CN1199043C - 用于样品松密度的γ射线的确定方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种核的松密度测量装置和测试方法用于测量松密度，特别是圆柱形样品诸如沥青铺路材料的松密度。该测量装置包括基座；由基座支承的并具有表面构形以接纳并夹持圆柱形样品的通常的第一平面端的样品夹持器；靠近所述样品夹持器安装的平板以及处在样品夹持器附近的所述板中的至少三个γ放射源。该三个放射源彼此相互隔开放置以便从至少三个隔开的位置向所述样品的一端发射γ射线。三个放射源的每一个包括一个具有特征的一次电子能量的同位素。探测器安装在基座上并放置在圆柱形样品的相对的一端以便接受已经射入样品的γ射线。与探测器结合设置一装置以便在由探测器计数的γ射线的基础上计算样品的松密度。最好探测器包括闪烁探测器，同时计算样品松密度的装置包括一个与闪烁探测器连接的以便在预定的能谱中探测γ射线的分析器，该能谱最好处于0.1兆电子伏特到2兆电子伏特的范围以内。

Description

用于样品松密度的γ射线的确定方法与装置
                      发明领域
本发明涉及松密度的测量，更具体地是涉及使用γ射线测量样品的松密度。本发明特别适合于比较小的“有限容积”样品的松密度测量，同时特别是，诸如芯子样品或沥青铺路材料的旋转压实的样件。
                      发明背景
在沥青路面建设工业中，圆柱是普通的样品几何形状。在实验室中，典型地以旋转的压实器，来准备圆柱形样品，同时研究各种材料的性质以确定对路面的最佳混合设计。在该领域中，从试验棒、新建筑道路，或现有道路钻取圆柱形样品。然后用这些样品的材料性质评估该试验棒或新的路面是否符合设计规范以及现有道路是否处于良好的工作状态或需要维修。在圆柱形沥青样品中研究的这些材料性质之中，材料的松密度或松比重是一个重要性质。
当前，使用几种方法以测量圆柱形样品的密度：量纲分析，水位移法，石腊油涂覆法以及石腊薄膜涂覆法。在每一情况中，如所定义的，松密度由干燥样品质量除以估算容积而导出。所有方法要求以0.1克灵敏度的秤来测量样品的质量。在量纲分析方法中，样品的容积由半径和厚度(高度)的测量来确定。此处，样品的半径和厚度的许多读数使用游标卡尺进行。然后使用半径和厚度的平均值以计算样品的容积。其它方法使用阿基米德原理以确定样品的容积。这些方法要求装满清洁水的大容器。水的温度应该在特定温度(例如在25℃)下被监视与控制。在试验的第一阶段，保持样品浸没在水中大约4分钟同时悬挂在水中记录样品的重量。在石腊油涂覆方法中，在确定样品的干燥重量之后，涂上石腊油的薄涂层覆盖样品的整个表面面积。然后，再在空气中称样品重量。最后，浸在水中的同时称样品的重量。“石腊薄膜涂覆”法与“石腊油涂覆”法类似，除去使用薄膜包裹样品外。水位移法需要大约6分钟，该方法是所有三种阿基米德方法中最快的。水位移法的单一运算数的精度为0.0124克/厘米3而石腊油涂覆法则小于0.02克/厘米3。对水位移法在标准ASTM 2726中以及对石腊油涂覆法在标准ASTM 1188中可找到详细内容。
因为沥青混合物在性质上是不均匀的和成粒状的，因此不存在单一密度确定方法以涵盖所有的混合设计。使用密度确定方法的决策取决于凝结的尺寸以及它是否为开放的或封闭的混合设计。例如，对于使用具有名义凝结尺寸为9.5毫米的凝结混合同时内含孔隙小于大约6％，水位移法提供合适的准确的密度。对于具有较大凝结和较粗颗粒的开放颗粒的混合，水位移法提供高于“真”密度的密度。对于这些样品，工业上推荐使用石腊油涂覆或石腊薄膜覆盖法以确定密度。但是，石腊油涂覆或石腊薄膜法是费时的且它们的密度确定的精度已经发现在很大程度上取决于使用者。此外，对于许多混合设计，量纲分析法过高估算容积且产生较之其它方法较低的密度值。然而，文献表明量纲分析提供高渗透性样件的密度的较好估算。
随着越来越多的建筑的道路使用大凝结尺寸和/或开放颗粒的混合设计，就需要发展用以确定圆柱形沥青样品的密度的技术。
几十年以来，γ射线基础的核测试仪已经成功地用于确定沥青路面的密度。这种测试仪提供非破坏性的试验方法并提供快速的(例如1至4分钟以内的)密度测量。
对于γ射线基础的表面测试仪、深度探针等等的各种设计已在文献中有所报告并有市售。单一系统的表面测试仪，诸如从申请人的转让人(Troxler电子实验室公司)可获得的3400型系列表面湿密度测试仪被设计成放在表面，诸如沥青路面表面上，而且密度的确定从测试相关观点的领域假设为比较大或“无限容积”的样品。这种测试仪不是设计成可靠地测量较小的、“有限容积”样品，诸如沥青路面混合物圆柱形样品的松密度。
