FI88075B - Foerfarande foer bestaemning av densitet foer underliggande lager - Google Patents
Foerfarande foer bestaemning av densitet foer underliggande lager Download PDFInfo
- Publication number
- FI88075B FI88075B FI862241A FI862241A FI88075B FI 88075 B FI88075 B FI 88075B FI 862241 A FI862241 A FI 862241A FI 862241 A FI862241 A FI 862241A FI 88075 B FI88075 B FI 88075B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- quantums
- depth
- group
- gamma
- detector
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 description 17
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 14
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 14
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 3
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010426 asphalt Substances 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001739 density measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000000790 scattering method Methods 0.000 description 1
- 239000011343 solid material Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
- G01N23/20—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
- G01N23/203—Measuring back scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N9/00—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
- G01N9/24—Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by observing the transmission of wave or particle radiation through the material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V5/00—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity
- G01V5/02—Prospecting or detecting by the use of ionising radiation, e.g. of natural or induced radioactivity specially adapted for surface logging, e.g. from aircraft
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/42—Road-making materials
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Immunology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
1 88075
Menetelmä pakkaantumistiheyden määrämiseksi alla olevissa kerroksissa Tämä keksintö koskee menetelmää alla olevien kerrosten tiheyden määrittämiseksi määrätyn suuntaisen säteilylähteen ja sellaisen määrätyn suuntaisen ilmaisimen avulla, joka ilmaisee kerroksessa sironnutta ja ilmaisimeen päin suunnattua gammasäteilyä, jossa menetelmässä mahdollisesti muutetaan säteilysuuntaa suhteessa ilmaisusuuntaan ja mitataan ilmaistun signaalin muutos.
Kuvassa 3 on esitetty järjestelmä, joka mittaa hajottuneen gammasäteilyn. Lähteessä lähetetty gammasäteily kollimoidaan gammakvanttien ohueksi sädekimpuksi L, joka vaimenee eksponentiaalisesti kulkiessaan mittauskohteen läpi. Tämä eksponentiaalinen vaimennus on riippuvainen mittauskohteen pak-kaantumistiheydestä. Vaimennus tapahtuu pääasiassa Compton-hajottumisen johdosta, jolloin gammakvantteja poikkeaa säteestä L. Koska nämä poikenneet kvantit säteilevät joka suuntaan, tulevat muutamat niistä - mahdollisesti lisäpoik-keamisen jälkeen - suuntautumaan ilmaisinta kohti.
Ilmaisimen ilmaisemat kvantit voidaan jakaa seuraaviin ryh-: miin:
Ryhmä A: Kerran poikenneet kvantit, jotka poikkeavat vain kääntöalueella (ks. kuvaa 3) ja jotka poikkeamisen jälkeen . . suuntautuvat ilmaisinta kohti. Tähän ryhmään kuuluvat myös ne kvantit, jotka tosin poikkeavat matkalla kääntöalueelle ja matkalla ylös ilmaisimeen, mutta joiden poikkeamiskulmat kaikissa poikkeamissa - lukuunottamatta poikkeamista kääntöalueella - ovat hyvin pieniä. Näillä kvanteilla, jotka saapuessaan ilmaisimeen omaavat lähes saman energian kuin kerran poikenneet, on suuri merkitys menetelmälle, sillä ne hallitsevat mittaustulosta mitattaessa suuressa syvyydessä. Jos ilmaisin tunnistaisi vain ryhmä-A-kvantteja, mittaustulos 2 88075 ilmaisisi keskimääräisen pakkaantumistiheyden syvyysalueella O-x.
Ryhmä B: Kvantit, joille tapahtuu kaksi tai muutama poikkea minen, jonka poikkeamiskulma on huomattavan suuri, ja jotka saapuvat ilmaisimeen kulkematta kääntöalueella. Tällaiset kvantit saattavat esimerkiksi kulkea reittiä L-2-M tai L-3-M. Nämä kvantit, jotka keskimäärin kääntyvät pienemmässä syvyydessä, omaavat energian, joka keskimäärin on hieman suurempi kuin ryhmä-A-kvanttien.
Ryhmä C: Kvantit, joille tapahtuu monta poikkeamista, tavalli sesti kulkematta kääntöalueella. Näiden kvanttien energia on keskimäärin olennaisesti pienempi kuin ryhmä-A- ja ryhmä-B-kvanttien energia. Pieni osa ryhmä-C-kvantteja omaa kuitenkin energian, joka on samaa suuruusluokkaa kuin ryhmä-A- ja B-kvantei11a.
