کد مطلب : ‌10864
گفت‌وگو با «حمید نقش‌آرا»، عضو هیأت علمی دانشگاه تبریز

تکنولوژی مریخ‌نورد در سونگون

تحویل داده نشدن سورس رادیواکتیو سیستم آنالیزور آنلاین کارخانۀ تغلیظ سونگون درنتیجه تحریم‌های بین‌المللی، مشکلاتی را ایجاد کرده بود که با کمک دانشگاه تبریز حل شد. «حمید نقش‌آرا»، عضو هیأت علمی این دانشگاه در این‌باره با نشریۀ «عصر مس» گفت‌وگو کرده.

بخشی از تحریم‌های بین‌المللی علیه برنامۀ هسته‌ای ایران، مانع از ورود دستاوردهای تکنولوژیک به داخل کشور بود؛ تکنولوژی‌هایی نظیر سیستم آنالیزور آنلاین کارخانۀ تغلیظ یک مجتمع مس سونگون که به‌دلیل تحویل داده نشدن سورس رادیواکتیو آن، نزدیک به یک‌دهه با مشکل مواجه بود. اما مس منطقۀ آذربایجان برای حل این مشکل سراغ دانشگاه تبریز رفت و این‌بار گروه فیزیک این دانشگاه موفق به طراحی و راه‌اندازی سیستم آنالیزور آنلاین کارخانۀ تغلیظ شد. «حمید نقش‌آرا»، عضو هیأت علمی گروه حالت جامد و الکترونیک دانشکدۀ فیزیک دانشگاه تبریز و سرپرست این پروژه، در گفت‌وگو با «عصر مس» دربارۀ این طرح و ویژگی‌های منحصربه‌فردش گفته است.

 

  • کمی دربارۀ طراحی و اجرای سورس رادیواکتیو سیستم آنالیزور آنلاین کارخانۀ تغلیظ مجتمع مس سونگون توضیح دهید.مجتمع مس سونگون با چه دغدغه‌ای سراغ دانشگاه تبریز آمد و این طرح چگونه تعریف و اجرایی شد؟

هدف اصلی پروژه، راه‌اندازی سیستم مولتی‌استریم آنالیزور نصب‌شده در کارخانۀ تغلیظ مس است. این سیستم در سال 1384 در محل کارخانۀ تغلیظ مس نصب شد، ولی به‌دلیل وجود تحریم‌ها به‌رغم نیاز مبرم مهندسان تولید، این سیستم راه‌اندازی نشده بود. بنابراین، از زمان شروع به‌کار کارخانه برای راه‌اندازی سیستم، شرکت‌ها و مؤسسات مختلف داخلی بازدیدهای زیادی را از آن انجام داده بودند، ولی تا قبل از مراجعه به دانشگاه تبریز عملاً نتیجه‌ای حاصل نشده بود. به همین دلیل دانشگاه تبریز از دستگاه بازدید کرد و سپس طرحی در این راستا تعریف شد. البته شروع پروژه یک‌سال به طول انجامید. ما در طول این یک‌سال مشغول کار کارشناسی اولیه و امکان‌سنجی دقیق پروژه بودیم و به همین دلیل این طرح از یک پایۀ علمی بسیار غنی برخوردار است. اما دربارۀ خود طرح می‌توانم بگویم کل این سیستم دارای چند جزء اصلی سیستم تولید و آشکارسازی اشعۀ X، سیستم نرم‌افزاری و سخت‌افزاری اکویزیشن و آنالیز داده‌ها و ارتباطی، سیستم الکتریکی و الکترونیکی ساپورت‌کنندۀ دستگاه اعم از سیستم قدرت و PLC، سیستم پنیوماتیکی و سیستم گردش دوغاب است. این سیستم در حالت کلی نوع پیشرفته و سریع از دستگاه XRF است. در دستگاه‌های XRF معمولی که نمونه‌ای از آن در آزمایشگاه کنترل کیفی مس سونگون وجود دارد، طیف اشعۀ ایکس از یک لامپ اشعۀ ایکس ساطع می‌شود. سپس این طیف برای انتخاب قسمت مناسب آن وارد سیستم مونوکروماتور می‌شود. سپس طیف تک‌رنگ شده به مادۀ آماده‌شده برای آنالیز تابانیده می‌شود. طیف بازگشتی از ماده، وارد آشکارساز از نوع PMT شده و پس از سیگنال کاندیشنینگ، شمارش فوتون‌های رسیده به آن انجام می‌گیرد. این شمارش در زوایای مختلف به‌صورت بسیار دقیق ثبت می‌شود و طیف XRF مربوط به ماده مورد آنالیز تهیه می‌شود. سپس این طیف با استفاده از نرم‌افزاری آنالیز می‌شود. این نرم‌افزار قادر به یافتن عناصر موجود در ماده است و در صورت کالیبره بودن دستگاه می‌تواند درصد هریک از عناصر موجود در مادۀ مجهول را نیز ارائه کند.