在美国专利5151601中，通过所描述的一种系统，如Troxler 32003系列沥青含量测试仪的核沥青含量测试仪可用于确定沥青路面混合物圆柱形样品的沥青含量。但是，目前在市场上还没有商用核测试仪以确定圆柱形样件的密度。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种适合于测量比较小的、“有限容积”样品的测量样品松密度的装置和方法，且特别适合于测量圆柱形样件，诸如圆柱芯样品或旋转压实的沥青路面混合物的样件的松密度。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种测量样品松密度的装置，所述的装置包括：一基座；一用来接纳并夹持样品的样品夹持器；放置成发射γ射线源到样品的γ射线源；安排成接收从γ射线源发射出通过样品的γ射线的γ射线探测器；和与所述探测器结合用来在由所述探测器计数的γ射线的基础上计算样品的松密度的装置；其特征在于：所述的样品是圆柱形的样品和有放在所述的样品夹持器上的第一表面；一板安排在接近所述样品夹持器；至少3个γ射线源放置在所述板中，所述射线源相互隔开放置以便从至少3个隔开的位置发射γ射线到所述样品中，所述源的每一个包括具有特征一次电子能量的同位素；探测器放置并安排成接受γ射线，该γ射线沿各自独立的运行路径从γ射线的所述射线源通过样品。
为实现本发明的上述目的，本发明还提供了一种测量圆柱样品松密度的方法，包括：提供一个圆柱形样品，放置样品的一个准备放在样品夹持器上的第一表面贴近至少3个γ射线源，所述发射线源彼此隔开放置，同时从至少3个隔开放置的所述γ射线源将γ射线发射到所述样品中，所述γ射线源的每一个包括具有特征一次电子能的同位素；放置探测器在与所述第一表面相对的圆柱形样品的一侧，放置和安排探测器从而接受从每个所述γ射线源来的沿各个独立的运行路径通过样品的γ射线；并在预定的能量能谱中探测γ射线；以及在由所述探测器计数的γ射线的基础上计算样品的松密度。
                         附图简要说明
本发明的某些特征和优点已经说明了，从随后参照附图的详细描述，其它的特征和优点将成为显而易见，附图中：
图1是根据本发明的一个实施例的测量装置的示意正视图；
图2是该测量装置的射线源板的俯视平面视图，示出具有5个10微居里的137Cs源；
图3是表示从5个源位置经样品容积到探测器的γ射线的路径的射线图，以实线表示非散射的γ射线路径以及以虚线表示的散射的γ射线的路径；
图4是表示稳定化能谱的曲线图；
图5是密度标定曲线图；
图6是比较由γ射线方法确定的密度与由水位移法获得的密度的图；
图7是表示金属与岩石的测量的沥青当量归一化因子。
                     发明的详细说明
下面将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出本发明的一些最佳实施例。但是，本发明可以许多不同的形式来实施，同时不应认为本发明限于所述实施例；相反，对技术人员来说提供这些实施例使公开更完全和完整，并将充分转达本发明的方案。在说明书中类似的元件以类似的标号示出。
原理
本发明是基于物体对γ射线的散射与吸收的特性。对于能量小于2兆电子伏的γ射线，有两个与物体有关的主要相互作用机理。在0.1到2兆电子伏能量范围内，主要机理是非弹性散射[康氏散射(Compton散射)]。对能量小于0.1兆电子伏，主要机理是光电吸收。在0.1到2.0兆电子伏能量范围内，γ射线散射的量(能量衰变)是材料的电子密度的函数并因而是一个基本的测量性质。这就导致每单位长度质量密度的核衰变。因此，人们可以看到均匀样品的实际容积不如在容积基本系统中那样关键。这导致松密度测量值不那么受表面性质或样品结构影响。在能量在0.1兆电子伏以下时，γ射线的光电吸收对材料的原子数是敏感的并因而对材料的化学(基本的)组成是敏感的。因此，在材料附近放置足够能量的γ射线源时，并使用一种能量选择的γ射线探测器以探测γ射线时，就可以唯一地计数主要产生康氏散射的γ射线。采用适当的标定，γ射线计数可转换成绝对密度。同样，可以计数也是材料松密度函数的非散射γ射线。
根据本发明的一个特定实施例，采用具有0.622兆电子伏一次电子能量的137Csγ射线源。然而，可以使用具有不同一次电子能量水平的其它γ射线源，诸如60Co。用探测器探测γ射线与样品的相互作用，该探测器最好是构造成在预定的能量能谱中探测γ射线的能量选择探测器。可以用多种方式构成γ射线探测器以便选择到希望的能量能谱。例如，可以使用常规的带有适当滤波器(诸如镉)的盖革-密勒探测管，以便滤去低能量γ射线。此处表示并描述的实施例中，使用一种能量选择闪烁探测器，特别是安装在光电倍增管(PMT)上的NaI晶体。特别是当使用137Cs源时，计数具有在0.25到0.73兆电子伏范围能量的与样品相互作用或穿过样品的γ射线。由于这些γ射线包括康氏散射γ射线和非散射γ射线，由γ射线探测器接受由与材料相互作用合成的计数是材料松密度的良好指示。该技术使用0.25兆电子伏作为选择γ射线的能量下限。此能量选择避免了具有取决于材料化学成份的能量的计数的γ射线。因此，使化学成份的误差最小化。选择0.73兆电子伏的上限以便包括基本上所有的特征的0.662兆电子伏一次电子能量的γ射线。从图5看出，由于探测器的有限分辨率对0.662兆电子伏峰值的高斯分布具有在大约0.73兆电子伏处的上基点。对于不是137Cs的γ射线源，上限将被以一种类似于取决特殊选择源的能量分布状态选择。
