핵밀도측정법

Nuclear densitometry
학교 건설 프로젝트의 토대를 위한 적절한 압축을 보장하기 위해 사용되는 밀도계.

핵밀도측정법은 시험 물질의 밀도와 내부 구조를 측정하기 위해 광업과 고고학 목적뿐만 아니라 토목 건설과 석유 산업에 사용되는 기술이다. 이 공정은 입자를 방출하는 방사선원과 시험 물질에 반사되거나 이를 통과하는 수신 입자를 계수하는 센서로 구성된 핵 밀도 게이지를 사용한다. 센서로 돌아오는 입자의 비율을 계산해 게이지의 농도를 측정하도록 교정할 수 있다.

지질 공학에서, 핵 밀도계 또는 토양 밀도계는 압축 물질의 밀도를 결정하는 데 사용되는 현장 계기다. 장치는 직접 전송 또는 "백스캐터" 방법을 통해 밀도를 측정하기 위해 물질과 감마선의 상호작용을 사용한다. 이 장치는 게이지 베이스의 검출기 튜브에 의해 판독되는 방사선원(세슘-137)에 의해 방출되는 광자의 수를 계산하여 물질의 밀도를 결정한다. 60초 시간 간격은 일반적으로 계산 기간에 사용된다.

원천

다양한 변형들이 다른 목적으로 사용된다. 도로나 벽과 같은 매우 얕은 물체의 밀도 분석을 위해 세슘과 같은 감마선 방출기를 사용하여 감마선을 생성한다. 이들 동위원소는 상위 10인치(25cm)를 높은 정확도로 분석하는 데 효과적이다. 226라듐은 깊이가 328야드(300m)에 이른다. 그러한 기구들은 동굴을 찾거나 터널 건설을 위험하게 만들 수 있는 낮은 밀도의 위치를 식별하는 데 도움을 줄 수 있다.

사용모드

핵밀도 측정기는 일반적으로 다음 두 가지 모드 중 하나로 작동된다.[1]

직접 전송: 접이식 막대는 미리 드릴로 뚫은 구멍을 통해 매트 안으로 내려진다. 선원은 방사선을 방출하고, 그 다음 물질에서 전자와 상호작용하여 에너지를 잃거나 방향을 바꾸거나(스캐터됨). 충분한 에너지를 잃거나 검출기에서 멀리 떨어진 방사선은 계산되지 않는다. 재료의 밀도가 높을수록 교호작용 확률이 높고 검출기 카운트가 낮아진다. 따라서 검출기 카운트는 재료 밀도에 반비례한다. 교정 계수는 카운트를 실제 밀도와 연관시키기 위해 사용된다.

백스캐터: 접히는 로드는 검출기와 균등하지만 기기 내부에 있도록 내린다. 선원은 방사선을 방출하고, 그 다음 물질에서 전자와 상호작용하여 에너지를 잃거나 방향을 바꾸거나(스캐터됨). 검출기를 향해 산란되는 방사선이 계수된다. 물질이 밀도가 높을수록 방사선이 검출기로 리디렉션될 확률이 높다. 따라서 검출기 카운트는 밀도에 비례한다. 교정 계수는 카운트와 실제 밀도의 상관관계에 사용된다.

많은 기기는 물질의 밀도와 수분 함량을 모두 측정하기 위해 제작된다. 이는 특히 토목건설업계에 중요한데, 이는 구조물과 도로, 고속도로, 공항 활주로에 적합한 토양 상태를 확인하는 데 필수적이기 때문이다.

사용하다

접지 압축

아스팔트 밀도 게이지

핵 밀도계는 압축의 비율을 설정하기 위해 압축된 기초에 사용된다.[2][3] 현장 테스트를 수행하기 전에 정비사는 기계의 '표준 카운트'를 기록하는 게이지의 보정을 수행한다. 표준 계수는 기계 내부의 두 핵원이 손실이나 누출 없이 방출하는 방사선량이다. 이를 통해 방출되는 방사선량과 수신되는 방사선량을 비교할 수 있다. 3/4" 직경의 로드를 사용하여 압축된 베이스에 밀도계의 프로브가 삽입될 수 있는 구멍을 만들기 위해 로드를 베이스에 망치로 두들겨 구멍을 만든다. 밀도계를 구멍 상단에 배치한 다음 프로브 상단의 손잡이를 풀어 프로브를 구멍에 삽입한다. 한 선원은 토양에 있는 원자와 상호작용하는 방사선을 생성하여 표준 카운트와 비교하여 밀도를 계산한다. 다른 원천은 수소 원자와 상호작용하여 토양에서 물의 비율을 계산한다.

