وضعیت: بسته
شماره سند:RFP968252364
تاریخ انتشار: 1396/08/01
مهلت ارسال پیشنهاد:1396/08/30
فرصتها: براساس پیشنهادها قابل مذاکره خواهد بود.
تماس : ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۶۳ – ۰۲۱۸۸۳۹۸۵۴۳
ارسال پروپوزالها: Proposal@boomerangtt.com
قطعات سنگ استخراجشده از معادن، توسط سنگشکنها خرد و به صورت پودر به سمت کورهها هدایت میشوند. تغییر نوع سنگ باعث عدم یکنواختی ترکیب درصد پودر و نهایتاً تغییرات شیمیایی محصول تولیدی میگردد؛ بنابراین از دستگاههای آنالیز سطحی در مسیر عبور پودر از خردکنها به کورهها استفاده میشود. شکل ۱ تصویر شماتیک موقعیت نصب این دستگاههای تشخیصی در مراحل مختلف تولید سیمان را نشان میدهد.
یکی از پرکاربردترین این دستگاهها، ژئواسن نام دارد که توسط یک شرکت استرالیایی به نام SCANTECH تولید و عرضه شده است. مدلهای مختلفی از این دستگاه در کشور وجود دارند که برخی از آنها عبارتاند از مدل آن MKIV و مدل UGC-۱۴۰۰. شکل ۲ تصویر شماتیک این دستگاه و محل عبور نوار نقاله از آن را نشان میدهد.
این دستگاه از سیستم آنالیز گامای آنی در فعالسازی نوترونی یا Prompt Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA) استفاده میکند و یازده عنصر مختلف را اندازهگیری مینماید. PGNAA یک روش هستهای پایدار است که کاربردهای مهمی در زمینه شناسایی مواد معدنی، شناسایی مواد منفجره، شناسایی عناصر موجود در بدن و غیره دارد. شکل ۳ تصویر خروجی دستگاه ژئواسکن و عناصر آنالیزی سیمان را نشان میدهد.
این دستگاه روی نوار نقاله نصب میشود و به صورت Online (برخط) ترکیب درصد پودر و عناصر موجود در آن را نمایش میدهد. اشعه نوترون این دستگاه از شکافت هستهای منبع کالیفرنیوم ۲۵۲ در بخش چشمه این دستگاه ساطع میشود. طول عمر این چشمه محدود بوده و حداکثر زمان بهرهبرداری از آن حدود ۵/۲ سال برآورد شده است. با توجه به عدم امکان تأمین این چشمه از خارج از کشور و طول عمر محدود آن، هدف از ارائه این پروژه، طراحی و ساخت این منبع، یا منبع جایگزین، یا روش آنالیز جایگزین یا هر روش دیگر برای حل مسئله است.
در روش NAA از نوترون بهعنوان پرتابه استفاده میشود. وقتی یک نوترون با هسته هدف برخورد کند، به دلیل درگیر نشدن در سد کولمبی میتواند بهراحتی تا حد برد نیروهای هستهای به هدف نزدیک شود. درنتیجه، انرژی جنبشی نوترون بهشدت کاهش مییابد و ممکن است توسط هسته جذب شود. این فرآیند گیراندازی نوترون (Neutron Capture) میباشد و نتیجه این واکنش یک هسته برانگیخته است. هسته برانگیخته به روشهای مختلفی واکنش میدهد که مهمترین آنها عبارتاند از: ۱) پراکندگی کشسان، ۲) پراکندگی غیرکشسان، ۳) گسیل ذره، ۴) تابش فوتون و ۵) شکافت. شکل ۴ این روشها را بهصورت گرافیکی نشان میدهد.
پیروی هسته برانگیخته از هرکدام از این واکنشها، علاوه بر اینکه به انرژی برانگیختگی هسته مرکب وابسته است، وابستگی مستقیمی نیز به سطح مقطع واکنش بین هسته هدف و نوترون فرودی دارد. روش NAA از لحاظ طیف انرژی نوترونهای بمباران کننده به سه بخش تقسیم بندی میشوند.
الف) نوترونهای حرارتی(Thermal neutron)
این دسته شامل نوترونهای کم انرژی (کمتراز eV۵/۰) است. طیف نوترونهای حرارتی در دمای اتاق با انرژی eV ۰۲۵/۰ و سرعتی در حدود m/s۲۲۰۰، براساس توزیع ماکسول- بولتزمن توصیف میشود. در بیشتر نقاط پرتودهنده یک راکتور، در حدود ۹۰ تا ۹۵ درصد کل نوترونها را نوترونهای حرارتی تشکیل میدهند.