Kuvassa 5 esitetään esimerkki ilmaisimen mittaamasta gamma-spektristä. Spektrin ulkonäkö on kuitenkin riippuvainen halu-. tusta mittaussyvyydestä. Jos tämä syvyys x on pienempi kuin 10 cm, johtuu suurin osa ilmaisimen mittaussignaalista ryhmä-A-kvanteista, riippuen kuitenkin kyseessä olevan materiaalin koostumuksesta ja pakkaantumistiheydestä. Kun mittaussyvyys x kasvaa yli noin 10 cm aiheuttaa se seikka, että ryhmä-A-kvanteista johtuva signaali vaimenee eksponentiaalisesti, kun taas ryhmä-B- ja C-kvanteista johtuva signaali on lähes vakio ja vain vähän riippuvainen kääntöalueen syvyydestä, että ryhmä-3a C-kvantit vallitsevat ilmaisimen signaalissa.
Muuttamalla mittausgeometriaa siten, että lähteen ja ilmaisimen koilimaattorien keskiöviivat eivät enää sijaitse samassa tasossa, saadaan periaatteessa signaali, joka johtuu vain ryhmä-: C-kvanteista. Tämä menetelmä on esitetty US-patenttijulkaisus sa 4 034 218. Kuten tämän patenttijulkaisun kuvasta 1 ilmenee, on mittaussignaali mainitun geometriamuutoksen jälkeen täysin ilman kyttyrää, joka johtuu ryhmä-A- ja B-kvanteista. Vähentä- 3 88075 mällä mainitun gecmetilamuutoksen jälkeen saatu mittaussignaali ennen muutosta saadusta signaalista saadaan signaali, joka olennaisesti johtuu ryhmä-A- tai -B-kvanteista. Alle noin 10 cm mittaussyvyyksillä tässä signaalissa vallitsevat kuten edellä on esitetty ryhmä-A-kvantit. Suuremmissa syvyyksissä ryhmä-B-kvantit tulevat nopeasti vallitseviksi, ja saatu mittaussignaali on tästä syystä lähes riippumaton mittaussyvyydestä. US-patenttijulkaisussa 4 034 218 esitetty menetelmä ei tästä syystä sovellu materiaalikerrosten mittaamiseen, joiden syvyys on yli noin 10 cm.
Keksinnölle on tunnusomaista, että säteilysuunta ja ilmaisusuunta sijaitsevat pääasiassa samassa tasossa; että mitataan gammakvanttien muodossa olevaa ilmaistua gammasäteilyä spektrinä, jossa sysäysluku ilmenee energian funktiona; että ainakin kahden energiavälin sysäyslu-vuista lasketaan keskimääräinen voimakkuus ainakin kahdessa syvyysvä-lissä, jolloin käytetään hyväksi sitä, että ilmaisimeen saapuneet N kertaa siroutuneet kvantit tulevat keskimäärin syvemmältä kuin N+l kertaa sironneet kvantit, ja että N kertaa sironneilla kvanteilla on keskimäärin eri energia kuin N+l kertaa sironneilla kvanteilla. Käyttämällä tässä geometrisessa kuviossa hyväksi niiden mittaustulosten eroa, jotka vastaavat haluttua mittaussyvyyttä ja hieman suurempaa mittaussyvyyttä, saadaan signaali, joka käytännöllisesti katsoen yksinomaan määräytyy ryhmä-A-kvanteista, jotka ovat poikenneet halutussa mittaussyvyydessä. Ryhmä-B- ja -C-kvanteista johtuvat osuudet kahdessa • - mittaussignaalissa ovat käytännöllisesti katsoen yhtä suuret, joten ne kumoavat toinen toisensa, kun taas niiden ryhmä-A-kvanttien osuus, ·. *: jotka poikkeavat suurenneissa syvyydessä, on hyvin pieni johtuen siitä eksponentiaalisesta lisävaimennuksesta, joka näille kvanteille tapahtuu suuremman syvyyden takia. Tässä esitetyllä menetelmällä on tämän vuoksi mahdollista mitata tiheys olennaisesti suuremmassa syvyydessä kuin tähän asti on ollut tunnettua.
Mitatusta gammaspektristä voidaan lisäksi saada tietoja tiheyden vaihteluista syvyyden mukaan.
Keksintö esitetään seuraavassa lähemmin viittaamalla piirustukseen, jossa kuva 1 esittää tunnettua mittauslaitteistoa, johon kuuluu anturi, joka työnnetään maanpintaan, kuva 2 esittää keksinnön mukaista mittauslaitteistoa, kuva 3 havainnollistaa kuvassa 2 esitetyn mittauslaitteiston toimintatapaa, 4 88075 kuva 4 esittää ilmaistujen kvanttien taajuutta energian funktiona, kuva 5 esittää kvanttien jakaantumista sen mukaan, miten monta kertaa ne ovat poikenneet, ja kuva 6 havainnollistaa miten spektriä voidaan analysoida vähentämisellä.
Seuraavassa esitetään esimerkki gamma-tiheysmittausten käytöstä.
