CN109405926A - 放射性仪表、利用放射性仪表测量料位、密度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种放射性仪表，包括：辐射源、接收检测装置、数据处理装置；被检测的物料被放置于容器中；容器外壳的一侧设置所述辐射源，容器外壳的另一侧设置所述接收检测装置；通过所述接收检测装置接收所述辐射源辐射出的γ射线；所述接收检测装置连接至所述数据处理装置，所述接收检测装置将检测到的信号传输至所述数据处理装置。此外，本发明实施例还公开了一种利用放射性仪表测量物料密度的方法及一种利用放射性仪表测量料位的方法。本发明中放射性仪表的Na22放射源采用了国家标准中规定的豁免活度水平，可以广泛的应用到石油化工、煤化工、矿山、冶金、造纸等行业。

Description

放射性仪表、利用放射性仪表测量料位、密度的方法
技术领域
本发明涉及仪表技术领域，特别涉及一种环保型放射性仪表。
背景技术
随着全球工业领域的快速发展，高度自动化的工厂离不开各种各样的仪器仪表，目前大部分的常规仪表可以解决大部分的检测、控制要求，但是由于不同行业的特点，生产过程中有很多设备工况处于在高温、高压、高粉尘、高毒性等一些及其恶劣的工作环境下，一些常规仪器仪表已经达不到工况所需的要求，从而一些以利用放射性同位素的非接触式检测和控制仪表应运而生。根据用途不同，放射性核辐射仪表又分为密度计、料位计、料位开关等。很好的解决了在不同恶劣工况环境下所存在物位、液位、密度的检测难题。
现有技术中，核辐射检测仪器仪表的应用，给我们的生产带来便利之时，同时带来了很多不安全的因素，如不能妥善使用和防护，必会造成安全隐患甚至重大事故，目前应用于工业仪表行业的放射性同位素多为以铯-137(Cs137)与钴-60(Co60)放射源为主的料位计、密度计，其工作原理是将放射源和探测器分别安装于被测设备两侧，当设备内物料上升或下降时，探测器所接收的射线强度随之减弱或增强，探测器将射线信号转换成电脉冲信号传送到处理器，处理器根据一定的数学模型计算出相应的料位高度或密度，并最终在DCS上显示出来。这两种放射源料位计解决了一些恶劣环境工况的测量难题，同时也潜伏了巨大的危机。
首先，分析一下铯-137型放射源，铯-137是元素铯的放射性同位素，是铀-235的重要裂变产物之一。铯-137是β-衰变核素，发射两种β-粒子，最大能量分别为0.51163兆电子伏(94.0％)和1.176兆电子伏(6.0％)，半衰期为30.17年。铯-137发射0.51163兆电子伏的β-射线后，转变为钡-137m。钡-137m作同质异能跃迁衰变，其γ能量为0.662兆电子伏，半衰期为2.55分钟。铯-137、钡-137m能迅速达到放射性平衡，所以铯-137既可作β-放射源又可作γ放射源。铯-137的比活度为3.2×106贝可/微克。3.7×107贝可的与钡-137m平衡的铯-137点源在1厘米远处的照射量率为3.28伦琴/时。铯-137属中毒性核素，对全身都有影响，对人体的有效半减期为70天，在人体中的最大容许积存量为1.1×106贝可。铯-137在放射性工作场所空气中和露天水源中的最大容许浓度分别为0.37和37贝可/升。
环境中铯-137进入人体后易被吸收，均匀分布于全身；由于铯-137能释放γ射线，很容易在体外测出。进入体内的放射性铯主要滞留在全身软组织中，尤其是肌肉中，在骨和脂肪中浓度较低；较大量放射性铯摄入体内后可引起急、慢性损伤。由于铯源的半衰期较长及其易造成扩散的弱点，故很多用户宁愿采用其它不先进的测量方法，也要放弃使用含有铯-137放射源的仪表。。
钴-60是β衰变核，发射β和γ射线，β射线的最大能量为0.315兆电子伏，γ射线的能量有1.173210和1.332470兆电子伏两种。半衰期为5.272年。3.7×10贝可的钴-60重8.85×10毫克。3.7×10贝可的钴-60点源在1厘米远处的照射量率为13.2伦琴/时。钴-60属高毒性核素，对全身有影响，对人体的有效半减期为9.5天，在人体中的最大容许积存量为3.7×10贝可。钴-60在放射性工作场所空气中和露天水源中的最大容许浓度分别为0.33和370贝可/升。钴60的化学性质与元素钴相同。钴-60具有极强的辐射性，能导致脱发，会严重损害人体血液内的细胞组织，造成白血球减少，引起血液系统疾病，如再生性障碍贫血症，严重的会使人患上白血病(血癌)，甚至死亡。
