Densytometria jądrowa - Nuclear densitometry
.jpg)
Densytometria jądrowa to technika stosowana w budownictwie cywilnym i przemyśle naftowym , a także w górnictwie i archeologii, do pomiaru gęstości i wewnętrznej struktury badanego materiału. W procesie wykorzystuje się miernik gęstości jądrowej , który składa się ze źródła promieniowania emitującego cząstki oraz czujnika zliczającego odebrane cząstki, które są albo odbijane przez badany materiał, albo przez niego przechodzą. Obliczając procent cząstek powracających do czujnika, miernik można skalibrować w celu pomiaru gęstości.
W inżynierii geotechnicznego , A Densometr jądrowy lub gęstości gleby miernik jest urządzeniem pola wykorzystywane do określania gęstości sprasowanego materiału. Urządzenie wykorzystuje oddziaływanie promieniowania gamma z materią do pomiaru gęstości, albo poprzez bezpośrednią transmisję, albo metodą „rozpraszania wstecznego”. Urządzenie określa gęstość materiału, zliczając liczbę fotonów emitowanych przez źródło radioaktywne (cez-137), które są odczytywane przez rurki detektora w podstawie miernika. W okresie zliczania zwykle stosuje się 60-sekundowy przedział czasu.
Źródła
Różne warianty są używane do różnych celów. Do analizy gęstości bardzo płytkich obiektów, takich jak drogi lub ściany, do wytwarzania promieniowania gamma używany jest emiter źródła promieniowania gamma, taki jak 137 cezu . Te izotopy skutecznie analizują górne 10 cali (25 centymetrów) z dużą dokładnością. 226 Rad jest używany na głębokościach 300 metrów (328 jardów). Takie instrumenty mogą pomóc w znalezieniu jaskiń lub zidentyfikowaniu miejsc o mniejszej gęstości, które mogłyby uczynić budowę tunelu niebezpieczną.
Tryby użytkowania
Mierniki gęstości jądrowej działają zwykle w jednym z dwóch trybów:
Bezpośrednia transmisja: chowany pręt jest opuszczany do maty przez wstępnie wywiercony otwór. Źródło emituje promieniowanie, które następnie oddziałuje z elektronami w materiale i traci energię i / lub jest przekierowywane (rozpraszane). Promieniowanie, które traci wystarczającą energię lub jest rozpraszane z detektora, nie jest liczone. Im gęstszy materiał, tym większe prawdopodobieństwo interakcji i mniejsza liczba detektorów. Dlatego liczba detektorów jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości materiału. Współczynnik kalibracji służy do powiązania liczby z rzeczywistą gęstością.
Rozpraszanie wsteczne: wysuwany pręt jest opuszczany tak, aby znajdował się równo z detektorem, ale nadal w instrumencie. Źródło emituje promieniowanie, które następnie oddziałuje z elektronami w materiale i traci energię i / lub jest przekierowywane (rozpraszane). Zliczane jest promieniowanie rozproszone w kierunku detektora. Im gęstszy materiał, tym większe prawdopodobieństwo, że promieniowanie zostanie przekierowane w kierunku detektora. Dlatego liczba detektorów jest proporcjonalna do gęstości. Współczynnik kalibracji jest używany do skorelowania liczby z rzeczywistą gęstością.
Wiele urządzeń jest zbudowanych tak, aby mierzyć zarówno gęstość, jak i zawartość wilgoci w materiale. Jest to ważne szczególnie dla branży budownictwa cywilnego, ponieważ oba są niezbędne do weryfikacji odpowiednich warunków glebowych pod konstrukcje, ulice, autostrady i pasy startowe na lotniskach.
