Fizikai Szemle 2005/10. 340.o.

A NUKLEÁRIS TECHNIKA FEJLŐDÉSE A THAIFÖLDI THAMMASAT EGYETEMEN

Tawee Chim-oye
Fizika Tanszék, Thammasat Egyetem, Thaiföld

Mikrokontrollerek mérőrendszerekben történő alkalmazásával csökkenthető az elektromos áramkörök bonyolultsága, növelhető az adatok pontossága és a rendszer könnyen változtatható, fejleszthető. Egy neutronszámláló fontos eszköz a tanuláshoz és a kutatáshoz, amelyet általában méregdrágán kell importálnunk külföldről. Mérőrendszerek fejlesztése elengedhetetlenül szükséges a thai tudomány fejlődése érdekében, ezért fejlesztettük ki a BF3-detektorral és mikrokontrollerrel működő neutronszámláló prototípusát. Írásunkban bemutatjuk, hogy a kifejlesztett eszközt mi módon alkalmaztuk nedvességtartalom mérésére és üzemanyag-összetétel vizsgálatára.

1. ábra 2. ábra

Elmélet

A sugárzás detektálására és mérésére kifejlesztett eszköznek két része van. Az érzékelő egység a sugárzás energiáját elektromos jellé alakítja. Az elektromos jel vagy egyenesen a kijelzőhöz kerül, vagy előbb erősítésre van szükség.

Az észlelő egységeket az ionok begyűjtése szempontjából két csoportra bonthatjuk. Egyrészt azok az észlelők, amelyek működése az összegyűjtött ionok mennyiségén múlik, másrészt, amelyek működése független az ionok mennyiségétől. Az első csoportba tartoznak például az ionizációs kamrák, a proporcionális számlálók vagy a Geiger-számláló, míg a fotografikus eljárások, a ködkamra vagy a szcintillációs számlálók a második csoportba.

3. ábra 5. ábra

Jelen munkában a nagyobb minták hidrogéntartalmának meghatározásához 3 mCi aktivitású Am-Be-neutronforrást használtunk egy BF3-detektorcsővel. A neutronreflexiót alkalmazó módszer vázlatát az 1. ábrán mutatjuk be.

A kifejlesztett elektronikai rendszer egy nagyfeszültségű részből, egy erősítőből és a BF3-detektorhoz kapcsolt számlálóegységből áll (2. ábra).

1. táblázat

A megépített nagyfeszültségű tápegység 0 és 2000 V között változtatható egyenfeszültséget szolgáltat, amelyet egy durva és egy finom beállítással lehet szabályozni. A maximum 5 V amplitúdójú jelet szolgáltató erősítővel hajtjuk meg a számlálóegységet. A számlálóegység lelke, az MCS-51 (8031) mikrokontroller, automatikusan működik. A számlálási időintervallum 1 másodperctől 99 óra 59 perc 59 másodpercig állítható be, s a számlálási periódus 99-szer ismételhető. A rendszert frekvenciagenerátor segítségével teszteltük, azt találtuk, hogy 0-200 kHz tartományban 0,02% hibával képes mérni. Az eredményeket azonnal ki lehet nyomtatni.

4. ábra ábra

Kalibrációs eljárás

A kifejlesztett rendszert először egy Thaiföldön elterjedt liszt nedvességtartalmának meghatározására használtuk. A lisztet megfelelő kályhában kiszárítottuk, majd ismert mennyiségű vizet adtunk hozzá. A víztartalom és a többlet- beütésszám között tapasztalt összefüggés adja meg a kalibrációs görbét a következő egyenlettel, ugyanezt bemutatjuk a 3. ábrán is:

Kifejlesztett rendszerünkkel ezt követően valódi lisztek nedvességtartalmát mértük. Öt lisztfajtát választottunk a tanulmányhoz: cassava-, kukorica-, rizs-, botrizs- és kenyérlisztet. Minden fajtából két különböző termelőtől vettük a mintát, eredményeink az 1. táblázatban láthatóak. Azt találtuk, hogy a neutron-visszaszórásos eljárással mért víztartalom jól egyezik a hagyományos, tömegméréssel kapott víztartalommal.