ب) نوترونهای فوق حرارتی (Epithermal neutron)
نوترونهایی با انرژی بین eV ۵/۰ تا MeV ۵/۰ در این دسته قرار می گیرند. این نوترونها دارای انرژی متوسط هستند و بهطور معمول در یک راکتور، در حدود ۲% کل نوترونها را شامل میشوند.
ج) نوترونهای سریع (Fast neutron)
این دسته از نوترونها دارای انرژی بیش از MeV ۵/۰ می باشند. متوسط انرژی نوترونهای سریع MeV۲ است. نوترونهای سریع در واکنشهای بهندرت شرکت میکنند، اما در واکنشهایی که در آنها یک ذره هستهای گسیل میشود، بهخوبی شرکت میکنند (مثل واکنشهای ، یا ). ممکن است دریک نقطه پرتودهنده از یک راکتور، حدود ۵% شار شامل نوترونهای سریع باشد.
مهمترین ویژگیهای هر دستگاه PGNAA داشتن شار نوترون حرارتی بیشینه در محل نمونه و زمینه گامای ضعیف (گامای غیرضروری) است. بنابراین، قسمتهای اصلی یک دستگاه PGNAA مورد استفاده در شناسایی مواد خام سیمان عبارت است از: چشمه نوترونی، کندکننده، حفاظ حذف گامای چشمه، حفاظهای آشکارساز، آشکارساز پرتوهای گاما و بازتابنده نوترون. با توجه به اهمیت چشمه نوترونی در این طرح، این بخش از دستگاه PGNAA به صورت ویژه توضیح داده میشود.
چشمههای نوترونی
نوترون بهعنوان پرتابه، نقش کلیدی در آنالیز فعالسازی نوترونی ایفا میکند؛ بنابراین یکی از موارد بسیار مهم در روش NAA، منبع تولید نوترون است. چشمههای نوترون را میتوان به سه دسته کلی زیر تقسیم کرد.
۱) رادیوایزوتوپ ۲) دستگاه مولد نوترون ۳) راکتور هستهای
الف) چشمه رادیوایزوتوپی
میتوان با بمباران کردن یک عنصر مناسب، رادیوایزوتوپی ساخت که از خود نوترون گسیل میکند. واکنشهای تولید نوترون را میتوان بهصورت زیر دستهبندی کرد. شکل ۵ شماتیک روش فعالسازی نوترونی را نشان میدهد.
شکل ۵- نمودار شماتیک روش فعالسازی نوترونی
واکنشهای که از ابتداییترین راههای تولید نوترون بوده و چادویک در کشف نوترون و پس از آن هوسی در آنالیز نوترونی از آن استفاده کردند. معادله کلی این واکنش بهصورت زیر است:
این واکنش بر اساس علامت Q، میتواند گرمازا (۰<Q) و گرماگیر (۰>Q) باشد.
واکنشهای که اکثر آنها گرمازا بوده و معادله کلی آنها بهصورت زیر است:
واکنشهای که تمام این نوع واکنشها گرماگیر هستند و انرژی آستانه آنها حداقل ۷۸۲/۰ است. شمای کلی این واکنش به صورت زیر است:
واکنشهای ، که با آنها میتوان تقریباً نوترونهای تک انرژی تولید نمود. معادله کلی روش فوتونوترون نیز بهصورت زیر است:
یک منبع دیگر تولید نوترون، ایزوتوپهایی هستند که از طریق شکافت خودبهخود، نوترون تولید میکنند. معروفترین و پرمصرفترین این نوع از چشمههای نوترونی، کالیفرنیم ۲۵۲ Cf)۲۵۲) است؛ زیرا در میان هستههای سنگین، بیشترین شکافت خود به خودی را دارد و به همین دلیل بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. کالیفرنیم ۲۵۲ در راکتورهای هستهای تولید میشود. نیمه عمر چشمههای در مقایسه با چشمه Cf)۲۵۲) نسبتاً طولانیتر میباشد. چشمه کالیفرنیم دارای نیمه عمر ۵/۲ سال است درحالیکه نیمه عمر چشمه امرسیوم-برلیوم Am-Be)۲۴۱) حدود ۴۳۲ سال و چشمه پلوتونیم-برلیوم Pu-Be)۲۳۸) حدود ۸۹ سال است.