根据本发明，设计γ射线源-样品-探测器的构形以给出不均匀的和成粒状的样品的最佳密度估算。由这种样品的点密度表示密度的分布，因此应使用大的样品容积以估算松密度。由于沥青混合物的圆柱形样品是较小的尺寸(或者是“有限容积”)，因此希望在本例中是光子的探测粒子(γ射线)应该通过样品到最大可能的范围，因而与有限尺寸样品的大部分相互作用并对有限尺寸样品的大部分作抽样检查。这样，使用许多隔开的点γ射线源。在所说明的实施例中，使用5个分开的源同时它们安排在一块板上因而涵盖通常对应于样品尺寸的容积。在所示的实施例中，设计该实施例为测量圆柱形沥青样品，这样安排5个源，即γ射线直接沿几条路径穿过样品容积的大部分。为涵盖未被直射γ射线通过的剩余容积，探测器以小于0.662兆电子伏的能量计数γ射线。这些能量γ射线是在样品多次散射的结果，并因此充满整个样品的容积。
装置
测试仪的一个实施例如图1所示。设计此实施例以便以直接传递的模式操作。测试仪通常用标号10表示。该测试仪包括基座12，并有许多从其向上凸起的直立支承杆14。圆盘状的射线源板16由支承杆14支承。构成以接受并夹持试验样品20的样品夹持器18安装在正处于射线源板16上方的支承杆14上。在所说明的实施例中，由压实成正圆圆柱构形的沥青路面混合物构成试验样品，和样品夹持器具有适合于接纳并支承圆柱形样品的一个平圆末端的直径的圆形凸缘。安装到支承杆14上的探测器支承板22正在样品20的上平圆末端的上方悬挂碘化钠闪烁探测器24。因此，样品20处在γ射线源与γ探测器之间。
如在图2和3中很好看到的，射线源板16包含5个处于射线源板中形成的凹槽或井中的10微居里的137Cs源26。137Cs源可以是与装置整个尺寸相比较小尺寸的圆片形式，同时因此可以认为是“点源”。另外，可以要求这样制造源，即和它们的厚度相比它们具有相当大的表面面积，因而增加γ射线与样品的相互作用。不论怎么样，每个射线源在射线源板上的位置这样来选择，γ射线从射线源到探测器的直接路径通过样品容积的大部分，如可以从图3的射线图看到的。γ射线探测器是安装在光电倍增管(PMT)28上的碘化钠晶体。探测器系统由探测器支承板22夹持。所示实施例具有一个能容纳150毫米直径×110毫米厚度的圆柱形样品以圆柱轴在垂直方向的样品夹持器。这样设计装置，即如果需要，源板与探测器支承板之间的距离是可变化的。该测试仪也具有另一个1微居里的安装在探测器附近的241Amγ射线源30以便能谱的稳定化。
从俄亥俄州，比奇伍德的Rexon元件公司可购到碘化钠/PMT探测器系统。可以从制造商诸如Canberra Industries，Inc.，Meriden，CT，和EG&GORTEC，Oak Ridge，TN，购得高压电源、前置放大器、放大器、模数转换器、数字式能谱稳定器和多路分析器(MCA)以接受并处理来自探测器系统的信号。MCA是一个计算卡，该卡可安装在运行微软操作系统的通用个人计算机中。
能谱稳定化
闪烁探测器对温度波动是敏感的。在由MCA(见图4)产生的数字能谱中，X轴代表γ射线的能量，而Y轴代表对应于特定γ射线能量的计数。当温度波动时，能谱在X方向波动。因此，一旦峰值集中于一个通路，则可以终止于集中在不同通路。如果想要得到具有E低和E高之间能量的γ射线数，因为这些波动，则从使用“标准”能谱获得的计数将具有大的不确定性。此不确定性由于温度的敏感性。使用数字能谱稳定器以稳定由碘化钠探测器中温度波动导致的能谱飘移。使用2个γ射线峰值以便能谱的稳定化—来自放置于探测器附近的1微居里241Am的0.056兆电子伏峰值和在源板中的来自50微居里137Cs源的0.662兆电子伏峰值。
在4分钟的计数时间中，MCA采集1分钟增加量的计数。每1分钟的能谱用信号幅值波动来修正并存储在缓冲器中。在计数结束时，MCA给出2个能谱—标准能谱，该能谱是无信号幅值调节采集的，和稳定化的能谱，该能谱是使用修正的在缓冲器中的1分钟能谱。图4表示镁圆柱的标准能谱和稳定化能谱的一个例子。要注意到，在标准能谱中0.056兆电子伏峰值的重心是在23号通路而在稳定化能谱中的0.056兆电子伏峰值的重心是在19号通路。在标准能谱中，取决于环境温度，重心会从一个通路飘移到另一通路。但是，当使用数字能谱稳定器时，重心将常常移到19号通路。此修正跨过整个能谱作用。在48小时试验期间，稳定器保持0.662兆电子伏137Cs峰值在+0.075(1-σ)号通路。
标定方法
当使用其它核测试仪时，测试仪必须标定以便将γ射线的计数转换成材料松密度。使用镁和铝金属圆柱体和沥青圆柱体进行初步的标定。当从能谱获得计数时，具有0.250到0.730兆电子伏能量的γ射线被计数。对一个10分钟的计数，得到密度测量值的精度在2.35克/厘米3(1-σ)处为0.0015克/厘米3。对于一个4分钟的计数，在相同密度处精度降低到大约0.0045克/厘米3(1-σ)。要注意，1磅/英尺3(PCF)＝0.01602克/厘米3。由该方法确定的密度被发现与样品的方位无关。此方位是(1)绕垂直轴通过样品夹持器中心旋转，以及(2)放置样品在样品夹持器上以一面向上或向下。
该测试仪用于确定几个样品的密度。样品以随机的方位放置在夹持器上以圆柱体的轴线靠近通过样品夹持器中心的垂直线。对于每个样品，几乎测量值在不同的日子完成。使用相同的标定，以10分钟的计数(表1)确定密度。对于10分钟计数的测量值的重复性大约是0.002克/厘米3(1-σ)。