Teitä rakennettaessa on hyvin tärkeätä, että tien perustaa tiivistetään riittävästi, ja tästä syystä käytetään huomattavia toimia tiivistämisen tarkastamiseksi. On tunnettua suorittaa tämä tarkastus nk. "hiekan jälkitäyttömenetelmän" avulla.
Tässä menetelmässä kaivetaan 15 cm syvä reikä, minkä jälkeen ylös kaivetun materiaalin massa ja vesipitoisuus määritetään täyttämällä reikä hiekalla, jolla on hyvin määritelty tiheys, sekä kuivaamalla ylös kaivettu hiekka. Tämän menetelmän huomatta-! vana epäkohtana on, että se vaatii paljon työtä. Lisäksi vesi- . pitoisuuden määrityksen tulos on tiedossa vasta seuraavana ; päivänä.
»
On myös tunnettua käyttää ydinmittausantureita tien perustan tiheyden ja vesipitoisuuden määrittämiseksi. Nämä anturit antavat nopean tuloksen kohtuullisella työpanoksella.
Maakerroksen pintatiheys määritetään ydinmittausantureilla joko takaisintaittumismenetelmällä tai transmissiomenetelmällä.
Tavallisessa takaisintaittumismenetelmässä (käyttämättä kolli-maattoreita) lähettää pinnalla oleva gamma-lähde gamma-kvantteja alas maakerrokseen, jossa ne hajoittuvat ja sen jälkeen voivat saapua gamma-ilmaisimeen, joka myös on sijoitettu pinnalle. Gamma-ilmaisin on suojattu gamma-lähteestä suoraan tule- 3 : valta säteilyltä. Massatiheyksillä yli noin 1 g/cm laskee ilmaisimen laskunopeus kasvavalla maantiheydellä. Suurempi määrä atomeja tilavuusyksikköä kohti estää nimittäin gamma- 5 88075 kvanttien saapumista ilmaisimeen, samalla kun gamma-kvanttien absorboitumisen todennäköisyys kasvaa. Takaisinhajoittumismene-telmällä on se etu, että se ei aiheuta tienpinnan rikkoontumista. Sen sijaan tavanomainen takaisinhajoittumismenetelmä antaa tuloksena vain ylimpien 4-6 cm:n tiheyden, mikä ei riitä maan tiheyden tutkimuksissa.
Transmissiomenetelmässä - katso kuvaa 1 - viedään keihäs, jonka kärjessä on gamma-lähde, 15-25 cm alas maakerrokseen. Siitä lähtevät gamma-kvantit voivat saapua gamma-ilmaisimeen. Rekisteröity laskunopeus on riippuvainen maakerroksen vaimennuksesta, joka vuorostaan on riippuvainen kerroksen tiheydestä. Mitä suurempi tiheys on, sitä pienemmäksi tulee laskunopeus johtuen suuremmasta vaimennuksesta. Transmissiomenetelmän etuna on, että se mittaa maan tiheyden keskiarvon lähteestä ilmaisimeen. Sen sijaan keihään maahan työntäminen saattaa olla vaikeata, mahdollisesti mahdotonta, kun maakerros sisältää paljon kiviä, -,---1 mikä tavallisesti on asianlaita tien rakennusaineiden kohdalla.
Lisäksi menetelmää ei voida käyttää jos halutaan suorittaa mit-.*. ; tauksia asfaltissa, betonissa tai muissa kiinteissä materiaa- i .* leissa.
;·; Tässä esitetty menetelmä perustuu gamma-kvanttien Compton- '·'* hajoittumiseen. Menetelmässä lähetetään kollimoitu gamma-säde- kimppu tarkastettavaan väliaineeseen, jossa gamma-kvantit hajoittuvat - katso kuvaa 2. Mittaamalla vain ne ryhmä-A-kvantit, jotka hajoittuvat enintään noin 25 cm:n syvyydessä, : saadaan laskunopeus, joka on väliaineen keskimääräisen tiheyden mitta tähän syvyyteen asti. Ryhmä-A-kvanttien energia on hyvin lähellä Compton'in kaavalla antamaa arvoa:
Eo **♦·* E = -g- (E MeVrssä) Y 1 + ö^ir(1-cos9) E on lähteen lähettämien gamma-kvanttien energia, ja Θ kuvassa 2 esitetty kulma. Että vain ryhmä-A-kvantteja, joiden energia on noin E , varmistetaan tässä esitetyllä menetelmällä.
6 88075 Käytetty mittausjärjestelmä on kuvassa 2 esitetyn mukainen.
13 7
Gamma-säteily lähteestä K (noin 30 mCi Cs) säteilee yhdenmukaisesti kaikkiin suuntiin. Vain kun gamma-kvanttien suunta on koilimaattorin läpi, ne pääsevät ympäristöön. Muut kvantit absorboituvat suojukseen A.
