Ядерная денситометрия - Nuclear densitometry
.jpg)
Ядерная денситометрия - это метод, используемый в гражданском строительстве и нефтяной промышленности , а также в целях добычи полезных ископаемых и археологии для измерения плотности и внутренней структуры исследуемого материала. В процессах используется датчик ядерной плотности , который состоит из источника излучения , испускающего частицы, и датчика, который подсчитывает полученные частицы, которые либо отражаются от исследуемого материала, либо проходят через него. Вычислив процент частиц, возвращающихся к датчику, датчик можно откалибровать для измерения плотности.
В геотехниках , А ядерная densometer или плотность грунта датчик является инструментом поля , используемый для определения плотности уплотненного материала. Устройство использует взаимодействие гамма-излучения с веществом для измерения плотности либо путем прямой передачи, либо методом «обратного рассеяния». Устройство определяет плотность материала путем подсчета количества фотонов, испускаемых радиоактивным источником (цезий-137), которые считываются детекторными трубками в основании датчика. Для периода подсчета обычно используется 60-секундный интервал времени.
Источники
Для разных целей используются разные варианты. Для анализа плотности очень мелкой объектов , таких как дороги или стен, гамма - источника , такого как эмиттерный 137 Цезий используется для получения гамма - излучения. Эти изотопы эффективны при анализе верхних 10 дюймов (25 сантиметров) с высокой точностью. 226 Радий используется на глубине 328 ярдов (300 метров). Такие инструменты могут помочь найти пещеры или определить места с меньшей плотностью, которые могут сделать строительство туннелей опасным.
Режимы использования
Датчики ядерной плотности обычно работают в одном из двух режимов:
Прямая передача: выдвижной шток опускается в коврик через предварительно просверленное отверстие. Источник испускает излучение, которое затем взаимодействует с электронами в материале, теряет энергию и / или перенаправляется (рассеивается). Излучение, которое теряет достаточную энергию или рассеивается от детектора, не учитывается. Чем плотнее материал, тем выше вероятность взаимодействия и меньше счетчик детектора. Следовательно, количество детекторов обратно пропорционально плотности материала. Коэффициент калибровки используется для соотнесения счета с фактической плотностью.
Обратное рассеяние: выдвижной стержень опускается так, что он находится на одном уровне с детектором, но все еще находится внутри прибора. Источник испускает излучение, которое затем взаимодействует с электронами в материале, теряет энергию и / или перенаправляется (рассеивается). Подсчитывается излучение, рассеянное в сторону детектора. Чем плотнее материал, тем выше вероятность того, что излучение будет перенаправлено на детектор. Следовательно, количество детекторов пропорционально плотности. Коэффициент калибровки используется для соотнесения счетчика с фактической плотностью.
Многие устройства предназначены для измерения как плотности, так и влажности материала. Это особенно важно для отрасли гражданского строительства, поскольку и то, и другое важно для проверки подходящих почвенных условий для поддержки конструкций, улиц, шоссе и взлетно-посадочных полос аэропортов.
Использует
Уплотнение грунта
Ядерный плотномер используется на уплотненном основании для определения процента его уплотнения. Перед проведением полевых испытаний техник выполняет калибровку манометра, который регистрирует «стандартное количество» машины. Стандартные подсчеты - это количество радиации, выпущенной двумя ядерными источниками внутри машины, без потерь или утечек. Это позволяет машине сравнивать количество выпущенного излучения с количеством полученного излучения. С помощью стержня диаметром 3/4 дюйма в уплотненном основании создается отверстие путем вбивания стержня в основание для получения отверстия, в которое может быть вставлен зонд плотномера. Денсометр помещается сверху отверстия, и затем зонд вставляется в отверстие, отпирая ручку в верхней части зонда. Один источник производит излучение, которое взаимодействует с атомами в почве, а затем сравнивается со стандартным счетчиком для расчета плотности. Другой источник взаимодействует с с атомами водорода, чтобы рассчитать процентное содержание воды в почве.
В режиме прямой передачи источник проходит через основание датчика в предварительно просверленное отверстие, располагая источник на желаемой глубине. Процедура тестирования аналогична закапыванию известного количества радиоактивного материала на определенной глубине с последующим использованием счетчика Гейгера на поверхности земли для измерения того, насколько эффективно плотность почвы блокирует проникновение гамма-излучения через почву. По мере увеличения плотности почвы через нее может проходить меньше радиации из-за рассеивания от столкновений с электронами в испытываемой почве.
Поскольку уровень влажности почвы частично отвечает за ее плотность на месте, датчик также содержит нейтронный датчик влажности, состоящий из источника высокоэнергетических нейтронов америция / бериллия и детектора тепловых нейтронов . Нейтроны высоких энергий замедляются, когда они сталкиваются с атомами водорода, и затем детектор считает «замедленные» нейтроны. Это количество пропорционально содержанию воды в почве, поскольку водород в этой воде ( H 2 O) отвечает за почти весь водород, содержащийся в большинстве почв. Датчик рассчитывает содержание влаги, вычитает его из плотности почвы на месте (влажной) и сообщает о плотности почвы в сухом состоянии.
Плотность жидкостей в трубах
Датчики ядерной плотности также могут использоваться для измерения плотности жидкости в трубе. Если источник установлен на одной стороне трубы, а детектор - на другой, количество излучения, видимого детектором, зависит от защиты, обеспечиваемой жидкостью в трубе. Компания Tracerco была пионером в использовании излучения для измерения плотности в 1950-х годах и определила, что закон Бера – Ламберта применим как к излучению, так и к оптике. Датчики обычно калибруются с использованием газа и жидкости известной плотности, чтобы найти неизвестные в уравнении. После калибровки и до тех пор, пока юстировка детектора источника остается постоянной, можно рассчитать плотность жидкости в трубе. Одним из факторов является период полураспада радиоактивного источника (30 лет для 137 Cs), что означает, что систему необходимо регулярно калибровать. Современные системы включают поправку на распад источника.
Обнаружение подземных вод
Другой вариант - использовать сильный источник нейтронов, такой как 241 Америций / Бериллий, для получения нейтронного излучения, а затем измерить энергию обратного рассеяния нейтронов . Поскольку водород обычно замедляет нейтроны, датчик может рассчитать плотность водорода и обнаружить карманы с подземной водой, влажность на глубине до нескольких метров, содержание влаги или асфальт.
Испытательные сепараторы
Источники нейтронов можно также использовать для оценки производительности сепаратора (добыча нефти) таким же образом. Газ, нефть, вода и песок имеют разную концентрацию атомов водорода, которые отражают разное количество медленных нейтронов. Используя головку, которая содержит источник нейтронов 241 AmBe и детектор медленных нейтронов , путем сканирования ее вверх и вниз по сепаратору можно определить уровни границы раздела в сепараторе.