| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Affaldssortering baseret på online detektion af grundstoffer

6 Prøveopstilling

• 6.1 Introduktion
• 6.2 Demonstrationsanlægget
• 6.3 Software

6.1 Introduktion

Der er som led i projektet bygget et PGNAA-demonstrationsanlæg.

Figur 11. Demonstrationsanlægget

Formålet med anlægget er

• At demonstrere sortering af den udvalgte affaldsstrøm (PVC).
• At fungere som generel testopstilling til fremtidig belysning af en række forskellige sorteringsproblemer.
• At afprøve visse teknikker, der ud fra designstudiet forekommer lovende, som f.eks. udnyttelse af coincidens.

6.2 Demonstrationsanlægget

Demonstrationsanlægget er bygget efter den under det tekniske forstudium beskrevne konfiguration "fællesmoderator, to kilder, to detektorer". Denne konfiguration er valgt af følgende grunde:

• En fællesmoderator-konfiguration har stor udnyttelsesgrad af de genererede neutroner, hvorfor anlægget har kunnet klare sig med en relativ beskeden neutronkilde ^[9], og en væsentlig kapacitet har således kunnet etableres uden de strålehygiejniske problemer, som en større neutronkilde ville medføre.
• Konfigurationen er den mindste med et nogenlunde homogent måle- og neutronfelt, hvorfor responsen fra et givet prøveemne vil være nogenlunde den samme i hele målevolumenet.
• To detektorer giver mulighed for at detektere coincidens.

Figur 11 viser demonstrationsanlægget i sin helhed.

Anlægget domineres af moderatoren, der består af polyethylen og kan ses som en sort, tilnærmet kubisk klods med sidelængden ca. 700 mm. Gennem moderatoren løber prøvekanalen, i hvis midte målevolumenet befinder sig.

På Figur 11 ses tillige computerkonsollen, hvor data opsamles, behandles og vises og logges, og hvorfra anlæggets udkaster styres.

Gennem prøvekanalen løber et smalt transportbånd, hvis hastighed kan reguleres mellem 0,05 og 1,50 m/s. Prøvekanal og transportbånd kan ses på Figur 12 og Figur 13. Det ses, at prøvekanalen forløber ubrudt igennem moderatoren (såvel neutroner som prompt gamma gennemtrænger kanalens væg).

Figur 12. Indgangshullet til målekanalen; transportbåndet igennem denne.

Figur 13. Målekanalen; det forreste batteri er i centrum af målevoluminet.

Målekanalen er dimensioneret "så lille som muligt" (idet dette giver højest følsomhed), men så rimelige materialeprøver kan passere. Dette er gjort primært med henblik på PVC, hvor emnestørrelsen på beslutningstidspunktet var (og stadig er) uvis. Prøvekanalen er således gjort så stor, at PVC-emner af en størrelse, der medfører en i en industriel sammenhæng fornuftig kapacitet (vurderet som værende over 1.000 tons/år, se evt. kapacitetseksemplet i afsnit 3.1.5.1.2), kan passere ^[10].

Neutronkilderne er placeret over og under prøvekanalen, i blyindkapslinger. Der er herudover specielle zoner rundt om hver kilde, hvor moderatoren består af en blanding af bismutoxid og paraffin, idet førstnævnte, der er en (i øvrigt ugiftig) tungmetalforbindelse, absorberer uønsket gammastråling fra neutronkilde og moderationsprocessen, mens gode moderatoregenskaber stadig opretholdes. Den positive effekt af dette arrangement er verificeret gennem simulering ^[11], ligesom den optimale afstand fra neutronkilde til kanalens væg er bestemt ved simulering.

De to detektorer er placeret på hver sin side af målekanalen, den ene detektor kan ses på Figur 14. Detektorerne er kølede, idet dette giver en bedre effektivitet såvel som en bedre stabilitet af disse (køleren kan ses på Figur 15). Detektorerne er forsynet med såvel en neutronafskærmning som en retningsbestemt blyafskærmning, og er herudover isolerede af hensyn til kølingen.

Som detektormateriale er valgt materialet BGO, der er kendetegnet ved dels at være relativt ufølsomt for neutronstråling, dels at have specielt god "stopping power" for de meget energirige gammafotoner, der bærer den mest værdifulde information i PGNAA-spektra. Til gengæld har materialet behov for moderat køling, dårligere energiopløsning end alternativet NaI(Tl), og en ganske høj pris.

Da elektronik for detektion af coincidens ikke var kommercielt tilgængeligt til en for projektet rimelig pris, er der konstrueret en sådan elektronik, der via et interface kommunikerer med den tilknyttede PC. Elektronikken kan ses på Figur 16.

Figur 14. Den ene detektor; slanger til køling kan ses.

Figur 15. Gennemstrømningskøleren til detektorerne.

Figur 16. Detektorelektronik/computerinterface.

Anlægget er forsynet med en simpel, pneumatisk udkaster, der styres af den tilknyttede PC, idet denne detekterer passage af emner gennem målevoluminet, beregner det pågældende emnes midtpunkt og aktiverer udkasteren, når emnet senere er udfor denne. Udkasteren kan ses på Figur 17; billedet er taget mens en NiCd-akkumulator (svævende) skydes af båndet.

Figur 17. Udkaster; et batteri kastes netop ud

6.3 Software

Softwaren er hierarkisk opbygget og består af

• En realtids-infrastruktur for transport og nøjagtig tidsmarkering af store mængder rå måledata fra detektorerne. Multiple klienter har adgang til dette datalag.
• En overbygning på denne struktur for energikorrektion af detektorer og validering af coincidenser. Multiple klienter har adgang til dette datalag.
• En overbygning på denne struktur, der genererer tidsserier af spektre og coincidenskort, samt tidsserier af vægtede summer af måledata (kalibreringer). Multiple klienter har adgang til dette datalag.
• Et displayprogram, der viser vægtede summer som funktion af tid, og som har visse logningsfaciliteter.
• Et udkasterstyringsprogram, der opererer på valgfri tidsserie fra øverste datalag.

  Softwaren er implementeret på en PC under styresystemet Linux, og er forberedt for industriel anvendelse.

Fodnoter

[9] Demonstrationsanlægget har plads til to neutronkilder, ligesom der er indkøbt to. Kilderne er imidlertid indkøbt dobbelt så store som nødvendigt; og da de under projektet gennemførte forsøgsserier ikke har krævet et specielt homogent neutronfelt, er forsøgene gennemført med een kilde. Idet kilderne har begrænset levetid (halveringstid 2.67 år), er kilderne på den måde sikret en længere levetid, idet begge kilder kan monteres, når de er halveret ned til halv styrke.

[10] Da sortering af NiCd-batterier på designtidspunktet ikke var på tale, er kanalen uheldigvis dimensioneret, så en almindelig batteripakke til håndværktøj ikke kan passere.

[11] Det er ligeledes ved simulering undersøgt, hvorvidt en moderator baseret på en blanding af grafit og paraffin i stedet for polyethylen ville være en fordel, idet hypotesen var, at en mindre hydrogenkoncentration ville medføre færre hydrogen-capture-reaktioner. Simuleringerne kunne imidlertid afkræfte dette, hvorfor denne vej ikke er forfulgt.

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |

Version 1.0 December 2005, © Miljøstyrelsen.