(19) HU MAGYAR NÉPKÖZTÁR8A8ÁG SZABADALMI LEÍRÁS ($) A bejelentés napja: (22) 81. 09. 08. (21) 2574/81 Í 1 1 >183568 Nemzetközi osztályjelzet: (51) NSZ03 G 01 T 3/00 ORSZÁGOS TALÁLMÁNYI HIVATAL A közzététel napja: (41) (42) 83. 08. 29. Megjelent: (45) 86.11.10. í j.. Szifri&'jil Ti * * % J Feltalálóik): (72) SZTROJKOVSZKIJ Alekszander Konsztantinovics, rádiómérnök, BEZIMENKO Grigorij Grigorjevics, mérnök, SERSZTOBITOV Valerij Szemenovics, főiskolai tanár, PERSIN Anatolij Alekszejevics, mérnök, SEJKIN Alekszander Nyikandrovics, mérnök, Karaganda, SU Szabadalmas: (73) Oszoboje Projektno-Konsztruktorskoje Bjuro Naucsno-Proizvodsztvennogo Objegyinyenyia Chermetavtomatika" Karaganda, SU (54) KÉSZÜLÉK NEUTRONKIBOCSÁTÓ MÉRŐSZONDÁK HITELESÍTÉSÉRE (57) KIVONAT A találmány tárgya készülék neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére, amelynek lassítórendszert befogadó törzse, a lassítórendszert beállító mozgatóvezetéke, a törzs tengelye mentén elhelyezett és a mérőszondát teljes egészében befogadó csöve van. Lényege, hogy a lassítórendszer egytengelyesen elrendezett és a csövet körbefogó első hengerpárt tartalmaz, amelynek hengerei olyan kinematikus kapcsolatban vannak a mozgatóvezetékkel, hogy a hengerek a cső mentén egymáshoz viszonyítva szinkron módon, ellentétes irányban mozgathatók. A találmány szerinti készülék felhasználható mindenekelőtt anyagok sűrűségének és nedvességtartalmának vizsgálatára szolgáló neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére. A találmány szerinti készülék segítségével olyan mérőszondák egyidejű és független hitelesítése is elvégezhető, amelyek egyidejűleg két különböző energiatartományba eső neutronáram rögzítésére alkalmasak. -i-
183 568 A találmány tárgya készülék neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére, amelynek lassítórendszert befogadó törzse, a lassítórendszert beállító mozgatóvezetéke, a törzs tengelye mentén elhelyezett és a mérőszondát teljes egészében befogadó csöve van. A találmány szerinti készülék az anyagok kémiai és fizikai jellemzőinek vizsgálatára alkalmas neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére szolgál és így az anyagvizsgálatban lehet különösen előnyösen alkalmazni. A találmány szerinti készülék alkalmazási köre felöleli a geofizikát, a geológiát, az építőipart, a fémkohászatot, és például alkalmas a különböző anyagok nedvességtartalmának és sűrűségének mérésére szolgáló neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítési vizsgálatainak elvégzésére. A 314 180 számú, 1970-ben közzétett szovjet szerzői tanúsítványból olyan ellenőrző-hitelesítő készülék ismerhető meg, amelynek szabályozható lassító képességű lassítórendszert befogadó törzse, a törzs tengelyében elhelyezett, a hitelesítendő mérőszondát befogadó csöve van, ahol a mérőszonda gyors neutronok forrásával és lassított neutronok detektorával van ellátva. A lassítórendszert hidrogéntartalmú anyagból állítják elő és a cső körvonala mentén egyenletes távolságra elhelyezett rudak alakjában kiképzett mozgatható elemekkel látják el. A mozgatható elemekhez felemelésüket és süllyesztésüket biztosító vezeték csatlakozik. A rúd alakú és hidrogén tartalmú anyagból készült mozgó elemek felemelésekor és leengedésekor a forrásból származó gyors neutronok lassításával nyert lassú neutronok árama megfelelő módon növekszik vagy csökken. Ha viszont a rudat olyan anyagból készítik, amely a lassú neutronokat elnyeli, a lassú neutronok árama csökken vagy növekszik, amikor a hidrogént tartalmazó lassító közegben a rudakat felemelik vagy leengedik. A mérőszondában elhelyezett neutrondetektor a lassú neutronok áramát érzékeli és ez arányos a lassító közegben levő hidrogén mennyiségével, míg a mért adatok alapján például az anyag nedvességtartalmát lehet megállapítani. Ha ilyen