радиоактивных источниках, например, для применения в медицине, для немедицинского облучения продуктов, систем измерения, в задачах неразрушающего контроля и анализа материалов.

Радиоизотоп скандий-46 (⁴⁶Sc) представляет собой металл, имеет период полураспада 84 суток и химически не относится к металлам платиновой группы или иным благородным металлам. Скандий-46 может быть легко получен путем активации скандия-45 (встречается в природе в виде моноизотопа) посредством захвата нейтрона; при этом по сравнению с несколькими другими изотопами -потенциальными кандидатами - скандий требует воздействия небольшой доли потока нейтронов. Выпускается только один изотоп с очень чистым спектром, что приводит к сравнительно небольшому присутствию нежелательной активности. Энергия гамма-излучения составляет соответственно 890 кэВ и 1121 кэВ, что отвечает требованиям, о которых шла речь выше.

Предполагается, что каждого индивидуального герметизированного источника должен быть использован скандий-46 с активностью приблизительно 1-5 мКи (3,7-18,5×10⁷ Бк).

Если рассматривать только период полураспада, то для данной задачи может быть использован ряд радиоактивных изотопов. Однако, большинство из них могут оказаться неприменимыми из-за того, что не будут выполнены остальные требования. Например, некоторые изотопы могут не быть предпочтительными для применения в качестве радиоактивной метки в элементе для землеройных работ из-за трудных для реализации технологических маршрутов. К таким изотопам относятся:

Наилучшими, но не идеальными, вариантами замены Sc-46 являются: Та-182, Tb-160, Zr-95, Sb-124, Fe-59 и Y-91. В следующей таблице представлены значимые свойства каждого из указанных элементов:

* У природного Zr имеются 4 изотопа. Zr-92 может превращаться в Zr-93, который является долгоживущим бэта-эмиттером (период полураспада = 1,5 млн.лет), однако очень малое сечение поглощения нейтронов цирконием может сделать производство изотопов трудным для реализации.

** У природной Sb есть 2 изотопа. Sb-121 может превращаться в Sb-122 (период полураспада=2,7 сут), что может потребовать продолжительного периода охлаждения. Добавочное превращение до Sb-125 (период полураспада = 2,8 лет) может в перспективе привести к проблемам с утилизацией.

*** У природного Fe имеются 4 изотопа. Fe-54 может превращаться в Fe-55, который является среднедолгоживущим бэта-эмиттером (период полураспада = 2,7 лет).

Y-91 не может быть получен путем прямого захвата нейтрона, и может потребоваться составной процесс.

Считается, что использование герметизированного радиоактивного источника для мечения элемента для землеройных работ даст новое и полезное решение проблемы обнаружения и контроля указанных элементов, образующих часть машин для выемки/перемещения грунта. Использование скандия-46 в качестве радиоактивного изотопа будет особенно полезным, поскольку он удовлетворяет разноплановым требованиям данной конкретной задачи.

Герметизированный радиоактивный источник будет надежным и его можно будет легко обнаруживать. В то же самое время риск облучения будет очень низким в силу предлагаемых критериев выбора, и проблемы, обычно связываемые с утилизацией ядерных отходов также будут исключены в силу короткого периода полураспада выбранного изотопа.

Следует понимать, что изложенное выше представляет только один вариант осуществления изобретения, и что может существовать множество вариантов, не выходящих за границы идеи и/или объема изобретения.

Изобретение относится к элементу рабочего органа экскаватора. Техническим результатом является обеспечение отслеживания перемещения меченого элемента, в частности такого, как зуб ковша экскаватора, с возможностью предотвращения аварийных ситуаций, например блокирования или повреждения дробильного оборудования. В частности, предложен меченый элемент для землеройных работ, содержащий корпус элемента для землеройных работ и метящее устройство, выполненное с возможностью закрепления на корпусе элемента для землеройных работ. При этом метящее устройство содержит радиоактивный источник, выбранный из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Ta), тербий (Tb) и сурьму (Sb). Также предложены способ изготовления меченого элемента для землеройных работ и способ обнаружения меченого элемента для землеройных работ. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Меченый элемент для землеройных работ, содержащий: корпус элемента для землеройных работ и метящее устройство, выполненное с возможностью закрепления на корпусе элемента для землеройных работ; отличающийся тем, что метящее устройство содержит радиоактивный источник, выбранный из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Ta), тербий (Tb) и сурьму (Sb).

2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что метящее устройство выполнено в виде герметизированного радиоактивного источника.