Lähteestä lähetetään siis monokromaattinen sädekimppu ahtaassa avaruuskulmassa. Säteilysuuntaa voidaan muuttaa kädensijan H avulla. On olemassa N erilaista asettelua, jotka vastaavat N erilaista mittaussyvyyttä, esimerkiksi N = 3, 6, 10, 15, 25 ja 35. Kuten kuvasta ilmenee, lähetetään sädekimppu siihen materiaaliin, jonka tiheys halutaan määrittää. Kulkiessa materiaalin läpi osa sädekimpun gamma-kvantteja hajoittuu tai absorboituu. Hajoittunut osa on suuresti riippuvainen hajoittavan materiaalin pakkaanturnistiheydestä.
Säteilyn saapuessa haluttuun mittasyvyyteen se on tämän vuoksi • enemmän tai vähemmän vaimentunut, riippuen materiaalin pakkaantu- mistiheydestä.
; Kulkiessa kääntöalueen V ohi hajoittuu - riippuen materiaalin tiheydestä - osa gamma-kvantteja pois sädekimpusta. Pienehkö osa V:ssa hajoittunutta säteilyä suuntautuu gamma-ilmaisinta kohti. Matkalla sinne säteily vaimenee edelleen riippuen materiaalin pakkaantumisesta. Ilmaisimeen saapuvan säteilyn voimakkuus on täten suuresti riippuvainen mittauskohteen pakkaantumisesta tai tiheydestä (lähes eksponentiaalisesti).
Kuten mainittu on gamma-kvanttien hajoittuminen pois sädekimpusta kulkiessa materiaalin läpi riippuvainen materiaalin pakkaantumisesta. Riippuvuus on suurin piirtein samanlainen kaikilla materiaaleilla, lukuunottamatta materiaaleja, jotka sisältävät :· vetyä ja raskaita alkuaineita. Tämä johtuu siitä, että gamma kvantit hajoittuvat elektronien vaikutuksesta, ja hajoittumisen todennäköisyys on tämän vuoksi verrannollinen materiaalin elektro- nitiheyteen N . N saadaan kaavasta ‘ e e h .
e A
i * \ 1 88075 ( j jossa N^v on Avogadro’n luku, p on pakkaantuminen, Z atominumero ' ja A massaluku. Vetyä lukuunottamatta pätee kaikille, ei ras kaille alkuaineille, että Z/A - 0,5, minkä vuoksi N on verran-' e nollinen p:hun. Vedylle pätee, että Z/A - 1. Tämän johdosta ‘ on vedellä (H2O) z = i±l±L_ = o 55 , A 1+1+16 l ' eli 10 % suurempi kuin normaalisti. Tästä syystä on gamma- 1 säteilylaskelmissa tehtävä korjaus veden epänormaalisti suuresta ; kyvystä hajoittaa gamma-säteilyä käyttämällä laskelmissa korjat- tua pakkaantumistiheytta 1100 kg/m .
ί i Säteily, joka halutaan mitata, muodostuu niistä ryhmä-A-kvanteis- ta, jotka ovat hajoittuneet kääntöalueella V. Tämän säteilyn voimakkuus määräytyy pääasiassa keskimääräisestä massan pakkaantumisesta säteilyn matkalla materiaalissa.
Ilmaisin on varustettu kollimaattorilla, jonka tarkoituksena ..1:- on suodattaa pois kaikki muu gamma-säteily kuin suunnaltaan oikea : säteily, nimittäin suunnattuna kääntöalueelta ilmaisimeen.
• ·'· Suojaamisen ja kollimaattorin avulla erotetaan suurin osa ei- haluttua säteilyä. Ei ole kuitenkaan mahdollista yksinomaan geometrian avulla erottaa kaikkia ei-haluttuja gamma-kvantteja. Kvantit, jotka ovat poikenneet kaksi tai useampia kertoja (ryhmät B ja C), jotka eivät tunkeudu syvälle materiaaliin, mutta jotka poiketessaan viimeisen kerran tulevat suunnatuiksi ylös ilmaisimen kollimaattorin läpi (ks. kuvaa 3), tulevat myös ilmaistuiksi, mutta ne antavat tietoja vain massan pakkaantumi-sesta siinä syvyydessä, jossa ne ovat käyneet.
Ryhmä-A-kvanttien mittaamiseksi käytetään seuraavaa menetelmää.
: Kuvassa 3 esitetyllä mittausjärjestelmällä lähtee lähteen kolli- maattorista ohut sädekimppu L, joka vaimenee eksponentiaalisesti kulkiessaan mittauskohteen läpi. Eksponentiaalinen vaimennus määräytyy mittauskohteen massan pakkaantumistiheydestä.