készülékben neutronkibocsátó mérőszonda hitelesítését végezzük, a neutronáramok mérése során hiba keletkezik, mivel a rendszer lassító képessége ugrásszerűen változik és a lassító képesség szabályozási tartománya a mozgó elemektől függően korlátoz. Ezenkívül az a tény, hogy a lassítórendszer elemei állandóan a cső körül vannak, olyan jelentős nagyságú kezdő áramot biztosít lassú neutronokból, hogy a hitelesítendő mérőszondák érzékenysége csökken, és hitelesítésüket nem lehet elvégezni, ha nem áll rendelkezésre a lassú neutronok olyan árama, amely például az anyagban a nedvesség hiányakor keletkezik, vagy pedig akkor, ha a mérőszonda környezetében nincs mérendő anyag. Az ismert készülék segítségével nem lehet olyan mérőszondák folyamatos hitelesítését elvégezni, amelyek a gyors neutronok forrásához viszonyítva különböző oldalakon elhelyezett lassú neutrondetektorokat tartalmaznak, mivel a rudak felemelésekor vagy lesüllyesztésekor a detektorok különböző feltételek közé kerülnek. Az 1972-ben közzétett 348 955 lajstromszámú szovjet szerzői tanúsítványból olyan készülék ismerhető meg, amelynek szabályozható lassító képességű lassi- tórendszerrel ellátott törzse, a törzs tengelye mentén elhelyezett csöve van, ahol a csőbe kerül a hitelesítendő mérőszonda a gyors neutronokat szolgáltató neutronforrással és a lassú neutronokat érzékelő detekto- 5 rokkal. A lassítórendszer a gyors neutronokat lassító folyékony halmazállapotú hidrogéntartalmú anyagot tartalmaz, amely körbeveszi a csövet. A lassítóközegben forgó eszközök vannak, amelyek a lassú neutronokat elnyelik. Ezeket ív alakú és csőszerű lemezek- 10 ként képezik ki, amelyek forgást biztosító megvezetéssel és skálával vannak ellátva. A hitelesítés első pillanatában a lemezek körbeveszik a csövet, elfedik azt, és így nem engedik át a folyékony halmazállapotú lassítókűzegben lelassított 15 neutronokat a hitelesítendő mérőszonda detektoraihoz. A hitelesítés következő pillanatában a tengelyük körül forgó lemezek megnyitják a csövet, átengedik a lassított neutronokat a mérőszonda detektálási zónájába. Az elfordítás szögét meghatározva a lassított ne- 20 utronokból meghatározott nagyságú áramot kaphatunk, amelyet a detektorok mérnek, és amely például olyan neutronáramnak felel meg, amely mért természetes anyagban meghatározott nedvességtartalom esetén keletkezik. 25 Ha a leírt készülékkel olyan mérőszondákat kell hitelesíteni, amely a lassú neutronok érzékelésére több nagyobb kiterjedésű, a cső tengelyével koncentrikusan elhelyezett detektort tartalmaz, a hitelesítéskor hibák keletkeznek, mivel a lelassított neutronok árama 30 egyenetlenné válik. A lemezek forgásakor létrejövő réshez közelebb fekvő detektorok nagy neutronáramot regisztrálnak és fordítva a réstől távolabbra elhelyezkedő detektorok kisebb neutronáramokat érzékelnek. Az ilyen készülékben az abszorbensek felépitése 35 és forgatásuk megoldása bonyolult. A leírt felépítésű készülékben a hitelesítés egy további hibájának forrása az, hogy a folyékony lassítóközeg a hitelesítés kezdő pillanatában vékony réteget alkot a cső és a lemezek kőzött, ami csökkenti az érzé- 40 kenységet és nehezebbé teszi a mérőszonda hitelesítését olyan hitelesítési pontban, amely az anyagban nedvesség hiányának felel meg. A leírt készülék nem alkalmas olyan mérőszondák hitelesítésére sem, amelyek az energetikai spektrum 45 két tartományába eső lassított neutronok áramát rögzítik és például egyetlen gyors neutronokat kibocsátó forrást valamint két detektor csoportot tartalmaznak, ahol az egyik csoport a kadmiummal kiszűrt neutronok alatti, a másik pedig az a feletti tartományt érzé- 50 keii, ilyen mérőszonda esetében ugyanis nem lehetséges a neutronok két különböző energiájú áramának olyan szabályozása, amely mellett például meghatározott