摘要 : 核料位计是一种放射性同位素仪表 ,是一种基于统计概率的物位测、强度和探测器的灵敏度几方面来说明核料位计的测量原理以及选择依据 ,并说明了核料位计表的原理、实质、安全、使用和防护达到了解、深入掌握的目的。

核料位计工作原理

     核料位计是一种放射性同位素仪表。在连续重整与延迟焦化等类型的炼油化工装置中 ,经常使用核料位计 ,下面阐述一些关于核料位计的工作原理以及相关知识 ,主要从放射源与探测器两方面来介绍^[1] ,以便用户更好地使用该设备。

由于放射源自然随机衰变 ,射线仪表是一种基于统计概率的测量仪表。工艺要求的精度越高 ,时间响应越小 ;仪表或探测器就需要测得越多的有效计数率。厂家按用户的要求及设备的尺寸配置测量系统。实际上就是计算射线穿过设备壁、保温层等物质后探测器接收到的计数率大小 ,同时考虑安全问题。

为了安全与降低成本 ,射线路径 (射线从放射源到探测器的路径) 越简单越好 ,如避开轴、接头、网、篦子等。有些容器壁很厚 ,要在做容器时就设计好插入设备内的套管以便将放射源插入套管。

探测器是用来接收放射源射线的 ,计数率表示其接受到放射量的大小。计数率的大小取决于放射源的种类、强度、中间穿过的介质和探测器的灵敏度。灵敏度越高的探测器所需的放射源强度就越小 ,安全性越好。当然高灵敏度的探测器价格也越贵。

2 　工业过程控制用放射源种类、特性及选择基本原则(见表 1)

表 1 　放射源种类及特性

射线能量/ 半衰期/ 钢的半减层/ 水的半减层/ 种　类

keV a mm mm

镅- 241 60 433 0. 18 40 铯- 137 660 30 　14 110 钴- 60 　 1 200 5. 3 　20 157

　　测量系统或放射源的使用寿命与采用钴- 60 ,还是铯- 137各种射线穿过不同物质时 ,使度。

2. 1 　选择放射源的基本原则

a) 壁厚的容器应选用高能量射线 ,因其穿透能力强 ,用量就少 ,小壁厚的容器可选用低能量射线。有些厂家主要提供电离室探测器 ,单方面强调铯- 137 射源“安全 ,寿命长”,这是因为电离室对钴60 的射线效率极低。如前所述 ,射线穿过容器到达探测器时必须有一定的强度 ,而强度又不能超过国家标准 ,这才是设计配置测量系统的根本。

除了上述物理特性外 ,放射源又分为棒源和点源。铯- 137 是粉末状物质 ,必须用玻璃或陶瓷高温固化成固体颗粒 ,然后封装在不锈钢壳中 , 无法做成连续的棒源。所谓的棒源也只是几个点源拼凑而成。钴- 60 既可做棒源也可做点源 ,棒源是连续的不间断的 ,可根据容器尺寸的各种变化将棒源强度的分布做相应的变化 ,使探测器收到的信号是直线信号。这一点对那些由于高温高压和无法进行标定的容器非常有用。由于棒源的分布是按设备设计好的 ,所以用棒源的测量系统不必

a) 做多点或实物标定 ,只要测一个零点(空罐) 就行了。棒源也特别适用于壁厚的大设备 ,把棒源插入设备内 ,源强度可减小到最低。但惟一不方便的是设备要预先做好插入放射源的保护套管。

3 　探测器的种类、特性以及选择探测器的原则炼油化工装置中常用的探测器种类与特性如

表 2 所列。

表 2 　探测器种类及特性

气　　体 固　　体
GM计数管	碘化钠电离室 人工晶体 晶体
能量响应范围 小	中 中大 大
相对探测 10 效率 , %	10 34 100
温度影响/ 需要温补偿	大/ 要 小/ 不要 小/ 不要
输出信号 有/ 无	10 - 10 mA 1 V 左右 1 V 左右
抗干扰能力	弱 中 强
几何尺寸 小	大 大 小
适应场合 简单开关 棒探头 棒探头 点探头价格 低 中 高 高

　　塑料晶体的密度 1 g/ cm³ ;对钴- 60 的效率是 20 %。碘化钠的密度 3. 37 g/ cm³ ,对钴- 60 的效率是 58 %;气体探测器便宜但探测效率低 ,所需的放射源强度是固体探测器的 10 倍左右。气体探测器是靠射线使气体电离 ,正负离子在电场的作用下产生一个微小电流 ,即使放大器设计在探头内。但这个信号电流会被潮湿引起的线路表面漏电流所淹没 ,使仪表没有读数 ,同时由于信号太小 ,电网波动对其影响也是不可忽视的。再一个影响就是温度变化 ,由于气体的密度随温度的变化而变化 ,密度的变化又引起探测效率的变化 ,所以电离室探测器必须加温度补偿电路 ,补偿后的信号输出类似于正弦波形式。

固体探测器的效率比气体探测器高约 10 倍 , 所需的放射源强度就可以减少到十分之一。但固体探测器的成本高 ,价格贵 ,固体探测器的闪烁体有大小、材质的不同 ,光电转换器件、屏蔽及控制线路也有差别。这些性能的比较就不太容易 ,要看厂家的业绩与信誉。

3. 1 　探测器的比较

a) 碘化钠型闪烁探测器。属于点探测器 ,特点是高灵敏度、高稳定性。用于料位、密度、灰分、称重等测量仪表。

b) 塑料闪烁探测器。属于棒探测器 ,长度可以从 0. 5～2 m。特点是高灵敏度、高稳定性。用于料位、称重等测量仪表。

c) 电离室探测器。点状、棒状探测器均有 ,其特点是可以做成各种形状和长度。但灵敏度低 ,比碘化钠和塑料闪烁探测器低得多 ,正常工作所需要的射线剂量超过国家安全标准 (所需射线剂量 5μ Sv/ h ;国标安全剂量 2. 5 μ Sv/ h) 。稳定性低 , 抗干扰能力差 ,输出信号只有 10 ×10 ^{- 12} A 。

d) 光纤闪烁探测器 : 属于棒探测器 ,其特点是可以做得很长(7 m) ,而且具有柔性 ,运输方便。缺点同样是探测效率低 ,与电离室探测器的效率相近。

3. 2 　选择探测器的原则

a) 稳定性可靠性要好。

b) 适应各种环境 ,抗干扰能力强 ,自我保护能力强。

c) 灵敏度要高 ,能量响应范围要大。

d) 根据实际需要应选用性能价格比高的 ,简单开关就用 GM 计数管。

核料位计虽然测量准确 ,但是它的防护与维护是非常专业的。按规定 ,核料位计的维护必须由专业人员来做。随着人们对安全和环保的日益重视 , 国际、国内对放射源的使用防护标准是越来越严。原标准以 0. 75 为基准、10 倍、一级 ;现在已降到以 0. 25 为基准。因此应该使用高效的探测器、使用尽量小的放射源。这样从根本上降低放射源对人体的危害。尽量使在距离铅罐和探头四周 1 m 处射线剂量不大于 3. 58 ×10 ^{- 7} C/ (kg ·s) (射线出口处除外) ,这样虽然在安全范围之内 ,但在没有专业防护措施及专业人员的情况下 ,为了人身安全 ,常规仪表维护人员决不容许维护它。随着核仪表不断发展普及应用 ,大家对核仪表的原理、实质、安全、使用和防护同样会逐步了解、深入掌握。