根据以上对铯-137与钴-60放射源的分析所得出一些结论：在使用含有铯-137与钴-60放射源仪表设备时，企业不应只注重到它在工作时的使用价值，而去忽略它所隐藏的不安全因素。企业如需要使用含有危险放射源设备，必需要到环境保护行政主管部门办理环保审批、及辐射安全许可证，方可使用含源设备。对于使用含危险放射源产品的企业来说，申请以上手续和程序是相当的复杂的，而且时间上也会很漫长，况且在使用铯-137与钴-60放射源仪表产品时，需要划分很大的受辐射面积，大量的保护措施来限制人员接近放射设备，并且需要受过训练的专业人员、限制工作时间、制定特殊的作业规范，需要专门的设备来运输、安装和处理放射源。在高放射性同位素电离辐射区域的环境下工作，工作人员会产生一种害怕、恐惧的心理来进行工作，可想而知工作的效率会大大的降低，而且如因使用高放射性同位素产品，发生辐射照射或者丢失被盗事故，无论是对工作人员还是对企业而言，都会受到巨大的伤害。
发明内容
基于此，为解决现有技术中的技术问题，特提出了一种放射性仪表，包括：
辐射源、接收检测装置、数据处理装置；被检测的物料被放置于容器或管道中；容器或管道外壳的一侧设置所述辐射源，容器或管道外壳的另一侧设置所述接收检测装置；通过所述接收检测装置接收所述辐射源辐射出的γ射线；所述接收检测装置连接至所述数据处理装置，所述接收检测装置将检测到的信号传输至所述数据处理装置。
在一种实施例中，所述辐射源为Na-22辐射源，并且所述辐射源的活度在(国际辐射防护和辐射源安全的基本安全标准)和中国国家标准GB18871-2002(电离辐射防护与辐射源安全基本标准)里的豁免水平，即：所述辐射源的活度小于等于1×106Bq。
在一种实施例中，所述数据处理装置中包括辐射源衰减补偿电路，由所述辐射源衰减补偿电路根据所述辐射源的半衰期来进行辐射源衰减补偿处理，所述辐射源衰减补偿处理的运算公式为：当前阈值＝之前设定的阈值×0.5^(距离之前设定阈值的时间/半衰期)。
在一种实施例中，所述辐射源通过支架固定在所述容器或管道外壳的一侧。
在一种实施例中，所述接收检测装置包括保护外壳、检测器、光电倍增器、高压变流器。
在一种实施例中，当容器壁或管道壁厚度超过第一阈值时，将所述辐射源内置于容器或管道中。
在一种实施例中，所述第一阈值为100mm。
此外，为解决现有技术中的技术问题，特提出一种放射性仪表测量方法，包括：
辐射源发出γ射线；所述γ射线穿透容器的容器壁和被检测的物料；当被检测的物料的料位或者密度发生变化时，所述接收检测装置处接收到的γ射线强度会相应发生改变；所述接收检测装置将接收到的辐射强度信号转换成脉冲信号输出至所述数据处理装置；所述数据处理装置中的信号分析模块对脉冲信号进行分析处理，计算出当前物料的料位或者密度。
在一种实施例中，所述辐射源为钠-22辐射源，所述辐射源的活度小于等于1×106Bq；
在一种实施例中，根据所述辐射源的半衰期来进行辐射源的衰减补偿处理，所述辐射源衰减补偿处理的运算公式为：当前阈值＝之前设定的阈值×0.5^(距离之前设定阈值的时间/半衰期)。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明的技术方案采用了无危害的人工或天然的Na-22作为γ射线射源，活度符合国家标准中规定的豁免活度水平。本发明所使用钠-22放射源活度≤1×106Bq，低于国家标准要求的豁免活度水平。本发明的技术方案不受环保部门及公安、卫生等各个部门的监控，是一种国家豁免的环保放射性仪表。供货单位为使用单位提供国家豁免管理许可文件，对企业使用来讲，不需要到相关的部门办理审批手续，大大的节省了企业审批难的问题，省去了国家政府部门的监管成本，也为企业省去了接待管控部门人员的烦恼。本发明公开的国家豁免的环保型的放射性仪表产品，提高了工作效率和产值，解决了企业工作人员辐射事故。本发明的技术方案保证了工作人员的人身安全，又能解决企业生产上的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为本发明中放射性检测仪表实施例一的示意图；