A kifejlesztett rendszer alkalmazásai

Víztartalom a duriánban szüretelés után

A durián a dél-ázsiai országok, mint Indonézia, Malajzia és Thaiföld egyik legfőbb exportálandó gyümölcse. Thaiföld például 800 millió bath1 éves bevételre tesz szert a friss durián eladásából. Közel 100 fajtája ismert ezen a vidéken, bár közülük csak néhányat termesztenek. Thaiföldön a népszerű fajták a Kop, a Chanee, a Kan Yao és a Mon Thong. Ezek a gyümölcsök2 gömbölydedek vagy ovális alakúak, csonthéjuk zöldes, barnás-zöldes, húsuk aranysárga, puha és édes (4. ábra). A durián minősége nagymértékben függ nedvességtartalmától, amely akkor jó, ha a gyümölcs ehető húsában 64% körüli [4]. Azt szokták mondani, hogy a gyümölcs nedvességtartalma a durián növekedése során is, majd a szüret után végig csökken, olyan módon, ahogyan azt az 5. ábra mutatja. Noha a duriánt évtizedek óta exportáljuk, standard minőségvizsgálatot eddig nem dolgoztunk ki. A régi, hagyományos eljárás az volt, hogy a szürettel a virágzás után 95- 120 napot kell várni - a fajtától, a földrajzi helytől függően. A szüret után a hőmérséklettől és a levegő páratartalmától függően 7-14 nap elteltével lehet a duriánt a piacra vinni. Volt olyan eljárás is, hogy a héját ütögetve a hangjára kell figyelni, érett-e már, vagy illatáról lehet ugyanezt eldönteni. Az általunk kifejlesztett módszerrel a durián nedvességtartalmát határoztuk meg.

6. ábra 7. ábra

Három különböző méretű duriánfajtát vizsgáltunk. A 6. ábrán bemutatjuk, hogyan csökken súlyuk a szüret után. Azt állíthatjuk, hogy a szüretet követő 5.-7. napokon a durián súlya lineárisan csökken. A súlycsökkenés a környezet hőmérsékletétől és páratartalmától függően körülbelül 10-15%.

A relatív beütésszám a szüretet követő időben lineárisan csökkent (7. ábra). Mind a relatív beütésszám, mind a súlycsökkenés időbeli változása hasonlóan alakult (igaz, a súlycsökkenés meredekebben). Ezt az jelzi, hogy a termikus neutronok száma csökken a nedvességtartalom csökkenésével.

A hidrogéntartalom és a (C+O)/H-arány meghatározása üzemanyagmintákban

Különböző, nagy térfogatú anyagminták hidrogéntartalmát lehet meghatározni a gyors és roncsolásmentes neutronfizikai eljárásokkal [5-7]. Az eljárás során a termikus neutronfluxus okozta többlet-beütésszámot hasonlítjuk össze a vizsgált anyag jelenlétében, illetve nélküle.

8. ábra 9. ábra

Olyan folyékony szénhidrogéneket használtunk a kalibrációhoz, amelyekben a hidrogén- és széntartalom, valamint a (C+O)/H-arány ismert volt. A kalibrációs görbék a hidrogéntartalom és a (C+O)/H-arány esetére a 8. és 9. ábrán láthatóak. A mért többlet-beütésszám () függése a hidrogéntartalomtól a következő függvénnyel írható le:

Ugyanakkor a mért többlet-beütésszám () a (C+O)/H-arány másodfokú függvénye:

Három üzemanyagfajtát vizsgáltunk: 91 és 95 oktánszámú benzint, valamint dízelolajat. Öt különböző kereskedőtől szereztük be a mintákat. Az elemzések eredményét a 2. táblázat mutatja. Látható, hogy a hidrogéntartalom 14,1 és 15,7 tömeg% között változik, a (C+O)/H-arány pedig4,9 és 6,0 között. A méréseket többször megismételtük. Úgy találtuk, hogy az eredmények standard hibája nem haladta mega 0,2 értéket.

2. táblázat

Következtetés

Úgy ítéljük meg, hogy a most kifejlesztett elektronikus mérőrendszer jól használható és lényegesen olcsóbb, mint a külföldről behozhatók. Ezen túlmenően e rendszer alkalmazható más munkákban is.

Irodalom
  1. J.L. DUGGAN: Laboratory Investigations in nuclear science - TENNELEC, Oak Ridge, TN USA, 1998.
  2. E. DE SILVA: Durian Leads Way as Exports Surge - Bangkok Post 1996. augusztus 19.
  3. E. DE SILVA: Good Longan Crop Helps Fruit Exports Grow 60% - Bangkok Post 1997. január 21.
  4. Durian Online (DOL), Durian, durian@ecst.csuchico.edu
  5. M. BUCZKÓ, Z. DEZSŐ, J. CSIKAI - J. Radioanal. Chem. 25 (1975) 179
  6. S.M. AL-JOBORI, S. SZEGEDI, M. BUCZKÓ - Radiochem. Radioanal. Lett. 33 (1978) 133
  7. S. SZEGEDI, Z. DEZSŐ - Radiochem. Radioanal. Lett. 52 (1982) 343

____________________________

Csikai Gyulának ajánlva, 75-ik születésnapjára. Fordította: Tóth Eszter.

____________________________

1 1 thai bath 4,78 forint, 800 millió thai bath 3,8 milliárd forint
2 A durián gyümölcs hazánkban erős illatáról híresült el. Ez a szag valóban kellemetlenné válik, ha a durián már túlérett vagy erjedésnek indul. A rendkívül finom durián többek között azért a legdrágább gyümölcsök egyike, mert igen rövid ideig, csupán néhány napig fogyasztható (a fordító megjegyzése).