időtartamon keresztül egyidejűleg a két áram egymástól független változása megfigyelhető lenne, 55 vagy pedig az egyik áram állandó lenne, amíg a másik változna. A találmányunk feladata olyan készülék létrehozása, amely a neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítését oly módon biztosítaná, hogy a lassítórendszer fio konstrukciós felépítése révén lehetővé válik egyidejűleg két különböző energiatartományba eső neutronáramot regisztráló neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére. Ez különösen akkor lényeges, ha egyidejűleg akarjuk a mért anyag nedvességtartalmát és sű- 65 főségét megállapítani, s egyidejűleg szükséges a két 2 -A-
1 183 568 2 neutronáram egymástól független változtatása, vagy pedig egy neutronáram változtatása a másik neutronáram állandó értékének biztosítása mellett. A feladat megoldását neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére alkalmas olyan készülék kidolgozásával érjük el, amelynek lassítórendszert befogadó törzse, a lassítórendszert beállító mozgató vezetéke, a törzs tengelye mentén elhelyezett és a mérőszondát teljes egészében befogadó csöve van, és a találmány szerint a lassítórendszer egytengelyesen elrendezett és a csövet körbefogó első hengerpárt tartalmaz, amelynek hengerei olyan kinematikus kapcsolatban vannak a mozgató vezetékkel, hogy a hengerek a cső mentén egymáshoz viszonyítva szinkron módon, ellentétes irányban mozgathatók. A találmány szerinti készülék egy előnyös kiviteli alakjában a lassítórendszer második hengerpárt is tartalmaz, amelynek hengerei az első hengerpár hengereivel koncentrikusan vannak elhelyezve, azok belső átmérőjénél kisebb külső átmérővel vannak kialakítva és a második hengerpár külön mozgató vezetékkel van ellátva, amelynek révén hengerei a cső mentén egymáshoz viszonyítva szinkron módon, ellentétes irányban mozgathatók. Ezzel a célszerű kialakítással elérhető, hogy a mérőszonda neutronforrásából származó gyors neutronok lassításakor keletkező lassú neutronok árama az energetikai spektrum két tartományában egymástól függetlenül szabályozható legyen, ahol a két áram a kadmium által befogott neutronok felületi és alatti tartománynak felel meg, és ezeket megfelelő detektorok érzékelik. A találmány szerinti megoldás alkalmazásával a neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésének pontossága javítható, a hitelesítésre szolgáló készülék egyszerű felépítésű és könnyen előállítható. A továbbiakban a találmány tárgyát egy példakénti kiviteli alak kapcsán, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti hitelesítő készülék felépítése, a hitelesítendő neutronkibocsátó mérőszonda elhelyezésének vázlatával, mig a 2. ábra a kadmium által befogott neutronok feletti sávba eső neutronáram sűrűségének függése a kadmiumok által befogott neutronok sávja alatti energiájú áram intenzitásától a találmány szerinti készülékbe. A találmány szerinti, neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére szolgáló készülék felépítése (1. ábra) 1 mérőszondát befogadó 2 törzset tartalmaz, amely a lassú neutronokat elnyelő anyagból készül, például bór-karbidból. Ezek a neutronok például a 2 törzset körbevevő 3 biológiai védelemből származhatnak. A 2 törzsben 4 cső van elhelyezve, amelynek belső terében helyezkedik el az 1 mérőszonda, amelynek gyors neutronokat szolgáltató 5 neutronforrása és 6 és 7 detektorai vannak. Ez utóbbiak az említett két energiatartománynak megfelelően érzékelnek. A hitelesítésre kijelölt 1 mérőszonda 8 készülékhez csatlakozik, amely a 6 és 7 detektoroktól származó villamos impulzusokat regisztrálja és ily módon lehetővé teszi a neutronok áramainak követését. A 2 törzsön belül lassítórendszer helyezkedik el, amely a 4 csővel egytengelyesen kialakított két hengerpárból áll. Ez a két hengerpár 