使用12个沥青圆柱体(表2，样品序号1-12)标定样机测试仪。所有的样品为150毫米直径×115毫米高的圆柱形样品用北卡罗来纳花岗岩制成作为总体形式具有尺寸9.5毫米和12.5毫米。由水位移法(Gmb)确定所有样品的密度。使用游标卡尺测量样品的高度。当5个点137Csγ射线源不在源夹持器上时通过取计数值测量来自样品及其周围的背景辐射。使用从0.25到0.73兆电子伏的能量间隔的背景平均值以确定来自5个点137Cs源的在探测器上的真实γ射线计数。样品的某些特性给在表2中。每个样品的计数比(CR)用下式确定
CR = ( C nt - B gd ) S td
式中：
Cnt＝10分钟γ射线的计数，
Bgd＝10分钟平均背景计数，以及
Std＝对镁圆柱体的减去平均背景计数值的10分钟γ射线计数值。
图5表示对所有样品的计数比(CR)为面积密度(D′)的函数。此处
                   D′＝Gmbh
式中，h是圆柱体的高度。图5中的曲线是很好地符合以下形式的数据
                 CR＝Ae-BD′-C
式中A、B和C是拟合系数或标定常数。最佳拟合对3个标定常数给出以下值。
A＝2.6750
B＝0.04790厘米2/克，以及
C＝6.36E-10。
对拟合确定的系数R2，是0.996。
使用密度标定，测量21个未知的沥青圆柱体松密度(表2，样品序号13至33)。使用标定常数A、B和C，标准计数Std、平均背景计数Bgd、圆柱体的高度h，以及计数比。由下式给出密度
D = - 1 Bh Ln ( CR + C A )
然后，所有样品的密度由水位移法(Gmb)确定。
图6表示由水位移法确定的未知沥青样品的密度与由γ射线法确定的密度之间的比较。该图中的线是具有0.988的R2的回归线。所有样品的密度差(列在标有Gmb-D的列中)如表3所示。沥青样品的密度差为-0.006±0.011克/厘米3(1-σ)具有-0.015克/厘米3的最小差与0.033克/厘米3的最大差。
然后使用所有的沥青圆柱体，用于标定的圆柱体与用作未知的圆柱体，以确定制成花岗岩型式组件的沥青混合物的标定系数(图7)。基于此最佳曲线，计算用重力密度转换成金属与岩石样品的“沥青等效”密度的归一化因子进行。这些因子与Troxler核表面测试仪常用的归一化因子一起在表4中给出。
当标定测试仪时，于是人们可以使用具有“沥青等效值”密度的3个金属或岩石圆柱体代替用真实沥青混合物制成的大量圆柱体。
                               表1：样品计数值与密度的重复性
    样品     01/03/00     01/05/00     01/11/00     01/13/00
镁(1762kg/m3)     17611762     1765     17631762     1767176817631768
铝(2574kg/m3)     25732576     2575     25752574     25782578
RT-03-01(2141kg/m3)     2141     2139     21412143     21432145
BAZ-01-01(2487kg/m3)     2463     2463     NA     NA
CAY-09-01(2451kg/m3)     NA     NA     24582461     24632458
NA-不可能
表2
样品       样品        直径     Height   M/V      水位移法   尺寸          AC      Gmm
序号       I.D.        (in)     (in)     (g/cc)   (g/cc)                   (％)    (g/cc)
1          RT-01-01    5.911    4.575    2.342    2.357      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
2          RT-01-02    5.911    4.573    2.343    2.359      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
3          RT-02-01    5.913    4.549    2.234    2.259      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
4          RT-02-02    5.906    4.550    2.238    2.261      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
