Promieniotwórczość w przemyśle
advertisement
Promieniotwórczość w przemyśle Analiza aktywacyjna Aparatura izotopowa Izotopowe czujki dymu Radiografia przemysłowa Techniki radiacyjne Zegarki świecące Defektoskopia przemysłowa Radiometryczna aparatura przem. Znaczniki promieniotwórcze ANALIZA AKTYWACYJNA Opiera się na zjawisku aktywacji, najczęściej neutronowej. Badaną próbę naświetla się strumieniem neutronów z reaktora lub pochodzących z innego źródła (np. rad–beryl),i w ten sposób staje się ona promieniotwórcza. Ilość powstałego izotopu promieniotwórczego jest w danych warunkach aktywacji proporcjonalna do ilości trwałego izotopu „macierzystego”. Pozwala to wykryć i oznaczyć jego znikome ilości w badanej próbie. Przedtem bada się (za pomocą specjalnego urządzenia zwanego spektrometrem β lub γ) widmo energetyczne otrzymanego izotopu promieniotwórczego, określając w ten sposób, jaki rodzaj promieniowania wysyła i o jakiej energii. Znane są widma energetyczne poszczególnych izotopów. Analizując widmo badanej próby można ustalić, jakie izotopy, a więc jakie pierwiastki wchodzą w jej skład i w jakich ilościach. Analizę aktywacyjną wykorzystuje się np. w kryminalistyce do ustalenia odległości, z jakiej strzelano do ofiary. W tym celu określa się ilość i rozmieszczenie antymonu zawartego w pocisku i osadzonego na ciele lub ubraniu ofiary w pobliżu wlotu pocisku. Metodą analizy aktywacyjnej można określić śladowe ilości antymonu (przy strzale z odległości 2 m w pobliżu wlotu pocisku wydziela się ok. 10–9g antymonu). Materiały: 1) „Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko”, A. Skłodowska, B. Gostkowa APARATURA IZOTOPOWA Aparatura przemysłowa służy do pomiarów różnych wielkości, kontroli procesów produkcyjnych sterowania ich przebiegiem. Są to np. mierniki grubości, gęstości, poziomu, stężenia kwasu, zapylenia powietrza. W urządzeniach tego typu stosuje się źródła promieniowania gamma lub beta najczęściej wykorzystuje zjawisko pochłaniania promieniowania przez materię; w niektórych także zjawisko rozpraszania promieniowania. Powszechnie znane urządzenie – to waga izotopowa. Pod podnośnikiem taśmowym, na którym przesuwa się ze stałą prędkością materiał sypki (np. miał węglowy) znajduje się pojemnik ze źródłem promieniowania. Jest to tzw. źródło liniowe w postaci pręta, na który równomiernie nanosi się substancję promieniotwórczą. Nad przenośnikiem umieszcza się detektor połączony z układem pomiarowym. Promieniowanie wysyłane przez źródło jest pochłaniane przez materiał wędrujący na taśmie, a następnie rejestrowane przez detektor. Jeżeli materiał ma stałą gęstość, stopień pochłaniania promieniowania jest proporcjonalny do masy materiału. Po wyskalowaniu waga taka określa masę przetransportowanego materiału z dokładnością do kilku procent. Na podobnej zasadzie działa izotopowy miernik grubości, np. blachy, papieru, tkanin, cienkich folii itp. Badany materiał przechodzi pomiędzy źródłem a detektorem. Zmiana stopnia osłabienia promieniowania świadczy o zmianie grubości. Zastanówmy się teraz, jaki rodzaj promieniowania należy zastosować do opisanych tu pomiarów. Od razu możemy wykluczyć promieniowanie alfa jako zbyt mało przenikliwe. Pozostaje promieniowanie gamma i beta. Biorąc pod uwagę, że zarówno mierniku poziomu, jak i w wadze izotopowej promieniowanie musi przejść przez dość grube warstwy materiału, z pewnością trzeba zastosować tu źródło promieniowania gamma. Natomiast do pomiarów grubości stosuje się zarówno promieniowanie gamma( w przypadku np. blach), jak i beta (w przypadku cienkiej folii). Jakie izotopy stosujemy? Najczęściej 60Co z tym, że do różnych celów stosuje się źródła o różnej aktywności. I tak miernikach poziomu mamy na ogół