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerekből áll. A 9 és 10 hengerek hidrogéntartalmú anyagból, például kaprolonból készülnek és a 4 csövet körbeveszik. A 11 és 12 hengerek olyan anyagból készülnek, amely a lassú neutronokat elnyeli, például kadmiumból és szintén körbeveszik a 4 cscvet, de külső átmérőjük kisebb, 5 mint a 9 és 10 hengerek belső átmérője. A 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerekből álló hengerpárok kinematikusán kapcsolódnak 13 és 14 mozgatóvezetékekkel. A kinematikus kapcsolatot például 15 és 16 csavarmenet biztosítja, amelyek egyik fele 10 balmenettel, a másik fele jobbmenettel van kialakítva. Ezzel a megoldással biztosítható, hogy a 9 és 10, illetve a 11 és 12 hengerek egymással szinkron módon mozognak a 4 cső mentén, és mozgásirányuk egymással ellentétes. 15 A 2. ábrán a kadmium által elnyelt neutronok feletti áram I, intenzitása és az alattuk levő neutronok áramának Ij intenzitása közötti összefüggés látható. Az összefüggést ábrázoló rajzon a következő jelölések vannak: 20 a, b görbe a h és I 2 intenzitások változása a 9 és 10 hengerek mozgatásakor (1. ábra), amikor egymáshoz való mozgatásukat a 11 és 12 hengerek rögzített helyzete kíséri, a görbe a két henger maximális távolságának felel meg; 25 b, c egyenes az I z intenzitás változása a 11 és 12 hengerek szinkron egymás felé irányuló mozgatása a 9 és Í0 hengerek rögzített helyzetében, amikor az érintkezés bekövetkezik; c, a egyenes az h és fc intenzitások változása, 30 amikor a 9 és 10, illetve a 11 és 12 hengerek szinkron módon mozognak (1. ábra) olyan helyzetből, amely a c pontnak felel meg, olyan helyzetbe, amely az a pontnak felel meg; c, d egyenes, az Ii intenzitás változása, ha a kad- 35 miumok által kiszűrt neutronok alatti áram intenzitása állandó; c, e egyenes az h intenzitás változása, amikor a kadmium által kiszűrt neutronok feletti áram intenzitása állandó. 40 A találmány szerinti készülék működése a következő. A hitelesítendő 1 mérőszondát (1. ábra) a készülék 4 csövében oly módon helyezzük el, hogy az 5 neutronforrás középpontja abban a síkban feküdjön, amely a 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerek alapjait fo- 45 gadja be. A 13 és 14 mozgatóvezeték segítségével a 9 és 10, illetve 11 és 12 hengereket fokozatosan elmozgatjuk, egymáshoz közelítjük, vagy egymástól távolítjuk őket oly módon, hogy a reális mérési feltételek között például az anyag sűrűségének és nedvességének 50 megfelelő két neutronáram, amelyeket a 6 és 7 detektorok regisztrálnak, széles határok között változzon. Az Ii cs h intenzitásokat változtatva (2. ábra) a kadmium által kiszűrt neutronok árama alatti és feletti áramokra megkapjuk az 1 mérőszonda hitelesítéséhez 55 szükséges görbe pontjait (1. ábra). A készülék működését az I, és I 2 intenzitások közötti összefüggést ábrázoló 2. ábra illusztrálja. A neutronáramok említett intenzitásai közötti összefüggés megfelel az anyag c sűrűsége és q w nedvessége közötti összefüggésnek, mivel 60 az anyag sűrűségét mindenekelőtt a kadmium által kiszűrt neutronok feletti áram h intenzitása, míg nedvességtartalmát a kadmium által kiszűrt neutronáram alatti áram I 2 intenzitása határozza meg. A mérés kezdőpontjában a 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerek (1. áb- 65 ra) az egyik szélső helyzetben vannak, például felül,