8 88075 Tämä vaimennus johtuu ensisijaisesti Compton-hajoittumisesta, jossa gamma-kvantteja hajoittuu pois sädekimpusta L. Koska kvantteja lähtee joka suuntaan, muutamat niistä suuntautuvat kollimaattoria kohti. Ilmaisimen kollimaattorin ansiosta vain ne kvantit, jotka seuraavat kollimaattorilinjaa M, pääsevät ilmaisimeen ja antavat signaalin.
Mikäli ilmaisin ilmaisee vain ryhmä-A-kvantteja, mittaustulos ilmaisee keskimääräisen tiheyden syvyysalueella O-x.
Lähetetty gammakvantti voi kuitenkin myös seurata rataa L-2-M tai L-3-M. Nämä kvantit ovat poikenneet useammin kuin kerran (tässä kaksi ja kolme kertaa). Jos mittaus suoritettaisiin vain näistä kvanteista, on selvää, että saadaan tietoja vain tiheydestä O-x^ eikä kuten halutaan O-x.
Voidaan osoittaa, että mikäli haluttu mittaussyvyys on pienempi : kuin noin 10 cm, mittaussignaalin valtaosa johtuu ryhmä-A- kvanteista normaaleilla tiheyksillä ja materiaalin koostumuksilla. Tämä johtuu siitä pienestä todennäköisyydestä, että ; ryhmä-B-kvantteja saapuu ilmaisimeen, sillä niiden tulee poike ta kaksi kertaa tai muutaman kerran ja tämän jälkeen päätyä oikeaan suuntaan.
Kun mittaussyvyys x kasvaa, se seikka, että ryhmä-A-kvanteista johtuva signaali vaimenee eksponentiaalisesti, kun taas ryhmä-B-ja C-kvanteista johtuva signaali on lähes vakio, johtaa nopeasti siihen, että signaalia vallitsevat ei-halutut ryhmä-B-ja C-kvantit, jotka eivät tunkeudu haluttuun syvyyteen.
Soveltamalla Compton'in kaava ryhmä-A- ja B-kvantteihin huomataan, että ryhmä-B-kvanttien energia tavallisesti on hieman ; suurempi kuin ryhmä-A-kvanttien. Ryhmä-C-kvanttien energia on : tavallisesti olennaisesti pienempi.
Kuvassa 4 on esitetty tyypillinen gamma-spektri, sellaisena kuin se on ilmaisimen rekisteröimä. Spektrin se osa, joka I | 9 88075 sisältää tietoja tiheydestä matkalla O-x, on varjostettu.
Nuolella on osoitettu energia, joka ryhmä-A-kvantei1la on Compton'in kaavan mukaan. Kuten näkyy, huippu on siirtynyt suurempia energioita kohti. Tämä johtuu siitä, että ryhmä-B-kvanttien energia on samalla alueella (hieman suurempi) ja itse asiassa ne peittävät halutun signaalin.
Kuvan 4 spektri voidaan katsoa koostuvan kolmesta osasta, kuten kuvassa 5 on esitetty. Alue A ilmaisee halutun mittaussignaalin ryhmä-A-kvanteista. Alue B ilmaisee signaalin ryhmä-B-kvan-teista (muutaman kerran poikenneita) ja alue C ilmaisee signaalin ryhmä-C-kvanteista (moninkertaisesti poikenneita) sekä fotoemissiosta ilmaisimen koilimaattorissa ja luonnon tausta-säteilystä. Suorittamalla kaksi mittausta, toinen mittaussy-vyydetlä x ja toinen mittaussyvyydellä x + y, jolloin y on tyypillisesti 10 cm, saadaan aikaan, että mittaussyvyydellä x + y häviää käytännössä signaali ryhmä-A-kvanteista, koska —: vaimennus on niin voimakasta 2 x 10 cm suuruisen lisämatkan takia. Syvyydessä x +· y mittauksissa sitä vastoin ryhmä-B-- . ja C-kvanteista johtuva signaali on lähes muuttumaton, koska ne liikkuvat olennaisesti pienemmissä syvyyksissä ja koska niiden • / geometria on lähes muuttumaton. Ottamalla kahden mittauksen (x ja x + y) mittaustulosten erotus saadaan täten mittaustu-los, joka määräytyy yksinomaan ryhmä-A-kvanteista, ja siitä voidaan mittauskohteen keskimääräinen pakkaantumistiheys syvyydestä 0 syvyyteen x määrittää.
Mittaustuloksen spektraalianalyysi
Huipun A + B spektraalianalyysillä voidaan saada tietoja tiheyden vaihteluista syvyyden mukaan suuremmissa syvyyksissä. Näin • ‘ ‘ on myös suoritettaessa mittauksia pienemmissä syvyyksissä.
