[发明专利]利用位置敏感型检测器检测背散射辐射的密度分布测量

说明书

技术领域

本发明涉及利用位置敏感型检测器检测背散射辐射的密度分布测量。

背景技术

伽马射线用于通过使用与伽玛射线检测器相对定位的伽玛射线源测量容器中的流体的密度和水位。这些穿透伽玛射线密度和水位测量在测量的物质危险、极热的情况下或者直接接触测量不可能的情况下是有用的。另外，源和检测器安装在容器外部，并且不需要对容器进行修改。通过源发射的伽马射线可以通过容器和容器中的物质吸收或者被衰减。到达与源相对的检测器的伽马辐射的强度可以用于基于源的强度指示容器中的流体的密度或者水位。

当测量流体水位时，例如，多个伽玛射线发射器和/或检测器可以定位在容器的相对侧，其中有或者没有信号(或者标称低信号)可以指示源和检测器之间的适当位置处有或者没有流体。信号电平/无信号电平检测器中的容器尺寸会比用于伽玛射线密度计的尺寸大很多，如下所述，这是因为伽马射线不容易被容器中的蒸气吸收或者通过容器中的蒸气衰减。

对于流体密度，例如，通过伽玛射线源和检测器之间的流体可以吸收或者衰减由所述源发射的伽马射线。高辐射计数表示低流体密度，而低计数表示高流体密度。

然而，使用伽马射线的穿透密度测量仅能够用于限定的容器尺寸和/或流体密度。例如，对于相似尺寸的源，更高流体密度的流体可以吸收更多伽马射线，因此导致更少伽马射线到达检测器。类似地，由于容器尺寸被增加，伽马射线必须通过吸收伽马射线的更大量的物质(容器和流体)，从而导致更少伽马射线到达检测器。因此，依此方式的伽玛射线密度测量当前仅能够用于直径达到大约1米的容器。

用于穿透密度测量的伽马射线当前使用的另一个缺点是固定尺寸检测器所对着的立体角以及因此还有计数速率与容器的尺寸的平方成反比。计数速率n可以由以下公式近似表示：

n～Ωe^-d/λ～(e^-d/λ)/d²    (1)

其中n是计数速率，d是容器直径，而λ是取决于密度的吸收长度。对于固定尺寸检测器，容器直径d的增加导致计数速率的降低和更大的误差率。因此，对于噪声环境中的大型容器，这变得不能区分来自杂散背景信号的伽马射线信号，因此，不能获得有用信息。

为克服厚度、尺寸和密度限制，可以增加伽玛射线源的强度，因此使可测量量的伽马射线到达检测器。然而，成本、安全、多单元效率和可靠性中的每一个都可以限制可使用的源强度。例如，放射源的使用产生人员安全和环境的问题，并需要保护人员的铅屏蔽或者钨屏蔽、特殊的操作预防措施和设备以及处置和补救措施。此外，因为伽马射线由点源而并不是定向源产生，所以当源的尺寸增加时，需要容纳不同于通过容器的方向上的辐射的屏蔽的量必须增加，因此，进一步增加了成本。

对于多单元效率，化工厂可能希望在多个容器上使用伽玛射线液位计和密度计。然而，由于计量仪器的数量增加或者伽玛射线源的强度增加以克服尺寸限制，可能出现相邻容器上的伽玛射线源和检测器之间的串扰，导致效率降低和可能的错误读数。

对于测量密度分布的问题，即，密度作为容器中的高度的函数，会发生类似问题。例如，当尝试在单个容器上使用多个单元以便估算容纳在容器中的流体的密度分布，尺寸限制和伽玛射线源之间的串扰使现有技术不能产生准确且可靠的密度分布测量。

对于安全性，由于关于放射性材料的迅速扩散和可能走私或者其它输送的世界性的问题的增加，州、地区和国家政府基于可以存在于单个场所的放射性材料的总量来调节设备安全性要求。例如，得克萨斯州对于其中总居里数超过27居里的设备需要额外的安全措施(例如，本底检查、可接近性等等)，其中总居里数基于设备的全部放射源的总和。因此，使用较大源以克服容器尺寸限制可能会导致需要用于安全性的额外费用的增加。

因此，需要具有伽玛射线密度计，该伽玛射线密度计可以使用在较大容器上。另外，需要具有一种非接触式密度计，该非接触式密度计需要较低强度的辐射源。另外，需要具有一种非接触式密度计，该非接触密度计可以测量除容器中单个位置处的密度之外的流体的密度分布。

发明内容

通常，一方面，在此处公开的实施例涉及密度分布测量设备，该密度分布测量设备包括至少一个位置敏感型伽马射线检测器，所述至少一个位置敏感型伽马射线检测器被构造成紧邻容器定位，其中所述位置敏感型伽马射线检测器被构造成获得背散射伽马射线计数分布。所述位置敏感型伽马射线检测器还被构造成根据背散射伽马射线计数分布确定过程容器中容纳的流体的密度分布。