Serwis informacyjny
Neutrony na straży jakości cementu
Data dodania: piątek, 14 lutego 2014, autor: nuclear.pl
Naukowcy Narodowego Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) rozpoczynają prace nad nowym systemem kontroli wytwarzania cementu. Podpisana umowa z Narodowym Centrum Badań i Rozwoju umożliwi opracowanie i uruchomienie pierwszego polskiego systemu wykorzystującego neutronową analizę aktywacyjną do określenia składu chemicznego surowców do produkcji cementu.
Celem rozpoczynającego się projektu, realizowanego przez naukowców NCBJ wspólnie z firmami „Syskon” – Systemy Kontroli Procesów Przemysłowych i Ośrodkiem Techniki Jądrowej Polon we Wrocławiu, jest opracowanie i uruchomienie pierwszego polskiego systemu wykorzystującego neutronową analizę aktywacyjną oraz generator neutronów do określenia składu chemicznego surowców przy produkcji cementu.
- Technologie jądrowe kojarzone są przede wszystkim z energetyką, ale dzisiaj mają one znacznie szersze zastosowanie – mówi prof. dr hab. Grzegorz Wrochna, dyrektor NCBJ. - Diagnostyka i terapia medyczna, prześwietlanie konstrukcji, urządzeń i ładunków, kontrolowanie różnych procesów przemysłowych, badanie składu i struktury rozmaitych substancji czy badanie dzieł sztuki i znalezisk archeologicznych, to tylko przykłady bogatego wachlarza zastosowań - dodaje.
Nowa metoda badania cementu, oparta na generatorze neutronów (a nie jak w innych systemach o źródło izotopowe), pozwoli na:
- 3-krotnie dłuższy czas operacyjny systemu,
- znaczne obniżenie kosztów użytkowania i konserwacji,
- ułatwienia w użytkowaniu, konserwacji, transporcie oraz ochronie radiologicznej, z uwagi na brak źródła izotopowego,
- zapewnienie najwyższej jakości produkcji cementu,
- brak konieczności stosowania ochrony radiologicznej kiedy urządzenie jest wyłączone.
System będzie pracować w trybie ciągłym monitorując surowce do produkcji cementu transportowane na przenośniku taśmowym.
Kluczowym elementem nowego rozwiązania jest generator typu deuter-deuter emitujący neutrony o energii 2,45 MeV. Cząstki te „prześwietlać” będą używane w produkcji cementu surowce, a otrzymany obraz, w postaci charakterystycznych widm natychmiastowego promieniowania gamma emitowanego z aktywowanych pierwiastków, pozwoli na szczegółowe określenie ich zawartości w badanym materiale. System będzie wykrywać pierwiastki tworzące główne tlenki wchodzące w skład cementowego zestawu surowcowego: Ca, Si, Al, Fe, Mg, S, K, Na, Cl wpływające na końcową jakość wyrobu.
Obecnie, większość systemów kontroli jakości materiałów do produkcji cementu bazuje na stosowaniu stałego źródła (lub źródeł) neutronów 252Cf. Użycie źródła izotopowego prowadzi do szeregu utrudnień, z których największym jest konieczność regularnego (co około 6 miesięcy) uzupełniania substancji promieniotwórczej oraz całkowitej wymiany źródła co około 2.5 roku. Każde uzupełnienie lub wymiana związane są z dodatkowymi kosztami i przestojami w procesie produkcyjnym w cementowni. W proponowanym urządzeniu zostanie użyty generator neutronów typu deuter-deuter, którego specyfikowany operacyjny czas życia to 5.8 lat (teoretycznie nawet do 10 lat).
- Generator zamiast izotopowego źródła neutronów to podstawowa różnica między opracowywanym przez nasze konsorcjum rozwiązaniem, a dotychczas stosowanymi systemami – podkreśla dr Tomasz Szczęśniak, Kierownik Pracowni Detektorów Scyntylacyjnych NCBJ.
- Zalety związane z przedłużonym czasem operacyjnym i uproszczonymi procedurami konserwacyjnymi są wysoce pożądane przez przyszłych odbiorców i przekładają się bezpośrednio na istotne dla nich czynniki ekonomiczne – tłumaczy Henryk Zastawny, właściciel firmy SysKon.
Projekt został podzielony na osiem zadań. Pierwsze cztery prowadzone są przez NCBJ i związane są z fizyką oddziaływania neutronów z materią, fizyką detektorów scyntylacyjnych oraz spektrometrią gamma (np. opracowanie metody kalibracji detektorów z odczytem światła za pomocą fotopowielaczy krzemowych).
Celem kolejnych zadań jest przygotowanie elementów składowych systemu koniecznych do budowy demonstratora urządzenia. Pracami związanymi z elementami elektronicznymi oraz oprogramowaniem kierować będzie firma Syskon. Nad konstrukcją mechaniczną czuwać będzie firma OTJ Polon. Ostatnim etapem projektu będą testy systemu w warunkach laboratoryjnych i w pracującej cementowni. Autorzy projektu otrzymali list intencyjny wystosowany przez HeidelbergCement, firmę posiadającą 100 cementowni w 50 krajach świata. W Polsce jest ona właścicielem największej cementowni – Górażdże. W ramach współpracy, demonstrator systemu zostanie przetestowany w cementowni w miejscowości Shetpe w Kazachstanie.
Projekt „System kontrolujący skład chemiczny surowców do produkcji cementu, pracujący w trybie ciągłym (online), oparty o neutronową analizę aktywacyjną i generator neutronów” o wartości 5 221 580 zł otrzymał dofinansowanie w wysokości 4 257 580 zł z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju w ramach konkursu Programu Badań Stosowanych. Całość prac ma zostać wykonanych do końca 2016 roku.
Według danych z 2012 roku w Polsce istnieje 13 zakładów cementowych działających w ramach 9 grup cementowych. Stowarzyszenie Producentów Cementu przekonuje, że obecnie przemysł cementowy w Polsce należy do światowej czołówki. Obowiązujące przepisy i zaostrzająca się walka konkurencyjna nakładają na cementownie obowiązek ustanowienia, udokumentowania, wdrożenia i utrzymania systemu zakładowej kontroli produkcji. Powinien on obejmować regularne kontrole i badania surowców, materiałów oraz gotowych wyrobów. Optymalnym rozwiązaniem jest posiadanie stacji kontrolującej w dwóch miejscach na każdej linii produkcyjnej.