Spektraalianalyysillä tarkoitetaan seuraavassa mittauksessa ; saadun spektrin muodon analyysiä (taajuus vastaan gamma- energiaa). Kuvasta 5 näkyy, että soektrin se osa, jossa alue A sijaitsee, yhtyy vain osittain siihen energiaväliin, jolla alue B sijaitsee. Alue B:n keskimääräinen energia on suurempi kuin alue A:n.
10 88075
Sysäysten lukumäärä alueella B on riippuvainen keskimääräisestä massan pakkaantumisesta syvyysvälillä O-x^ (ks. kuvaa 3). Keskimääräisen massan pakkaantumisen ollessa pienempi välillä O-x^ saadaan suurempia sysäysnopeuksia alueella B.
Voidaan siis sysäysten lukumäärästä energiavälillä, jolla B on vallitseva, laskea keskimääräinen massan pakkaantumistiheyssyvyy-dessä O—x ^, p(O-x^), siitä huolimatta, että anturi on aseteltu mittaamaan mittaussyvyydessä x (ks. kuvaa 3).
Kuten edellä on mainittu, voidaan määrittämällä sysäysluvun suuruus alueella A määrittää keskimääräinen massan pakkaantuminen syvyysvälillä O-x^, p(O-x^). Lähtien p(0-x^):stä ja p(0-x):sta voidaan syvyydessä x^-x olevan kerroksen keskimääräinen pakkaantuminen laskea yhtälöstä p(xrx) s P<0-*> X - p(Q-«1)x1 Χ-Χχ
Compton'in kaavalla voidaan osoittaa, että gamma-kvantti, joka : poikkeaa kuvan 3 kohdassa "3" esitetyllä tavalla (kolme poikkea- : maa), omaa suuremman energian ilmaisimessa kuin kvantti, joka : poikkeaa kuvan 3 kohdassa "2" esitetyllä tavalla (kaksi poikkea- : maa). Molemmat kvantit kuuluvat B-ryhmään. Voidaan osoittaa, että ilmaistut kolme kertaa poikenneet ryhmä-B-kvantit keskimäärin ovat tunkeutuneet pienempään maksimaaliseen syvyyteen kuin vastaavat kaksi kertaa poikenneet kvantit. Yleisesti pätee, että ilmaisimeen saapuvat N kertaa poikenneet kvantit tulevat suuremmasta keskimääräisestä syvyydestä kuin N + 1 kertaa poikenneet kvantit.
Ryhmä-B-kvanteista johtuva signaali voidaan tämän vuoksi jakaa energiaväleihin. Eri välien sysäysluku sisältää tietoja pakkaantumisesta määrättyyn syvyyteen asti, ja mitä suurempi välien energia on, sitä pienempi on vastaava syvyys.
Jakamalla ryhmä-B-kvanttien energia-alue sopivaan määrään välejä ja analysoimalla vastaavat sysäysluvut voidaan siis laskea 11 88075 keskimääräinen pakkaantuminen vastaavissa syvyysväleissä pinnalta täyteen mittaussyvyyteen.
Käyttämällä pienimmän neliön menetelmää voidaan arvioida ryhmä-B-kvanttien gamma-spektrin sopivasti valittu funktio. Funktion korjauskerrointen saadut arvot sisältävät tietoa pakkaantumisen vaihtelusta syvyyden mukaan. Kerrointen avulla on mahdollista arvioida pakkaantuminen halutussa syvyydessä, samoin kuin pakkaantumisen vaihtelu syvyyden mukaan voidaan laskea jatkuvasti .
Tässä esitettyä analyysimenetelmää voidaan periaatteessa käyttää kaikilla mittaussyvyyksillä.