  • اما شما از سیستم مولتی‌استریم آنالیزور استفاده کردید.

بله، چون کل فرایند تهیه و آماده‌سازی نمونه (نمونه‌برداری از محل، بردن به آزمایشگاه، خشک کردن و پرس کردن)، برداشتن طیف XRF و آنالیز آن و بازگرداندن نتیجه از طریق شبکۀ کامپیوتری موجود در کارخانه، با این سیستم در بهترین حالت نمی‌تواند به زیر دو ساعت تقلیل یابد؛ اما در سیستم (Multi-Stream Analyzer (MSA، برای بالا بردن سرعت مورد نیاز آنالیز، روش کار بسیار متفاوت است. اشعۀ ایکس تولیدی از یک سورس رادیواکتیو به دوغاب نمونه‌گیری‌شده تابانیده می‌شود. این نمونه‌‎ها به‌وسیلۀ پمپ‌هایی از نقاط مختلف کارخانۀ تغلیظ به محل MSA پمپ می‌شوند و با لوله‌هایی به‌صورت ثقلی به محل اولیه برگردانده می‌شوند. برای دریافت طیف منعکس‌شده از مادۀ مورد آنالیز در این سیستم، از یک آشکارساز نیمه‌هادی از نوع SiLi استفاده شده است. برای فعالیت این آشکارساز نیاز به دمای پایین است که این دما توسط نیتروژن مایع ایجاد می‌شود. برای نگه‌داری نیتروژن در محل سنسور، یک دستگاه دوئر نیتروژن مایع نصب شده است که می‌تواند نیتروژن مایع را تا مدتی حدود یک‌هفته در دمای پایین حفظ کند تا سنسور به کار خود ادامه دهد. بنابراین، در این سیستم هر هفته نیاز به شارژ ده لیتر نیتروژن مایع است. البته در این سیستم نیازی به مونوکروماتور و اسکن زوایای مختلف نیست. این دستگاه خود مجهز به سیستم سینگل‌چانل آنالیزور است که کار تهیۀ طیف را با سرعت بسیار زیادتری انجام می‌دهد. این فرایند برای هر مسیر حدود 60 ثانیه به طول می‌انجامد. نمونه‌گیری آنلاین و دریافت اشعۀ ایکس بازتابی در این سیستم باعث شده است که امکان آنالیز سریع در محل کارخانه با وارد کردن اتوماتیک این هد در داخل دوغاب‌های مختلف نمونه‌گیری‌شده از مراحل مختلف تولید، به‌وجود آید که با سیستم‌های معمول غیرممکن است و نشان از باارزش بودن سیستم MSA دارد.

  • در این طرح چه نوآوری‌هایی داشتید؟

در این طرح باید تجهیزات مورد استفاده دارای قابلیت‌های سیستم قبلی می‌بود؛ اما در عین‌حال علاوه بر دارا بودن قابلیت‌های سیستم قبلی، سیستم جدید دارای ویژگی‌های بسیار ارزنده‌تری است که قابلیت‌های سیستم را به‌طور باورنکردنی بالاتر می‌برد. این قابلیت‌های جدید ناشی از پیشرفت تکنولوژی است که در جهان به‌وجود آمده. هد قبلی این دستگاه بر مبنای استفاده از آشکارساز SiLi و دارای سیستم خنک‌کننده بر پایۀ استفاده از نیتروژن مایع بود. آشکارسازهای SiLi جزو تکنولوژی‌های دهۀ 70 میلادی هستند. شارژ مداوم نیتروژن که باید هفتگی انجام می‌پذیرفت و شارژ نشدن به‌موقع آن، حتی در صورت کار نکردن سیستم باعث صدمات جدی به آن می‌شد و آن را بلااستفاده می‌کرد. این مشکل به‌خاطر ذات این نوع آشکارسازهاست. با استفاده از تکنولوژی قرن جدید یک شرکت آلمانی اقدام به ساخت نوع جدیدی از آشکارسازها کرد که نام آن‌ها آشکارسازهای SDD است. نمونه‌‎هایی از تولیدات این محصول شرکت یادشده، در سال 2002 روی مریخ‌نورد Mars Rover هم نصب شده است. در این آشکارسازها دیگر نیازی به شارژ نیتروژن مایع نیست؛ چون در دماهای بالاتر کار می‌کند؛ بنابراین، خنک‌سازی با یک پلتیۀ معمولی کافی است. این آشکارسازها در دمای منفی15 درجه به‌خوبی کار می‌کنند و حتی قدرت تفکیک بهتری نسبت به آشکارسازهای SiLi دارند و برای انرژی‌های زیر 20 الکترون‌ولت بسیار مناسب‌اند. با استفاده از این وسیله، اطلاعات فوق‌العاده ارزشمندی از ترکیبات سطح سیارۀ مریخ نیز به‌دست آمده است. با جایگزین‌ کردن آشکارساز SDD با SiLi در طرح جدید، دیگر نیازی به شارژ نیتروژن مایع نیست. همچنین، سورس رادیواکتیو با لامپ تولید اشعۀ X جایگزین شده است.