3. Элемент по п. 2, отличающийся тем, что герметизированный радиоактивный источник содержит радиоактивный материал, инкапсулированный в герметичном металлическом корпусе.

4. Элемент по п. 3, отличающийся тем, что герметичный металлический корпус расположен в отверстии, выполненном в элементе для землеройных работ.

5. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что период полураспада радиоактивного источника составляет менее 150 суток, предпочтительно менее 120 суток, а более предпочтительно менее 90 суток.

6. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что период полураспада радиоактивного источника составляет более 40 суток, предпочтительно более 60 суток, а более предпочтительно более 80 суток.

7. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что радиоактивным источником является радиоактивный металл.

8. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии более 300 кэВ, предпочтительно более 600 кэВ, а более предпочтительно более 850 кэВ.

9. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии менее 2000 кэВ, предпочтительно менее 1700 кэВ, а более предпочтительно менее 1500 кэВ.

10. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что радиоактивный источник представляет собой радиоизотоп элемента скандия (Sc) скандий-46 (⁴⁶Sc).

11. Элемент по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что представляет собой защитную накладку или зуб ковша экскаватора.

12. Способ изготовления меченого элемента для землеройных работ, содержащий этапы, на которых: подготавливают корпус элемента для землеройных работ, подготавливают радиоактивный источник, выбранный из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Ta), тербий (Tb) и сурьму (Sb), и прикрепляют радиоактивный источник к корпусу элемента для землеройных работ.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что метящий элемент выполнен в виде герметизированного радиоактивного источника.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что герметизированный радиоактивный источник содержит радиоактивный материал, инкапсулированный в герметичном металлическом корпусе.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что герметичный металлический корпус расположен в отверстии, выполненном в элементе для землеройных работ.

16. Способ по любому из пп. 12-15, отличающийся тем, что период полураспада радиоактивного источника составляет менее 150 суток, предпочтительно менее 120 суток, а более предпочтительно менее 90 суток.

17. Способ по любому из пп. 12-16, отличающийся тем, что период полураспада радиоактивного источника составляет более 40 суток, предпочтительно более 60 суток, а более предпочтительно более 80 суток.

18. Способ по любому из пп. 12-17, отличающийся тем, что радиоактивным источником является радиоактивный металл.

19. Способ по любому из пп. 12-18, отличающийся тем, что радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии более 300 кэВ, предпочтительно более 600 кэВ, а более предпочтительно более 850 кэВ.

20. Способ по любому из пп. 12-19, отличающийся тем, что радиоактивный источник обладает способностью испускания гамма-излучения с уровнем энергии менее 2000 кэВ, предпочтительно менее 1700 кэВ, а более предпочтительно менее 1500 кэВ.

21. Способ по любому из пп. 12-20, отличающийся тем, что радиоактивный источник представляет собой радиоизотоп элемента скандия (Sc) скандий-46 (⁴⁶Sc).

22. Способ по любому из пп. 12-21, отличающийся тем, что элемент для землеройных работ представляет собой защитную накладку или зуб ковша экскаватора.

23. Способ обнаружения перемещения элемента для землеройных работ, содержащий этапы, на которых: подготавливают элемент для землеройных работ, меченный посредством радиоактивного источника, выбранного из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Ta), тербий (Tb) и сурьму (Sb), подготавливают детектор излучения и обнаруживают изменение уровня излучения, когда элемент для землеройных работ перемещается относительно детектора излучения.

24. Способ по п. 23, отличающийся тем, что детектор излучения монтируют на части конструкции, к которой прикреплен элемент для землеройных работ, при этом детектор излучения регистрирует снижение радиоактивности, когда элемент для землеройных работ удаляется от указанной конструкции.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что указанной конструкцией является корпус землеройного устройства.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что на землеройном устройстве предусматривают один или множество детекторов излучения.

27. Способ по п. 23, отличающийся тем, что детектор излучения монтируют на конструкции в одном или более местах, примыкающих к маршруту, вдоль которого перемещают добытый материал, при этом детектор излучения регистрирует увеличение радиоактивности, когда элемент для землеройных работ перемещается вместе с добытым материалом.

28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что указанная конструкция представляет собой портал крана, мимо которого перемещают добытый материал.

29. Применение радиоактивного источника, выбранного из группы, включающей в себя скандий (Sc), тантал (Ta), тербий (Tb) и сурьму (Sb), при обнаружении перемещения элемента для землеройных работ.

30. Применение по п. 29, отличающееся тем, что радиоактивный источник представляет собой радиоизотоп элемента скандия (Sc) скандий-46 (⁴⁶Sc).