aktywności rzędu do kilkuset MBq do kilkudziesięciu GBq, w wagach izotopowych kilkaset MBq, natomiast miernikach grubości znacznie mniejsze, rzędu kilkudziesięciu kBq. Jako źródła promieniowania beta stosuje się głównie 90Sr + 90Y i 204Tl, przy mniejszych grubościach 144Ce + 144Pr o podobnych aktywnościach. Materiały: 1) „Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko”, A. Skłodowska, B. Gostkowa DEFEKTOSKOPIA PRZEMYSŁOWA Oprócz klasycznej radiografii stosowanej do wykrywania nieszczelności i wad w szczególnie istotnych elementach konstrukcyjnych, a wykorzystującej promieniowanie X lub γ, w ostatnich latach znaczenia nabierają specjalne metody radiograficzne: neutronografia – przydatna do prześwietlania materiałów lekkich, radiografia protonowa, mikroradiografia dynamiczna. Metody radiograficzne są szczególnie przydatne na budowach obiektów z konstrukcji stalowych i tam, gdzie musimy mieć pewność, że urządzenia (lub materiał, z którego zostały zrobione) nie zawiodą podczas pracy. Są niezastąpione w przypadku, gdy trzeba zbadać przedmiot o skomplikowanym kształcie. Istotną zaletą tej metody jest możliwość wykonania badania w terenie. IZOTOPOWE CZUJKI DYMU Czyli urządzenia do wykrywania i sygnalizacji pożaru. Wykorzystuje się w nich zjawisko jonizacji powietrza pod wpływem promieniowania i zmiany prądu jonizującego w przypadku przedostania się do czujki cząsteczek dymu. Są one znacznie cięższe od cząsteczek powietrza, mniej ruchliwe, i wychwytują elektrony, co powoduje, że gromadzi się na nich ładunek przestrzenny zmieniający rozkład pola elektrycznego, a to z kolei zmniejsza prąd jonizacji i jest natychmiast sygnalizowane. Ze względu na bardzo małą przenikliwość promieniowania α izotopowe czujki dymu nie stwarzają zagrożenia promieniowaniem. Na pewno nie otrzymamy żadnej dawki promieniowania od czujek zainstalowanych np. w kinie, nawet jeśli „zaliczymy” dwa seanse filmowe, gdyż promieniowanie wykorzystywane w czujce po prostu do nas nie dochodzi. Materiały: 1) „Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko”, A. Skłodowska, B. Gostkowa TECHNIKI RADIACYJNE Techniki radiacyjne stosowane są w różnych gałęziach przemysłu. Wykorzystuje się je do sterylizacji sprzętu medycznego jednorazowego użytku, modyfikacji polimerów, materiałów oraz przyrządów półprzewodnikowych, do barwienia tkanin, szkła i sztucznych, a nawet naturalnych kamieni. Na świecie ilość produktów wytwarzanych lub modyfikowanych radiacyjnie sięga milionów ton rocznie i ciągle wzrasta. Zasada stosowania technik radiacyjnych polega na naprowadzeniu materiałów i gotowych wyrobów za pomocą wiązki elektronów lub promieniowania γ. Ciekawym przykładem wykorzystania technik radiacyjnych są termokurczliwe rurki i taśmy, które doskonale sprawdzają się jako izolacja elektryczna. Znajdują one zastosowanie wszędzie tam, gdzie trzeba wykonać trwałe i szczelne połączenia elementów konstrukcyjnych, m.in. przy montażu połączeń rur wentylacyjnych, przewodów, kabli elektrycznych Technologię tę zastosowano w pierwszej pilotowej stacji w elektrowni Kawęczyn, położonej w pobliżu Warszawy. Jest to obiecujące przedsięwzięcie w ochronie środowiska. RADIOGRAFIA PRZEMYSŁOWA Radiografia przemysłowa jest bardzo popularną metodą badań „nieniszczących”. Wykorzystuje ona promieniowanie gamma i rentgenowskie do kontroli np. elementów spawanych. Oprócz przenikliwości i zależności pochłaniania promieniowania od grubości materiału wykorzystuje się tu jeszcze jedno zjawisko fizyczne – zaczernienie błony fotograficznej pod wpływem promieniowania. Badany element umieszcza się między źródłem promieniowania a detektorem – błoną fotograficzną. Jeżeli jest on jednorodny, promieniowanie jest w nim pochłaniane w jednakowym