Андрей Несмеянов - Радиоактивные изотопы и их применение

Излучение радиоактивных элементов используется в ряде приборов автоматического контроля в производстве.

Радиоактивные уровнемеры.Представьте себе металлический бак, в котором необходимо знать уровень жидкости. Поместим в такой бак поплавок, в котором закреплено небольшое количество радиоактивного элемента. Затем наполним бак до определенного уровня и закрепим над жидкостью счетчик Гейгера-Мюллера. Подсчитаем, сколько отсчетов дает счетчик в минуту при таком уровне воды. Опустим уровень на 10 сантиметров и снова измерим количество отсчетов счетчика в минуту; так как расстояние от поплавка до счетчика стало больше, то количество излучения, попадающего в счетчик, становится меньше, и он дает меньше отсчетов. Далее спустим уровень жидкости еще на 10 сантиметров и снова подсчитаем количество импульсов в минуту и так далее. После такой градуировки легко определить по количеству отсчетов (импульсов) в минуту уровень жидкости в баке. Можно счетчик соединить с прибором, который прямо будет показывать уровень жидкости в баке. Если счетчик соединить с системой автоматического устройства, которое соединяется с клапанами, впускающими жидкость в бак, то при повышении в баке уровня выше нормы счетчик выключает клапан притока жидкости.

Другая конструкция уровнемера использует явление поглощения излучения в слое жидкости. Такой уровнемер устроен следующим образом. На двух противоположных стенках резервуара располагают радиоактивный изотоп, служащий источником излучения, и прибор, регистрирующий излучение, ионизационную камеру или счетчик. Источник излучения и регистрирующий прибор могут одновременно перемещаться по вертикали вдоль стенок резервуара. Если на пути излучения находится жидкость, то излучение сильно поглощается и в регистрирующий прибор почти не попадает. В случае когда излучатель и прибор находятся над уровнем жидкости, излучение поглощается только стенками резервуара и большая часть его попадает в счетчик. Следовательно, передвигая прибор снизу вверх на границе поверхности жидкости, мы будем наблюдать резкое увеличение количества излучения, попадающего в прибор, т. е. легко обнаружим уровень жидкости. Если необходимо поддерживать уровень жидкости на определенной высоте, то радиоактивный препарат и приемник излучения закрепляются на указанном уровне и последний соединяется с автоматическим устройством, увеличивающим или уменьшающим приток и отток жидкости в резервуар при изменении потока излучения, попадающего в регистрирующий прибор. На рис. 42 приведена схема и внешний вид отечественного измерителя уровня жидкого хлора в баллоне.

Уровнемеры такого типа, а также уровнемеры, работающие по другим схемам, но основанные на поглощении излучения радиоактивных изотопов, были сконструированы советскими инженерами для ряда производств: для нефтяной промышленности — с целью поддержания уровня нефтепродуктов в закрытых резервуарах, границы раздела, например керосин — вода и т. п., для пищевой промышленности — с целью контроля уровня пива в пивных танках, для металлургической промышленности — с целью определения уровня металла в вагранке, для парфюмерной промышленности — с целью контроля заполнения тюбиков парфюмерными изделиями, наконец для контроля уровня руды или угля в подземных бункерах при их добыче. Схема последнего уровнемера приведена на рис. 43.

Радиоактивный плотномер.На принципе поглощения гамма-излучения радиоактивных изотопов основан и сконструированный советскими инженерами прибор для определения плотности жидкостей в трубопроводах. Источниками излучения служат кобальт 60 и цезий 137. Прибор действует по принципу уровнемера. По одну сторону трубопровода ставится регистрирую

щий излучение прибор, а по другую — источник излучения. Поглощение излучения пропорционально плотности жидкости в трубопроводе. Регистрирующий прибор градуируется так, что непосредственно показывает плотность жидкостей в граммах в кубическом сантиметре. Такого рода прибор применяется для непрерывного дистанционного измерения содержания грунта в пульпе землесосных снарядов (рис. 44).

На принципе изменения степени поглощения бета-лучей советскими инженерами сконструированы также приборы для контроля качества молока по его плотности и для измерения плотности огнеупоров.

Измерение плотности можно вести и с помощью прибора, основанного на рассеянии гамма-лучей.

В этом приборе, так же как и в предыдущем, имеется источник гамма-лучей — препарат радиоактивного изотопа и приемник излучения — ионизационная камера, которые расположены в свинцовой защите и ставятся по одну сторону сосуда, в котором производится измерение плотности жидкости, например в трубопроводе.

Гамма-лучи по узкому каналу из свинцового контейнера попадают внутрь трубы с жидкостью, где они рассеиваются. Рассеянные лучи снова проникают сквозь трубу и попадают в ионизационную камеру. С изменением плотности жидкости в трубе изменяется и степень рассеяния гамма-лучей, тем самым изменяется поток излучения, попадающего в ионизационную камеру. Ионизационная камера соединена с усилителем тока и регистрирующим прибором, проградуированным в единицах плотности.

Радиоактивный толщиномер.Теперь нетрудно представить себе прибор для измерения толщины каких-либо пластин — толщиномер. Схема его показана на рис. 45, 46. Гамма-лучи, проходя сквозь слой материала, частично поглощаются. Поглощение идет тем сильнее, чем толще материал. Количество гамма-лучей, проникших через преграду, регистрируют с помощью счетчика или ионизационной камеры. Прибор предварительно градуируют по тому же самому материалу с известной толщиной. Сначала между счетчиком и источником гамма-лучей ставят преграду в 1 миллиметр, затем в 2 миллиметра, в 4 миллиметра и т. д., отмечая каждый раз показание прибора. После этого ставят пластину с неизвестной толщиной и по показанию прибора находят ее толщину.