اما چشمه کالیفرنیم در مقایسه با چشمه ، شامل مقدار اندکی ماده فعال است، بنابراین میتوان چشمه کالیفرنیمی را در ابعاد خیلی کوچک ساخت. از طرفی با توجه به گستره طیف انرژی نوترون حاصل از منبع کالیفرنیم، حفاظت از بلور آشکارساز در برابر نوترونهای کم انرژی تر چشمه کالیفرنیم در مقایسه با چشمه سادهتر میباشد. بعلاوه طیف انرژی نوترونی چشمه کالیفرنیمی دائمی بوده و شار ثابتی دارد؛ بنابراین، چشمه کالیفرنیم نسبت به چشمه ، بیشتر مورد توجه مراکز پژوهشی، دانشگاهی و پزشکی قرار گرفته است.
منبع کالیفرنیم یا هر منبع ایزوتوپی دیگر، در تمام زاویه فضایی (π۴) تابش میکند که باعث کاهش شار نوترونی میشود. البته میتوان با افزایش اندازه نمونه و زیاد کردن مدت پرتوافکنی، عیب کمبود شار این منبع را تا حد زیادی برطرف کرد، اما این کار باعث بالا رفتن خطا میشود. از دیگر معایب منبع کالیفرنیمی، هزینههای محافظتی و نیاز به یک وسیله نقلیه ویژه برای حملونقل چشمه یا نمونه میباشد، زیرا این نوع از ایزوتوپهای خود به خودی، دائم پرتودهی میکنند.
ب: دستگاه مولد نوترون
واکنش همجوشی اساس کار دستگاههای مولد نوترون است. معمولاً در این روش دوتریم را یونیزه میکنند و آن را در یک میدان الکتریکی شتاب میدهند. سپس آن را با یک تریتیم یا دوتریم دیگر برخورد داده تا واکنش همجوشی رخ دهد.
این نوع واکنشها معمولاً، نوترونهای تک انرژی تولید میکنند. انرژی نوترونهای حاصل از واکنش(D,T) در حدود MeV ۱۴ و بیشینه شار نوترون قابل تولید با آن n/cm۲.s ۱۰۸ است. همچنین انرژی نوترونهای حاصل از واکنش(D,D) در حدود MeV ۵/۲ و بیشینه شار نوترون قابل تولید توسط آن n/cm۲.s ۱۰۵ است. از دستگاه مولد نوترون میتوان (با استفاده از کندکننده) نوترونهای حرارتی به دست آورد، اما معمولاً از دستگاههای همجوشی برای کاربردهایی که احتیاج به نوترونهای سریع دارد، استفاده میکنند.
ج: راکتورهای هستهای
راکتورهای هستهای را میتوان بهعنوان مناسبترین چشمه نوترونی، نام برد. شار نوترونی در یک راکتور علاوه بر پایداری، بسیار زیادتر از بقیه چشمههای نوترونی است. معمولاً در یک راکتور، شار نوترونی با حرکت از نوترونهای حرارتی به سمت نوترونهای پرانرژی، بهسرعت کاهش مییابد؛ اما این توزیع از یک راکتور به راکتور دیگر متفاوت است.
جدول زیر عناصر و محدوده غلظتی آنها (اصطلاحاً اِسپِک خوراک) را نشان میدهد:
ردیف | ساختار شیمیایی عنصر | محدوده غلظتی (% وزنی) |
۱ | Fe۲O۳ | ۸-۰ |
۲ | Cl | ۵/۰-۰ |
۳ | SO۳ | ۵-۰ |
۴ | Na۲O | ۳-۰ |
۵ | K۲O | ۳-۰ |
۶ | MgO | ۵-۰ |
۷ | CaO | ۵-۰ |
۸ | Al۲O۳ | ۵-۰ |
۹ | SiO۲ | ۵-۰ |
۱۰ | H۲O | ۱۰-۰ |
۱۱ | Ba | بالانس |
عدم نیاز به تأمین تمام تجهیزات و متعلقات تا محدوده زمانی حداقل ۱۰ سال
بر اساس پیشنهادها قابل مذاکره میباشد.