다이렉트 트랜스미션 모드에서 선원은 게이지의 밑부분을 통해 미리 뚫린 구멍으로 확장되어 원하는 깊이에 선원을 위치시킨다. 시험 절차는 알려진 양의 방사성 물질을 특정 깊이에 매장한 다음 지면에 가이거 계수기를 사용하여 토양의 밀도가 토양을 통한 감마선의 침투를 얼마나 효과적으로 차단하는지 측정하는 것과 유사하다. 토양의 밀도가 증가함에 따라, 시험 중인 토양에서 전자와의 충돌로 인한 분산으로 인해 토양을 통과하는 방사선이 줄어들 수 있다.

토양의 수분 레벨은 부분적으로 내부 밀도를 담당하기 때문에 게이지에는 아메리슘/베릴륨 고에너지 중성자원과 열 중성자 검출기로 구성된 중성자 수분 게이지도 포함되어 있다. 고에너지 중성자는 수소 원자와 충돌할 때 속도가 느려지고, 검출기는 '느린' 중성자를 계수한다. 이 수치는 토양 수분 함량에 비례하는데, 이 물(HO2)의 수소가 대부분의 토양에서 발견되는 거의 모든 수소를 책임지기 때문이다. 게이지가 수분 함량을 계산해 토양의 내부(습지) 밀도에서 빼낸 뒤 토양의 건밀도를 보고한다.

파이프 내 액체 밀도

핵밀도 측정기는 또한 파이프 안의 액체의 밀도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 선원이 배관의 한 면에, 다른 면에 검출기가 장착된 경우 검출기에서 보이는 방사선량은 배관의 액체가 제공하는 차폐에 따라 달라진다. 트라세코는 1950년대에 밀도를 측정하기 위해 방사선 사용을 개척했으며, Beer-Lambert 법칙이 광학뿐만 아니라 방사선에도 적용된다고 판단했다. 게이지는 일반적으로 기체와 알려진 밀도의 액체를 사용하여 방정식의 미지의 것을 찾기 위해 교정된다. 일단 보정되고 소스 검출기 정렬이 일정하게 유지되는 한, 파이프 내 액체의 밀도를 계산할 수 있다. 한 가지 요인은 방사성 선원의 반수명(Cs의 경우 30년)으로, 정기적으로 시스템을 재보정해야 한다는 것을 의미한다. 현대 시스템은 원천 붕괴에 대한 보정을 포함한다.[4]

지하수 위치 확인

또 다른 변종은 아메리슘/베릴륨과 같은 강력한 중성자원을 사용하여 중성자 방사선을 생성한 다음 중성자 산란 복귀의 에너지를 측정하는 것이다. 수소가 중성자를 특징적으로 느리게 만들면서 수소의 밀도를 계산해 지하수, 수심 수미터까지의 습도, 수분함량 또는 아스팔트 함량을 찾아낼 수 있다.

구분 기호 테스트

중성자 선원은 또한 같은 방식으로 분리기(석유 생산)의 성능을 평가하는 데 사용될 수 있다. 가스, 석유, 물, 모래는 모두 다른 양의 느린 중성자를 반영하는 수소 원자의 농도를 가지고 있다. 암베 중성자 선원과 느린 중성자 검출기가 포함된 헤드를 사용하여 분리기를 위아래로 스캔하여 분리기 내의 인터페이스 레벨을 결정할 수 있다.

참고 항목

참조

  1. ^ M. Falahati; et al. (2018). "Design, modelling and construction of a continuous nuclear gauge for measuring the fluid levels". Journal of Instrumentation. 13 (2): P02028. doi:10.1088/1748-0221/13/02/P02028.
  2. ^ ASTM D2922-05 Standard Test Methods for Density of Soil and Soil-Aggregate in Place by Nuclear Methods (Shallow Depth), doi:10.1520/D2922-05 (표준 철회 2007)
  3. ^ ASTM D6938 - 08a Standard Test Method for In-Place Density and Water Content of Soil and Soil-Aggregate by Nuclear Methods (Shallow Depth), doi:10.1520/D6938-08A
  4. ^ Jackson, Peter (2004). Radioisotope Gauges for Industrial. Chichester: John Wiley & Sons Ltd. doi:10.1002/0470021098.fmatter. ISBN 0-471-48999-9.