Design and Development of A Remote-Controlled Sample Changer for Radiation Detectors with An Armored Measuring Chamber

Year 2023, , 1824 - 1835, 15.12.2023

Yasin Karan , Emre Yıldız , Serdar Dizman , Soner Tokçalar

https://doi.org/10.31466/kfbd.1356337

Abstract

In today's industrial landscape, many valuable machines operate continuously for 24 hours a day, often requiring the presence of an attendant. However, with the advancements in industrial revolutions, machines have been adapted to be remotely controlled through fundamental technologies such as information technology and robotic arms. This capability presents a potential for energy and resource conservation. In this study, remote control access has been implemented for a device with an armored measurement chamber, specifically a High Purity Germanium Detector. This detector has the capacity to determine the gamma radiation levels in various environmental samples (food, water, soil, granite, ceramics, etc.). However, as the detector operates cooled with liquid nitrogen, manual replacement of samples is required after completing measurements. The duration of sample replacement varies depending on the type of material measured (25000-80000 s), and sometimes replacements may occur late at night or over weekends. In this context, when manual sample replacement is not done on time, the detector consumes both electricity and liquid nitrogen unnecessarily. This leads to wasteful consumption of both electrical energy and liquid nitrogen. In this study, a remotely controlled sample replacement system has been designed and developed for radiation detectors with armored measurement chambers. This not only provides significant convenience to researchers but also prevents the waste of energy and liquid nitrogen.

Keywords

Detector, sample changer, Holder, Machine manufacturing

Zırhlı Ölçüm Odasına Sahip Radyasyon Dedektörleri için Uzaktan Kontrollü Numune Değiştiricisinin Tasarlanması ve Geliştirilmesi

Abstract

Günümüzde, birçok değerli makine sürekli olarak 24 saat boyunca aktif olarak çalışırken genellikle yanında bir görevli gerektirmektedir. Ancak, gelişen endüstri devrimleri sayesinde, bilişim teknolojileri ve robot kolları gibi temel teknolojilerle makineler uzaktan kontrol edilebilir hale gelmiştir. Bu durum, enerji ve kaynak tasarrufu sağlama potansiyeli taşımaktadır. Bu çalışmada, zırhlı ölçüm odasına sahip bir manuel numune değiştiricili cihaz olan Yüksek Saflıkta Germanium Dedektörü'nün uzaktan erişimle kontrol edilebilmesi sağlanmıştır. Bu dedektör, çeşitli çevresel örneklerde (gıda, su, toprak, granit, seramik vb.) gama radyasyon miktarını belirleme kapasitesine sahiptir. Ancak, bu dedektör sıvı azot ile soğutularak çalıştığından, ölçümlerin tamamlanmasının ardından numunelerin manuel olarak değiştirilmesi gerekmektedir. Numune değişim süreleri, ölçülen malzemenin türüne bağlı olarak değişiklik gösterir (25000-80000 s). Ancak, numune değişimleri bazen gece geç saatlere veya hafta sonlarına denk gelebilir. Bu bağlamda, manuel olarak zamanında numune değişimi yapılmadığında dedektör hem elektrik sarfiyatı yapmakta hem de sıvı azot tüketmektedir. Bu durum, boş yere hem elektrik enerjisi hem de sıvı azot israfına yol açmaktadır. Bu çalışma kapsamında, zırhlı ölçüm odalı radyasyon dedektörleri için uzaktan kontrollü bir numune değiştirme sistemi tasarlanmış ve geliştirilmiştir. Bu sayede, araştırmacılara büyük kolaylık sağlanacak ve aynı zamanda enerji ve sıvı azot israfının önüne geçilecektir.

Keywords

Dedektör, Numune değiştirme, Tutucu, Makine Üretimi

Supporting Institution

TÜBİTAK

Thanks

Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından 2209-B kapsamında desteklenmiştir

References

• Canas, H., Mula, J., Díaz-Madroñero, M., and Campuzano-Bolarín, F. (2021). Implementing industry 4.0 principles. Computers & industrial engineering, 158, 107379. https://doi.org/10.1016/j.cie.2021.107379
• Çelebi, A., Korkmaz, A., Yılmaz, T., & Tosun, H. (2019). 3 boyutlu yazıcı ile 6 eksenli robot kol tasarım ve imalatı. International Journal of 3D Printing Technologies and Digital Industry, 3(3), 269-278.
• Dalenogare, L. S., Benitez, G. B., Ayala, N. F., and Frank, A. G. (2018). The expected contribution of Industry 4.0 technologies for industrial performance. International Journal of production economics, 204, 383-394. https://doi.org/10.1016/j.ijpe.2018.08.019
• Gago, J., Baltuano, O., Hernandez, Y., Cunya, E., Chan, R., & Bedregal, P. (2018). Design and Manufacture of a Sample Changer Made In-House for Irradiation Automation in Neutron Activation Analysis. International Atomic Energy Agency (IAEA), 49(26), No: 49053200.
• Ghobakhloo, M. (2020). Industry 4.0, digitization, and opportunities for sustainability. Journal of cleaner production, 252, 119869. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.119869
• Gümüş, F. (2017). Bilgisayarla Bütünleşik İmalat Sistemi Tasarımı. Mühendis Beyinler Dergisi, 1(2), 53-69.
• Hoshikawa, A., Ishigaki, T., Nagai, M., Kobayashi, Y., Sagehashi, H., Kamiyama, T., ... & Kasao, T. (2009). Development of an automatic sample changer for iMATERIA. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 600(1), 203-206. https://doi.org/10.1016/j.nima.2008.11.031
• Lasi, H., Fettke, P., Kemper, H. G., Feld, T., and Hoffmann, M. (2014). Industry 4.0. Business & information systems engineering, 6, 239-242. https://doi.org/10.1007/s12599-014-0334-4
• Martiel, I., Buntschu, D., Meier, N., Gobbo, A., Panepucci, E., Schneider, R., ... & Wang, M. (2020). The TELL automatic sample changer for macromolecular crystallography. Journal of synchrotron radiation, 27(3), 860-863. https://doi.org/10.1107/S1600577520002416
• Neto, A.D., Menezes, M.A.B. C., Pelaes, A.C.O. and Jacimovic, R. (2018). Automatic sample changer for neutron activation analysis at CDTN, Brazil. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 315, 689–694. https://doi.org/10.1007/s10967-017-5672-5
• Unlu, K., Pearson, C., Hauck, D. K., & Kuniholm, P. I. (2009). Dating volcanic eruptions with tree-ring chemistry. IEEE Potentials, 28(5), 36-44. https://doi.org/10.1109/MPOT.2009.934193