5          RT-03-01    5.914    4.551    2.113    2.141      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
6          RT-03-02    5.916    4.544    2.115    2.143      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
7          BAZ-01-01   5.908    4.496    2.454    2.487      SP 9.5mm      5.4     2.531
8          BAZ-02-01   5.906    4.497    2.357    2.401      SP 9.5mm      5.4     2.531
9          BAZ-03-02   5.907    4.528    2.240    2.303      SP 9.5mm      5.4     2.531
10         BAZ-04-01   5.930    4.486    2.146    2.218      SP 9.5mm      5.4     2.531
11         H-1         5.910    4.534    2.476    2.527      SP 12.5mm     5.2     2.593
12         H-2         5.912    4.537    2.471    2.525      SP 12.5mm     5.2     2.593
13         CAY-08-04   5.914    4.584    2.352    2.448      CCM 9.5mm     5.4     2.531
14         CAY-08-05   5.912    4.582    2.354    2.451      CCM 9.5mm     5.4     2.531
15         CAY-08-06   5.901    4.501    2.408    2.445      CCM 9.5mm     5.4     2.531
16         CAY-09-01   5.913    4.546    2.445    2.504      CCM 19.0mm    4.5     2.597
17         CAY-09-02   不可能   4.558    不可能   2.502      CCM 19.0mm    4.5     2.597
18         CAY-09-03   不可能   4.576    不可能   2.498      CCM 19.0mm    4.5     2.597
19         759-05      不可能   4.599    不可能   2.302      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
20         759-07      不可能   4.606    不可能   2.292      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
21         759-08      不可能   4.583    不可能   2.303      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
22         771-01      不可能   4.512    不可能   2.441      CCM 9.5mm     5.4     2.531
23         771-03      不可能   4.490    不可能   2.445      CCM 9.5mm     5.4     2.531
24         771-04      不可能   4.514    不可能   2.438      CCM 9.5mm     5.4     2.531
25         772-01      不可能   4.508    不可能   2.437      CCM 9.5mm     5.4     2.531
26         772-02      不可能   4.489    不可能   2.444      CCM 9.5mm     5.4     2.531
27         772-03      不可能   4.503    不可能   2.438      CCM 9.5mm     5.4     2.531
28         223-02      不可能   4.598    不可能   2.396      CCM 9.5mm     5.4     2.531
29         223-03      不可能   4.617    不可能   2.384      CCM 9.5mm     5.4     2.531