图2为本发明中接收检测装置的示意图；
图3为本发明中放射性检测仪表实施例二的示意图；
图4为本发明中放射性检测仪表实施例三的示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种放射性仪表。所述放射性仪表包括Na-22辐射源、接收检测装置、数据处理装置。
在一种实施例中，如图1所示为本发明提出的一种用于料位测量的放射性检测仪表的示意图。所述放射性检测仪表包括钠-22辐射源2、接收检测装置5、数据处理装置6。
在一种实施例中，由于本发明的实施例中采用的钠-22辐射源2活度比较弱，并且衰减速度比较快，在所述数据处理装置6中加入辐射源衰减补偿电路，由所述辐射源衰减补偿电路实施辐射源衰减补偿处理。
具体地，所述数据处理装置6的辐射源衰减补偿处理包括，根据辐射源的半衰期来进行辐射源的衰减补偿，以此保证仪表的工作稳定性，衰减补偿的运算公式如下：
当前阈值＝之前设定的阈值×0.5^(距离之前设定阈值的时间/半衰期)。
如图1所示，被检测的物料7被放置于容器1中。在容器1的外壳一侧设置所述Na-22辐射源2，在容器1的外壳另一侧设置所述接收检测装置5，所述Na-22辐射源2辐射出γ射线3，通过所述接收检测装置5接收所述γ射线3；所述接收检测装置5连接至所述数据处理装置6，所述接收检测装置5将检测到的信号传输至所述数据处理装置6；所述数据处理装置6可以将处理后的数据信号传输至其他仪表或自动处理设备中以便进行后续的操作处理；所述数据处理装置6包括信号分析模块，所述信号分析组件可以完成不同的信号检测分析任务，其和接收检测器的功能设定有关，在本实施例中，信号分析模块用于检测受检测物料的料位。
如图1所示，容器1中设置有料位上限位置4以及料位下限位置8，当被检测的物料7的料位低于料位下限位置8时，接收检测装置5能够接收到Na-22辐射源2辐射出的γ射线3；而当被检测的物料7的料位超出料位上限位置4时，接收检测装置5无法接收到足够强度的γ射线。
在一种实施例中，所述Na-22辐射源2通过支架固定在所述容器1的外壳一侧，而所述接收检测装置5固定在与所述钠-22辐射源2相对的容器1另一侧。
如图2所示的接收检测装置的示意图，所述接收检测装置由以下的模块组成，具体包括：
保护外壳21，所述接收检测装置的保护外壳21用于保护承载于其中的各个模块，其用于保证接收检测装置中输入信号以及光电倍增器信号的增强和稳定，保证接收器检测装置稳定工作在+24V电压。
检测器22，所述检测器22在接收并检测到γ射线后，形成脉冲的阳极电流，并形成计数。
光电倍增器23，所述光电倍增器23上具有带电阻的集中分配器(图中未示出)；所述集中分配器用于补给光电倍增器中间极、增强光电倍增器信号。
高压变流器24，所述高压变流器24用于可控的、高频的、集中地补给光电倍增器的电压。所述高压变流器24由反射脉冲发生器、倍增集中器和管理系统组成(图中未示出)，其产生的高压可以到达500-1000V。
本发明中的所述接收检测装置具有很强的检测微弱γ射线的能力，与现有技术中的接收检测装置相比，本发明的接收检测装置在灵敏度、反应速度方面有极大优势，因此，其可以采用低活度的Na-22作为放射源。
在一种实施例中，如图3所示，当容器壁或管道壁厚度超过第一阈值时，将所述辐射源内置于容器或管道中。
在一种实施例中，所述第一阈值为100mm。
在一种实施例中，如图4所示，所示为本发明提出的一种用于密度测量的放射性检测仪表的示意图。被检测的物料7被放置于容器或管道1中。在容器或管道1的外壳一侧设置所述Na-22辐射源2，在容器1的外壳另一侧设置所述接收检测装置5，所述Na-22辐射源2辐射出γ射线3，通过所述接收检测装置5接收所述γ射线3；所述接收检测装置5连接至所述数据处理装置6，所述接收检测装置5将检测到的信号传输至所述数据处理装置6；所述数据处理装置6可以将处理后的数据信号传输至其他仪表或自动处理设备中以便进行后续的操作处理；所述数据处理装置6包括信号分析模块，所述信号分析组件可以完成不同的信号检测分析任务，其和接收检测器的功能设定有关，在本实施例中，信号分析模块用于检测受检测物料的密度。