i * · · • ·
Claims (2)
1. Menetelmä alla olevien kerrosten tiheyden määrittämiseksi määrätyn suuntaisen säteilylähteen (K) ja sellaisen määrätyn suuntaisen ilmaisimen avulla, joka ilmaisee kerroksessa sironnutta ja ilmaisimeen päin suunnattua gammasäteilyä, jossa menetelmässä mahdollisesti muutetaan säteilysuun-taa suhteessa ilmaisusuuntaan ja mitataan ilmaistun signaalin muutos, tunnettu siitä, että säteilysuunta ja ilmaisu-suunta sijaitsevat pääasiassa samassa tasossa; että mitataan gammakvanttien muodossa olevaa ilmaistua gammasäteilyä spektrinä, jossa sysäysluku ilmenee energian funktiona; että ainakin kahden energiavälin sysäysluvuista lasketaan keskimääräinen voimakkuus ainakin kahdessa syvyysvälissä, jolloin käytetään hyväksi sitä, että ilmaisimeen saapuneet N kertaa siroutuneet kvantit tulevat keskimäärin syvemmältä kuin N+l kertaa sironneet kvantit, ja että N kertaa sironneilla kvanteilla on keskimäärin eri energia kuin N+l kertaa sironneilla kvanteilla.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että spektri jaetaan lukuisiin energiaväleihin, jotta on mahdollista laskea tiheyden muutos syvyyssuunnassa lyhyin välein. ; Patentkrav
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK237785 | 1985-05-28 | ||
| DK237785A DK237785A (da) | 1985-05-28 | 1985-05-28 | Fremgangsmaade til undersaegelse af taetheden af underliggende lag |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI862241A0 FI862241A0 (fi) | 1986-05-27 |
| FI862241A FI862241A (fi) | 1986-11-29 |
| FI88075B true FI88075B (fi) | 1992-12-15 |
| FI88075C FI88075C (fi) | 1993-03-25 |
Family
ID=8111961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI862241A FI88075C (fi) | 1985-05-28 | 1986-05-27 | Foerfarande foer bestaemning av densitet foer underliggande lager |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4820919A (fi) |
| JP (1) | JPS6212835A (fi) |
| CA (1) | CA1274321A (fi) |
| DE (1) | DE3616520A1 (fi) |
| DK (1) | DK237785A (fi) |
| FI (1) | FI88075C (fi) |
| FR (1) | FR2582810B1 (fi) |
| GB (1) | GB2178527B (fi) |
| IT (1) | IT1204875B (fi) |
| NO (1) | NO170784C (fi) |
| SE (1) | SE465336B (fi) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2629914B1 (fr) * | 1988-04-06 | 1991-09-06 | Aerospatiale | Procede et dispositif pour determiner la masse volumique d'un volume elementaire de matiere |
| US5003502A (en) * | 1988-10-25 | 1991-03-26 | Halliburton Company | Digital filter for random variable |
| US5323001A (en) * | 1989-12-26 | 1994-06-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Rotary encoder with scale member and interference of zero and first order diffraction beam |
| US6275563B1 (en) | 1999-01-12 | 2001-08-14 | Core Laboratories, I.P., Inc. | Portable gamma apparatus for core analysis and method therefor |
| US6492641B1 (en) * | 2000-06-29 | 2002-12-10 | Troxler Electronic Laboratories, Inc. | Apparatus and method for gamma-ray determination of bulk density of samples |
| US6567498B1 (en) * | 2002-01-10 | 2003-05-20 | Troxler Electronic Laboratories, Inc. | Low activity nuclear density gauge |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1135762A (fr) * | 1955-04-06 | 1957-05-03 | Ct Ex De Rech S Et D Etudes Du | Procédé et appareils de mesure de la densité des corps |
| US2997586A (en) * | 1955-08-16 | 1961-08-22 | Serge A Scherbatskoy | Gamma ray testing |
| US3176134A (en) * | 1960-11-23 | 1965-03-30 | Cleveland Technical Ct Inc | Gamma densitometer for testing railroad ties |
| DE1236831B (de) * | 1961-06-28 | 1967-03-16 | Hoesch Ag | Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung von in geringen Mengen bis Spuren in Metallkoerpern oder in Schmelzen befindlichen Elementen |
| AT252615B (de) * | 1962-04-14 | 1967-02-27 | Hoesch Ag | Verfahren und Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von zumindest teilweise ausgewalzten Blöcken bzw. Brammen auf die Beschaffenheit von im Walzmaterial befindlichen Lunkern |
| FR1508232A (fr) * | 1966-11-21 | 1968-01-05 | France Etat | Méthode pour la détermination des variations de densité superficielle d'un matériau en nappe et appareil pour sa mise en oeuvre |
| FR1515063A (fr) * | 1966-11-25 | 1968-03-01 | France Etat | Méthode et banc de mesure de densité par rayonnement gamma |
| US3505520A (en) * | 1967-10-10 | 1970-04-07 | Us Interior | Measuring the incombustible content of mine dust using backscatter of low energy gamma rays |
| US3846631A (en) * | 1972-03-13 | 1974-11-05 | Applied Invention Corp | Gamma ray differential density probe |
| DK131955C (da) * | 1973-10-09 | 1976-02-23 | I Leunbach | Fremgangsmade og anleg til bestemmelse af elektrontetheden i et delvolumen af et legeme |