30         223-04      不可能   4.558    不可能   2.409      CCM 9.5mm     5.4     2.531
31         746-01      不可能   4.582    不可能   2.309      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
32         746-02      6.011    4.576     1.762   2.309      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
33         746-03      不可能   4.570    不可能   2.310      RI-2 9.5mm    6.3     2.409
NA-不可能
表3：由本发明确定的与由水位移法确定的密度的比较
样品  样品         水位移法    高度     计数值     背景     净计数值   比        D        水位移法
序号  I.D.         (g/cc)      (in)     (10min)    (10min)  (10min)              (g/cc)   (kg/m3)
1     RT-01-01     2.355       4.575    1743280    64000    1679280    0.720     2.358    -2.6
2     RT-01-02     2.35        4.573    1743317    64000    1679317    0.720     2.359    -8.6
3     RT-02-01     2.26        4.549    1843631    64000    1779631    0.763     2.266    -6.2
4     RT-02-02     2.257       4.55     1840810    64000    1776810    0.762     2.269    -11.5
5     RT-03-01     2.141       4.551    1973188    64000    1909188    0.819     2.138    2.7
6     RT-03-02     2.147       4.544    1963662    64000    1899662    0.815     2.151    -3.6
7     BAZ-01-01    2.487       4.496    1669048    64000    1605048    0.688     2.482    5.4
8     BAZ-02-02    2.401       4.497    1738411    64000    1674441    0.718     2.404    -2.7
9     BAZ-03-02    2.303       4.528    1836585    64000    1772585    0.760     2.284    19.1
10    BAZ-04-01    2.218       4.486    1930013    64000    1866013    0.800     2.211    6.8
11    H-1          2.527       4.534    1610913    64000    1546913    0.663     2.528    -0.7
12    H-2          2.525       4.537    1613565    64000    1549565    0.664     2.523    2.1
13    CAY-08-04    2.448       4.478    1720589    64000    1656589    0.710     2.434    14.4
14    CAY-08-05    2.451       4.474    1720816    64000    1656816    0.710     2.436    15.5
15    CAY-08-06    2.445       4.501    1700748    64000    1636748    0.702     2.443    1.8
16    CAY-09-01    2.504       4.546    1645141    64000    1581141    0.678     2.481    22.5
17    CAY-09-02    2.502       4.558    1650293    64000    1586293    0.680     2.469    32.9