本发明还公开了一种利用放射性仪表测量料位的方法，包括：
所述Na-22辐射源2发出γ射线3；所述γ射线3穿透容器1的容器壁和被检测的物料7；当被检测的物料7的料位发生变化时，所述接收检测装置5处接收到的γ射线3强度会相应发生改变；所述接收检测装置5将接收到的辐射强度信号转换成脉冲信号输出至所述数据处理装置6；所述数据处理装置6中的信号分析模块对脉冲信号进行分析处理，计算出当前物料的料位。
本发明还公开了一种利用放射性仪表测量物料密度的方法，包括：
所述Na-22辐射源2发出γ射线3；所述γ射线3穿透容器1的容器壁和被检测的物料7；当被检测的物料7的密度发生变化时，所述接收检测装置5处接收到的γ射线3强度会相应发生改变；所述接收检测装置5将接收到的辐射强度信号转换成脉冲信号输出至所述数据处理装置6；所述数据处理装置6中的信号分析模块对脉冲信号进行分析处理，计算出当前物料的密度。
实施本发明实施例，将具有如下有益效果：
本发明的技术方案所使用Na-22，其放射源活度≤1×106Bq，低于国家标准要求的豁免活度水平，不受环保部门及公安、卫生等各个部门的监控，是一种国家豁免的环保放射性仪表产品。本发明的技术方案包含其它含有害放射源仪表所具有的优点，但采用了安全的Na-22作为放射源。本发明中的放射性仪表是替代危险γ放射源的理想产品，可以广泛的应用到石油化工、煤化工、矿山、冶金、造纸等行业。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种放射性仪表，其特征在于，包括：
辐射源、接收检测装置、数据处理装置；被检测的物料被放置于容器或管道中；所述容器或管道外壳的一侧设置所述辐射源，所述容器或管道外壳的另一侧设置所述接收检测装置；通过所述接收检测装置接收所述辐射源辐射出的γ射线；所述接收检测装置连接至所述数据处理装置，所述接收检测装置将检测到的信号传输至所述数据处理装置。
2.根据权利要求1所述的放射性仪表，其特征在于，
所述辐射源为Na-22辐射源，所述辐射源的活度小于等于1×106Bq。
3.根据权利要求2所述的放射性仪表，其特征在于，
所述数据处理装置中包括辐射源衰减补偿电路，由所述辐射源衰减补偿电路根据所述辐射源的半衰期来进行辐射源衰减补偿处理，所述辐射源衰减补偿处理的运算公式为：当前阈值＝之前设定的阈值×0.5^(距离之前设定阈值的时间/半衰期)。
4.根据权利要求1或2或3所述的放射性仪表，其特征在于，
所述辐射源通过支架固定在所述容器或管道外壳的一侧。
5.根据权利要求1或2或3所述的放射性仪表，其特征在于，
所述接收检测装置包括保护外壳、检测器、光电倍增器、高压变流器。
6.根据权利要求1或2或3所述的放射性仪表，其特征在于，
当容器壁或管道壁厚度超过第一阈值时，将所述辐射源内置于容器或管道中。
7.根据权利要求6所述的放射性仪表，其特征在于，
所述第一阈值为100mm。
8.一种放射性仪表测量方法，其特征在于，包括：
辐射源发出γ射线；所述γ射线穿透容器的容器壁或者管道的管道壁、被检测的物料；当被检测的物料的料位或者密度发生变化时，所述接收检测装置处接收到的γ射线强度会相应发生改变；所述接收检测装置将接收到的辐射强度信号转换成脉冲信号输出至所述数据处理装置；所述数据处理装置中的信号分析模块对脉冲信号进行分析处理，计算出当前物料的料位或者密度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述辐射源为Na-22辐射源，所述辐射源的活度小于等于1×106Bq。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
根据所述辐射源的半衰期来进行辐射源的衰减补偿处理，所述辐射源衰减补偿处理的运算公式为：当前阈值＝之前设定的阈值×0.5^(距离之前设定阈值的时间/半衰期)。
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