183568 ahol gyakorlatilag teljes mértékben mértéken kívül maradnak a 6 és 7 detektorok neutronérzékelési tartományán. A Ii és I 2 intenzitásokat megmérve kapjuk az a pontot, amelynek alapján meghatározható az anyag q c sűrűségének és q v nedvességének minimális értéke, amely az adott esetben nulla lesz, ha a 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerek elegendően messze vannak a 6 és 7 detektoroktól (1. ábra). A 9 és 10 hengerek egymás felé mozgatásakor, a 11 és 12 hengerek kezdeti helyzetének rögzítésekor az a, b egyenes vonal pontjait kapjuk (2. ábra), amely a Ii és h intenzitások változásait jellemzi. A b pont h és I 2 intenzitások maximális értékének felel meg, amit a készülékben elő lehet állítani és biztosítja, hogy az anyag sűrűségének és nedvességének maximális értékét meghatározzuk. A 9 és 10 hengerek helyzetét akkor rögzítve, amikor érintkeznek (1. ábra), majd a 11 és 12 hengert egymás felé mozgatva kapjuk a I2 intenzitás változását, amelynek a 2. ábra görbéjén a, b, c egyenes vonal pontjai felelnek meg. Ebben az esetben a li intenzitással jellemzett neuíronáram gyakorlatilag állandó értékű marad. A c pont megfelel a 9, 10, 11 és 12 hengerek olyan helyzetének, amikor páronként érintkeznek, és ilyenkor megállapítható az anyag maximális sűrűsége és minimális nedvességtartalma. Ezt követően a 9 és 10 és 11, 12 hengereket egyidejűleg elmozgatva, az érintkezésből a maximális távolságra átvíve őket, kapjuk a c, a vonal pontjait. Ebből következik, hogy a g nedvesség és g c sűrűség szükséges értékeit, amelyekre a neutronos mérőszondák hitelesítésére és beállítására szükség van, az a, b, c értéktartományban kapjuk. A mérés során ki lehet választani a 9 és 10, illetve 11 és 12 hengerek (1. ábra) olyan helyzetét, amelynél a kadmium által kiszűrt neutronok alatti neutronok áramának I 2 intenzitása, vagy a nedvesség azonos értékei mellett a kadmium által kiszűrt neutron áram I, intenzitásának, vagy az anyag q c sűrűségének különböző értékei figyelhetők meg, ami a grafikonon a c, d egyenesen elhelyezkedő pontoknak felel meg, míg a c, e egyenes pontjai jelölik azt a geometriai helyet, amelyhez a kadmium által kiszűrt neutronok áramának h intenzitása vagy az anyag q q sűrűsége állandó értéket vesz fel, míg a kadmium által kiszűrt neutronok alatti neutronáram I 2 intenzitása, vagy az anyag g w nedvessége különböző értékeket vesz fel. A találmány szerinti, neutronkibocsátó mérőszon- 5 dák hitelesítésére szolgáló készülék (1. ábra) ezek szerint lehetővé teszi a mérőszondák azon típusainak egyidejű és független hitelesítését is, amelyek egyidejűleg neutronok két különböző energetikai spektrumtartományaiba eső áramát regisztrálják. A mérés so- 1 n tán a két áram folyamatosan és egymástól függetlenül változtatható. A találmány szerinti készülék segítségével nedvességmérő, például koksz vizsgálatára szolgáló neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítése például 0,2%-náI 1 r ' nem nagyobb abszolút hibával végezhető el, akkor is, ha a szonda két energiatartományba eső neutronáramok vizsgálatára alkalmas detektorokat tartalmaz. M 25 30 40 2 db ábra Szabadalmi igénypontok 1. Készülék neutronkibocsátó mérőszondák hitelesítésére, amelynek lassítórendszert befogadó törzse, a lassítórendszert beállító mozgatóvezetéke, a törzs tengelye mentén elhelyezett és a mérőszondát teljes egészében befogació csöve van, azzal jellemezve, hogy a lassítórendszer egytengelyesen elrendezett és a csövet (4) körbefogó első hengerpárt tartalmaz, amelynek hengerei (9, 10) olyan kinematikus kapcsolatban vannak a mozgatóvezetékkel (13), hogy a hengerek (9, 10) a cső (4) mentén egymáshoz viszonyítva szinkron módon, ellentétes irányban mozgathatók. 2. Az 1. igénypont szerinti készülék kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a lassítórendszer második hengerpárt is tartalmaz, amelynek hengerei (11, 12) az első hengerpár hengereivel (9, 10) koncentrikusan vannak elhelyezve, azok belső átmérőjénél kisebb külső átmérővel vannak kialakítva, és a második hengerpár külön mozgatóvezetékkel (16) van ellátva, amelynek révén hengerei (11, 12) a cső (4) mentén egymáshoz viszonyítva szinkron módon, ellentétes irányban mozgathatók. 4-4-
183 568 NSZO a : G 01 T 3/00 FlQ.l 5 -D-
183 568 -b-