| FR2298680A1 (fr) * | 1975-01-24 | 1976-08-20 | Schlumberger Prospection | Procede et dispositif pour mesurer la densite des formations traversees par un forage |
| US4034218A (en) * | 1975-10-09 | 1977-07-05 | Schlumberger Technology Corporation | Focused detection logging technique |
| FR2455275A1 (fr) * | 1979-04-27 | 1980-11-21 | Rech Geolog Miniere | Procede et appareil de mise en oeuvre pour la mesure de la densite apparente de carottes de forage et de la densite de colonnes de pulpes par absorption de rayons g |
| US4529877A (en) * | 1982-11-24 | 1985-07-16 | Halliburton Company | Borehole compensated density logs corrected for naturally occurring gamma rays |
-
1985
- 1985-05-28 DK DK237785A patent/DK237785A/da not_active Application Discontinuation
-
1986
- 1986-05-16 DE DE19863616520 patent/DE3616520A1/de not_active Withdrawn
- 1986-05-26 JP JP61120930A patent/JPS6212835A/ja active Pending
- 1986-05-27 GB GB8612773A patent/GB2178527B/en not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-27 IT IT20579/86A patent/IT1204875B/it active
- 1986-05-27 FR FR868607587A patent/FR2582810B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1986-05-27 FI FI862241A patent/FI88075C/fi not_active IP Right Cessation
- 1986-05-27 NO NO862101A patent/NO170784C/no unknown
- 1986-05-27 SE SE8602406A patent/SE465336B/sv not_active IP Right Cessation
- 1986-05-28 CA CA000510219A patent/CA1274321A/en not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-06-06 US US07/205,610 patent/US4820919A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2178527A (en) | 1987-02-11 |
| FR2582810B1 (fr) | 1990-05-11 |
| FI862241A0 (fi) | 1986-05-27 |
| CA1274321A (en) | 1990-09-18 |
| FI88075C (fi) | 1993-03-25 |
| SE8602406D0 (sv) | 1986-05-27 |
| IT8620579A0 (it) | 1986-05-27 |
| FI862241A (fi) | 1986-11-29 |
| NO862101L (no) | 1986-12-01 |
| DK237785A (da) | 1986-11-29 |
| US4820919A (en) | 1989-04-11 |
| FR2582810A1 (fr) | 1986-12-05 |
| IT1204875B (it) | 1989-03-10 |
| GB2178527B (en) | 1990-06-13 |
| NO170784C (no) | 1992-12-02 |
| GB8612773D0 (en) | 1986-07-02 |
| SE8602406L (sv) | 1986-11-29 |
| JPS6212835A (ja) | 1987-01-21 |
| SE465336B (sv) | 1991-08-26 |
| DE3616520A1 (de) | 1986-12-04 |
| DK237785D0 (da) | 1985-05-28 |
| NO170784B (no) | 1992-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6320933B1 (en) | Multiple scatter system for threat identification | |
| KR20090046849A (ko) | 산란 감쇠 단층 촬영 방법 | |
| US4415804A (en) | Annihilation radiation analysis | |
| US4566114A (en) | X- and γ-Ray techniques for determination of the ash content of coal | |
| Becegato et al. | Concentration of radioactive elements (U, Th and K) derived from phosphatic fertilizers in cultivated soils | |
| FI88075B (fi) | Foerfarande foer bestaemning av densitet foer underliggande lager | |
| US4691102A (en) | Borehole compensation method and apparatus using variations in relative borehole components | |
| US5986257A (en) | Method of detecting an object in an examination zone, and device for carrying out the method | |
| Shyti | Calibration and performance of HPGe detector for environmental radioactivity measurements using LabSOCS | |
| US20200393391A1 (en) | Method for calibrating a radiometric density measuring apparatus | |
| CN105571986B (zh) | 一种基于散射能谱双能窗计算岩石密度的方法 | |
| EP2216646B1 (en) | Method of determining ash content in coal by combined gamma ray transmission and scattering measurements | |
| US3942004A (en) | Dual spaced, borehole compensated neutron well logging instrument | |
| Asa'd et al. | The measurement of the wall thickness of steel sections using Compton backscattering | |
| Mudahar et al. | A new method for simultaneous measurement of soil bulk density and water content | |
| King III et al. | Density logging using an electron linear accelerator as the x-ray source | |
| RU2345353C1 (ru) | Способ и устройство для радиационного измерения плотности твердых тел | |
| Bacchi et al. | A semiempirical approach for the determination of HPGe detector photopeak efficiency aiming at k0-INAA | |
| GB2136562A (en) | Formation density logging while drilling | |
| RU2225018C2 (ru) | Способ обнаружения предметов в верхних слоях грунта, в частности противопехотных мин | |
| RU2611591C1 (ru) | Скважинное устройство гамма-гамма каротажа | |
| GB2179442A (en) | Formation density logging using two detectors and sources | |
| Karthikeyan | Evaluation of statistical fluctuation of measured data from nuclear density cone penetrometer | |
| El-Kateb | Broad Beam Gamma-Ray Spectrometric Studies with Environmental Materials | |
| Ertek et al. | Measurement of water content and density of soil using photon multiplescattering |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed | ||
| MM | Patent lapsed |
Owner name: VEJDIREKTORATET STATENS VEJLABORATORIUM |