Używa
Zagęszczanie gruntu
Densometr jądrowy jest używany na zagęszczonej podstawie, aby określić procent zagęszczenia. Przed wykonaniem testów w terenie technik przeprowadza kalibrację na mierniku, który rejestruje „standardowe liczenie” maszyny. Liczby standardowe to ilość promieniowania uwolnionego przez dwa źródła jądrowe wewnątrz maszyny, bez strat lub wycieków. Umożliwia to maszynie porównanie ilości uwolnionego promieniowania z ilością odebranego promieniowania. Za pomocą pręta o średnicy 3/4 cala wykonuje się otwór w zagęszczonej podstawie poprzez wbijanie pręta w podstawę w celu wykonania otworu, w który można włożyć sondę gęstościomierza. Densometr jest umieszczany na górze otworu, i następnie sondę wkłada się do otworu, odblokowując uchwyt w górnej części sondy. Jedno źródło wytwarza promieniowanie, które oddziałuje z atomami w glebie, a następnie jest porównywane ze standardową liczbą w celu obliczenia gęstości. Drugie źródło oddziałuje z wodorem atomem, do obliczenia procentowej wody w glebie.
W trybie transmisji bezpośredniej źródło przechodzi przez podstawę miernika do wywierconego wcześniej otworu, ustawiając źródło na żądanej głębokości. Procedura testowa jest analogiczna do zakopywania znanej ilości materiału radioaktywnego na określonej głębokości, a następnie za pomocą licznika Geigera na powierzchni ziemi, aby zmierzyć, jak skutecznie gęstość gleby blokuje przenikanie promieniowania gamma przez glebę. Wraz ze wzrostem gęstości gleby może przez nią przechodzić mniej promieniowania, dzięki rozproszeniu w wyniku zderzeń z elektronami w badanej glebie.
Ponieważ wilgotność gleby jest częściowo odpowiedzialna za jej gęstość lokalną, miernik zawiera również miernik wilgotności neutronów składający się z wysokoenergetycznego źródła neutronów z ameryku / berylu i detektora neutronów termicznych . Wysokoenergetyczne neutrony są spowolnione, gdy zderzają się z atomami wodoru, a detektor zlicza następnie „spowolnione” neutrony. Liczba ta jest proporcjonalna do zawartości wody w glebie, ponieważ wodór w tej wodzie ( H 2 O) jest odpowiedzialny za prawie cały wodór występujący w większości gleb. Miernik oblicza zawartość wilgoci, odejmuje ją od gęstości miejscowej (mokrej) gleby i podaje jej gęstość w stanie suchym.
Gęstość cieczy w rurach
Do pomiaru gęstości cieczy w rurze można również użyć mierników gęstości jądrowej. Jeśli źródło jest zamontowane po jednej stronie rury, a detektor po drugiej, ilość promieniowania widzianego na detektorze zależy od ekranowania zapewnianego przez ciecz w rurze. Tracerco był pionierem wykorzystania promieniowania do pomiaru gęstości w latach pięćdziesiątych XX wieku i ustalił, że prawo Beera-Lamberta ma również zastosowanie do promieniowania, a także optyki. Wskaźniki są zwykle kalibrowane przy użyciu gazu i cieczy o znanej gęstości, aby znaleźć niewiadome w równaniu. Po skalibrowaniu i tak długo, jak ustawienie detektora źródła pozostaje stałe, można obliczyć gęstość cieczy w rurze. Jednym z czynników jest okres półtrwania źródła radioaktywnego (30 lat dla 137 Cs), co oznacza, że system wymaga ponownej kalibracji w regularnych odstępach czasu. Nowoczesne systemy zawierają korekcję zaniku źródła.
Lokalizowanie wód podziemnych
Innym wariantem jest użycie silnego źródła neutronów, takiego jak 241 Ameryk / beryl, do wytworzenia promieniowania neutronowego, a następnie zmierzenie energii rozpraszania neutronów powracających . Ponieważ wodór charakterystycznie spowalnia neutrony, czujnik może obliczyć gęstość wodoru - i wykryć kieszenie podziemnej wody, wilgotność do głębokości kilku metrów, zawartość wilgoci lub zawartość asfaltu.
Testowanie separatorów
Źródła neutronów mogą być również wykorzystane do oceny wydajności separatora (produkcji oleju) w ten sam sposób. Gaz, ropa, woda i piasek mają różne stężenia atomów wodoru, które odzwierciedlają różne ilości wolnych neutronów. Używając głowicy, która zawiera źródło neutronów 241 AmBe i powolny detektor neutronów , skanując ją w górę iw dół separatora, można określić poziomy rozdziału faz w separatorze.