18    CAY-09-03    2.498       4.576    1628947    64000    1564947    0.671     2.484    14.3
19    759-05       2.302       4.599    1784293    64000    1720293    0.738     2.302    -0.1
20    759-07       2.292       4.606    1788908    64000    1724908    0.740     2.294    -1.9
21    759-08       2.303       4.583    1787279    64000    1723279    0.739     2.307    -4.1
22    771-01       2.441       4.512    1699848    64000    1635848    0.701     2.438    2.8
23    771-03       2.445       4.49     1710575    64000    1646575    0.706     2.438    6.8
24    771-04       2.438       4.514    1700193    64000    1636193    0.702     2.437    1.2
25    772-01       2.437       4.508    1709851    64000    1645851    0.706     2.429    7.7
26    772-02       2.444       4.489    1709257    64000    1645257    0.705     2.440    3.8
27    772-03       2.438       4.503    1709436    64000    1645436    0.706     2.432    5.6
28    223-02       2.396       4.598    1710967    64000    1646967    0.706     2.381    15.5
29    223-03       2.384       4.617    1694632    64000    1630632    0.699     2.388    -4.5
30    223-04       2.409       4.558    1716174    64000    1652174    0.708     2.396    13.3
31    746-01       2.309       4.582    1782925    64000    1718925    0.737     2.312    -3.1
32    746-02       2.309       4.576    1781946    64000    1717946    0.737     2.316    -7.2
33    746-03       2.31        4.57     1776317    64000    1712317    0.734     2.325    -15.1
34    镁           1.784       4.531    2393211    61148    2332063    1         1.762     21.6
35    碳石         2.2         4.541    1877033    59481    1817552    0.779     2.229     -29.5
36    花岗岩       2.625       4.56     1536033    81564    1454469    0.624     2.639     -14.5
37    铝           2.713       4.528    1536514    58580    1477934    0.634     2.628     85.2
Bgd-背景
           表4沥青等效密度归一化因子
  样品                     归一化因子
  沥青圆柱体   “土壤”(对M34XX)   “沥青”(对M3450&M4640)
镁     0.9931     0.988     0.988
石灰石     1.0142     1.01     --
花岗岩     1.0022     0.99     --
铝     0.9650     0.964     0.949