stopniu i błona zostanie równomiernie zaczerniona. Jeżeli jest niejednorodny – promieniowanie jest pochłaniane w różnym stopniu i w różnym stopniu będzie zaczerniona błona fotograficzna. Jest to metoda kontroli szczególnie przydatna przy budowie rurociągów i dużych obiektów zbudowanych z konstrukcji stalowych. Istnieje wiele typów aparatów gammagraficznych (zwanych od niedawna defektoskopami). Mogą to być aparaty stacjonarne, przenośne i przewoźne (do prac w terenie). Jako źródła promieniowania gamma stosuje się w nich przede wszystkim 192Ir i 60Co, czasem 137Cs. Źródła te charakteryzują się bardzo dużą aktywnością, rzędu kilkuset GBq do kilku TBq. Popatrzmy jeszcze na okres półrozpadu tych izotopów. Wynoszą one odpowiednio 73,8 dni (około 2,5 miesiąca), 5,3 lat i 30 lat. Szybki spadek aktywności powoduje konieczność częstej wymiany źródeł irydowych.Ze względu na długi okres półrozpadu źródła cezowe byłyby bardziej wygodne w eksploatacji, gdyby nie ich duże rozmiary. RADIOMETRYCZNA APARATURA PRZEMYSŁOWA Aparatura radiometryczna – a więc różnego rodzaju mierniki, czujniki, detektory i regulatory, w których wykorzystuje się promieniowanie – jest szeroko stosowana w polskim przemyśle. W przemyśle metalurgicznym i chemicznym (tworzywa sztuczne) wykorzystywane są grubościomierze. Natomiast mierniki poziomu materiałów ciekłych i sypkich, gęstościomierze umożliwiające zdalną kontrolę i automatyczną regulację procesów technologicznych (np. bezkontaktowy pomiar stężenia kwasu siarkowego) znalazły zastosowanie również w wielu innych gałęziach przemysłu. ZEGARKI ŚWIECĄCE Świecenie zegarków może być efektem zastosowania farb zawierających substancję promieniotwórczą. Kiedyś był to rad 226Ra, obecnie najczęściej tryt 3H, choć bywają stosowane i inne izotopy. Jednak nie każdy zegarek świecący jest promieniotwórczy. W obecnie produkowanych zegarkach wykorzystuje się zjawisko fosforescencji, nie mające z promieniotwórczością nic wspólnego. Farby fosforyzujące świecą tylko po uprzednim naświetleniu światłem słonecznym lub lampą. Pochłoniętą wówczas energię mogą magazynować bardzo długo; oddają ją – świecąc. Materiały: 1) „Promieniowanie jonizujące a człowiek i środowisko”, A. Skłodowska, B. Gostkowa ZNACZNIKI PROMIENIOTWÓRCZE W przemyśle metody znaczników promieniotwórczych znalazły największe zastosowanie do badań obiektów oraz substancji w różnych stanach skupienia. Wykorzystuje się fakt, że wszystkie izotopy danego pierwiastka mają te same właściwości chemiczne. Zatem izotop promieniotwórczy zachowuje się w czasie określonego procesu jak badany pierwiastek lub materiał, a jednocześnie szybko i dokładnie można zarejestrować jego położenie. Metody znacznikowe polegają na dodaniu izotopu do materiałów przemysłowych na odległość, poddawanych procesowi mieszania lub zmieniających – podczas obróbki technologicznej – stan skupienia (odparowanie, rozpuszczanie itp.). Pozwala to na śledzenie zmian intensywności promieniowania w różnych miejscach przepływu lub przesuwania się badanego materiału. Ponieważ podczas badań używa się znikomych ilości izotopu o małej aktywności, to wprowadzenie go nie zaburza badanych procesów. Za pomocą metod znacznikowych można ustalić przepływ materiałów, określić ich prędkość, tor poruszania, dyspersję . Można przeprowadzić również badania procesów mieszania i rozdzielania składników oraz ich faz. Metody te znalazły zastosowanie w produkcji szkła, w przemyśle papierniczym, chemicznym i metalurgicznym. Znaczniki promieniotwórcze stosuje się również do badania stopnia zużycia materiałów, narzędzi, śledzenia procesów korozyjnych, badania smarów, a także lokalizacji i pomiarów nieszczelności zbiorników i rurociągów. Opracowała: ANNA PŁUSA Kl. III c