  • این جایگزینی چرا اتفاق افتاد؟

یکی از مهم‌ترین اجزای مورد نیاز برای طراحی هد جدید، مولد اشعۀ X است. راحت‌ترین راه تولید اشعۀ X استفاده از سورس‌های ساخته‌شده از رادیوایزوتوپ‌های اکتیو است. این رادیوایزوتوپ‌های اکتیو به‌طور طبیعی در طبیعت یافت نمی‌شوند؛ چون نیمه‌عمر آن‌ها نسبت به عمر زمین بسیار بسیار ناچیز است (عمر زمین چهار میلیارد سال و نیمه‌عمر این مواد حداکثر چند صد سال است)؛ بنابراین، این مواد به‌طور مصنوعی در آزمایشگاه‌ها ساخته می‌شوند. برخورد مستقیم اشعۀ این مواد به بدن انسان بسیار زیان‌آور است؛ چون همراه با تولید اشعۀ X، اشعۀ گاما، آلفا و بتا نیز تولید می‌کند که در این سیستم به‌درد نمی‌خورد. در طراحی جدید، برای حذف منابع رادیوایزوتوپ‌های فعال، تصمیم بر استفاده از لامپ تولید اشعۀ X گرفته شد. این لامپ‌ها خیلی قابل دسترس‌تر از منابع رادیواکتیو هستند. حسن دیگر لامپ‌ها این است که فقط در صورت کار دستگاه، اشعۀ X تولید می‌کنند و در صورت استفاده نکردن، خاموش می‌شوند؛ بنابراین، کاملاً بی‌خطرند. ثانیاً لامپ‌ها به‌‌هیچ‌ عنوان به‌همراه اشعۀ X، گاما تولید نمی‌کنند که این برتری بسیار قابل توجه است و ایمنی دستگاه را از لحاظ خروج ناخواستۀ اشعه‌های رادیواکتیو بسیار بالا می‌برد. ثالثاً در سیستم مولتی‌استریم آنالیزور، طراحی سیستم اولیه به‌گونه‌ای است که هد دستگاه در دوغاب وارد می‌شود و چون سورس رادیواکتیو شدت کمی دارد، جلوی آشکارساز، پنجره‌ای از جنس پلاستیک بسیار نازک ساخته ‌شده که حداقل جذب فوتون‌های X را داشته باشد.اما در طراحی جدید، با توجه به توان خروجی بسیار بیشتر لامپ اشعۀ X  نیازی به استفاده از پلاستیک بسیار نازک نیست. این باعث ایمنی بیشتر هد دستگاه خواهد شد و دستگاه نسبت به پارگی ناخواستۀ این پنجره، بسیار ایمن‌تر خواهد بود. برای این منظور، در طراحی ما پنجرۀ دوجداره از جنس مایلار استفاده شده که هم از لحاظ مقدار جذب و هم از لحاظ استحکام بسیار ایده‌آل است.

  • آیا تجربه‌ای مشابه طرح شما در کشور یا جهان وجود دارد؟

شاید دقیقاً برای این منظور و در مورد مس خیر. ولی سیستم‌های مشابه با اجزای متفاوت در جهان موجودند؛ مهم معماری سیستم با اجزای موجود و در دسترس است که نسبت به کاربرد دستگاه و محل مورد استفاده درست انجام بپذیرد، که به نظر ما در مورد این طرح به‌خوبی تحقق یافته است.

  • تجربۀ همکاری با صنعت مس چطور بود؟ آیا در جریان این همکاری دانشگاه و صنعت هر دو توانستند سطح دانش و توان خود را بالاتر ببرند؟

همکاری با شرکت مس، افتخار بزرگی برای من بود. به نظر من سطح بالای دانش مهندسان شرکت مس از عوامل اصلی پیشرفت این پروژه بود. همچنین، لازم است از همکاری بی‌دریغ آقایان مهندس بهزاد کارگری، مهندس باقریان، مهندس پرهیزکار، مهندس فتوحی و مهندس رضوی و سایر مهندسان محترم که نام بردن از همۀ آن‌ها در این‌جا امکان‌پذیر نیست، تشکر کنم. همکاری دانشگاه تبریز با شرکت مس می‌تواند به عنوان الگوی بسیار خوب و موفقی از ایدۀ ارتباط دانشگاه با صنعت باشد. دانشگاه تبریز طرح‌های دیگری را نیز با موفقیت کامل در شرکت مس به پایان رسانده، که نشانگر این موضوع است که اعتماد صنعت به دانشگاه می‌تواند نتایج بسیار پرباری داشته باشد.

نام‌ :
ایمیل :
نمایش داده نمی‌شود
متن :
 
عضویت در خبرنامه
نام‌ و نام‌خانوادگی:
ایمیل :
مس پرستلگرام
به نظر شما سایت عصر‌مس‌آنلاین بهتر است بیشتر به چه مطالبی بپردازد؟