本发明的许多修改和其它实施例将由技术人员想起，对该技术人员本发明在以上说明及附图中出现的指导是有益的。因此，应该理解本发明不局限于公开的特定实施例同时修改和其它实施例将包括在所附权利要求的范围内。虽然此处使用了特定术语，但是它们仅仅是一般的和为了说明使用，不是限制本发明。

Claims (20)

1.一种测量样品松密度的装置，所述的装置包括：
一基座；
一用来接纳并夹持样品的样品夹持器；
放置成发射γ射线源到样品的γ射线源；
安排成接收从γ射线源发射出通过样品的γ射线的γ射线探测器；和
与所述探测器结合用来在由所述探测器计数的γ射线的基础上计算样品的松密度的装置；
其特征在于：
所述的样品是圆柱形的样品和有放在所述的样品夹持器上的第一表面；
一板安排在接近所述样品夹持器；
至少3个γ射线源放置在所述板中，所述射线源相互隔开放置以便从至少3个隔开的位置发射γ射线到所述样品中，所述源的每一个包括具有特征一次电子能量的同位素；
探测器放置并安排成接受γ射线，该γ射线沿各自独立的运行路径从γ射线的所述射线源通过样品。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于所述探测器包括闪烁探测器，其中为计算样品松密度的所述装置包括与闪烁探测器连接的用来探测在一个预定的能量能谱中的γ射线的分析器。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于所述预定的能量能谱处在0.1兆电子伏到2兆电子伏的范围以内。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于所述射线源的每一个包括具有0.662兆电子伏一次电子能量的137Csγ射线源。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于所述预定的能量能谱处在0.25到0.73兆电子伏的范围以内。
6.根据权利要求2的装置，其特征在于所述射线源的每一个具有不大于20微居里的放射性。
7.根据权利要求2的装置，其特征在于所述射线源的全部的总放射性不超过10微居里。
8.根据权利要求2的装置，其特征在于还包括可操作的数字式能谱分析器以补偿在所述闪烁探测器中的能谱飘移。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于所述数字式能谱分析器包括具有不同于所述射线源的特征并在所述预定能谱的外面的一次电子能量的γ射线的参照源。
10.根据权利要求1的装置，其特征在于所述的圆柱形样品有平面的第一端和第二端，所述样品夹持器是平面状的，通常的圆构形以便接受圆柱形样品的平面的第一端，同时其中所述探测器邻近圆柱形样品的平面的第二端被安装。
11.根据权利要求10的装置，其特征在于所述板是圆盘的形式，同时所述γ射线源位于盘中这样选择的一个位置，即γ射线的直射路径从各个源到探测器通过样品容积的大部分。
12.一种测量圆柱样品松密度的方法，包括：
提供一个圆柱形样品，
放置样品的一个准备放在样品夹持器上的第一表面贴近至少3个γ射线源，所述γ射线源彼此隔开放置，同时从至少3个隔开放置的所述γ射线源将γ射线发射到所述样品中，所述γ射线源的每一个包括具有特征一次电子能的同位素；
放置探测器在与所述第一表面相对的圆柱形样品的一侧，放置和安排探测器从而接受从每个所述γ射线源来的沿各个独立的运行路径通过样品的γ射线；并在预定的能量能谱中探测γ射线；以及
在由所述探测器计数的γ射线的基础上计算样品的松密度。
13.根据权利要求12的方法，其特征在于所述计算松密度的步骤包括在预定的能量能谱上计数的γ射线基础上计算样品的松密度，该预定的能量能谱处在从0.1兆电子伏到对应所述γ射线源的特征一次电子能基点的最大值的范围以内。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于所述计算样品松密度的步骤包括在预定的处在0.1兆电子伏到2兆电子伏范围内的能量能谱上探测γ射线。
15.根据权利要求14的方法，其特征在于所述的γ射线源的每一个包括具有0.662兆电子伏一次电子能的一个137Csγ射线。
16.根据权利要求15的方法，其特征在于所述预定的能量能谱处在0.25到0.73兆电子伏的范围以内。
17.根据权利要求12的方法，其特征在于所述γ射线源的每一个具有不大于20微居里的放射性。
18.根据权利要求12的方法，其特征在于所述γ射线源的全部的总放射性不超过10微居里。
19.根据权利要求12的方法，其特征在于所述圆柱形样品具有平的、圆形的相对两端，该相对两端为一个第一圆形端及一个第二圆形端，所述发射射线的步骤包括发射γ射线到圆柱形样品的第一圆形端中，所述探测步骤包括探测在所述圆柱形样品的相对的第二圆形端探测射线。
20.根据权利要求12的方法，其特征在于探测器是闪烁探测器，并包括探测来自一个γ射线参照源的γ射线，该参照源具有不同于所述γ射线源的特征一次电子能量并在所述预定能量能谱的外面，同时在探测的来自所述参照源的放射线的基础上补偿在所述闪烁探测器中的能谱飘移。
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