PL58734B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 30.VII.1965 Francja Opublikowano: 10.XIU9.69 58734 KI. 42 1, 9/51 MKP G 01 n . A2I UKD Wlasciciel patentu: Electricite de France, Paryz (Francja) Urzadzenie do pomiaru wilgotnosci i gestosci materialu Wynalazek dotyczy urzadzenia do pomiaru wil¬ gotnosci 'i gestosci materialu zwlaszcza do bada¬ nia gruntów.Ostatnio rozwinieto, zwlaszcza w badaniach grun¬ tów, kontrole techniczna materialów za pomoca urzadzen wykorzystujacych promieniowanie ra¬ dioaktywne, w których promienie gamma stosuje sie do pomiaru gestosci, a neutrony do pomiaru wilgotnosci. Calkowita zawartosc wilgoci wagowo okreslana jest z tych dwóch pomiarów. Przy sto¬ sowaniu znanych urzadzen wilgotnosc jest okre¬ slana przez termalizacje neutronów predkich.W tym celu urzadzenie wycechowane jest za po¬ moca znanego materialu i zawiera zródlo neutro¬ nów predkich oraz detektor neutronów powolnych, powstajacych w wyniku rozproszenia neutronów predkich w materiale. Zródlo i detektor sa umiesz¬ czone z jednej strony badanego materialu.Znany jest równiez wilgotnosciomierz, w któ¬ rym zródlo neutronów predkich oraz detektor neutronów powolnych umieszczone sa w sondzie, jedno na drugim, na okres przeprowadzania po¬ miarów.Detektor neutronów powolnych rejestruje neu¬ trony, których ilosc jest uzalezniona od ilosci jader wodoru znajdujacych sie w osrodku ota¬ czajacym przyrzad pomiarowy. Rejestracja neu¬ tronów odbywa sie tu za pomoca chlorowcowego licznika Geigera — Mullera. Pomiar wymaga uzy¬ cia standaryzatora sluzacego, jako konteiner te- 10 15 25 30 renowy wilgotnosciomierza oraz do wzorcowania odczytów. Wokól zródla neutronów predkich i nad nim jest umieszczony filtr, zadaniem którego jest oddzielenie zródla neutronów od licznika.Urzadzenia te jednak maja wady, wynikajace glównie z wplywu charakterystyk badanego ma¬ terialu na wynik pomiaru, a w szczególnosci: ob¬ jetosc badanego materialu, okreslona przez pro¬ mien obszaru rozpraszania emitowanych neutro¬ nów, zalezna jest od wlasciwosci rozpraszajacych tego materialu, a poniewaz te ostatnie sa funkcja zawartosci wodoru, wiec objetosc badanego ma¬ terialu zmienia sie wraz z jego wilgotnoscia; uzyskane wyniki nie odpowiadaja wartosci sred¬ niej wilgotnosci calej mierzonej objetosci, gdyz warstwy zewnetrzne obszaru rozpraszania sa mniej czule na wykrywane promieniowanie, niz war¬ stwy blizsze nadajnika; a ponadto fakt, iz detek¬ tor i zródlo neutronów sa umieszczone po jednej stronie badanego materialu, przewaznie na jego powierzchni, lub w sondzie zanurzanej do gruntu, powoduje, szczególnie w przypadku badania grun¬ tów w terenie, duzy wplyw stanu powierzchni na wynik pomiaru i wymaga stosowania poprawek na czas rozdzielczy ukladu i tlo naturalne.W celu wyeliminowania tych wad próbowano zastosowac przepuszczenie neutronów termicznych przez material (zródlo emitujace wylacznie neu¬ trony termiczne i detektor byly wiec umieszczone po obu stronach badanego materialu), wedlug za- 5873458734 20 sady stosowanej przy przepuszczaniu promieni gamma, co bylo dogodne dla pomiaru gestosci ma¬ terialu. Jednakze przy pomiarach wilgotnosci nie byly dotychczas stosowane urzadzenia wykorzy¬ stujace przechodzenie neutronów, mozliwe do za- 5 stosowania w terenie. Próby przepuszczania neu¬ tronów termicznych nie przekroczyly stadium la¬ boratoryjnego, gdyz grubosc badanej próbki nie przewyzszala kilku centymetrów.Celem wynalazku jest wyeliminowanie powyz- 10 .szych wad i skonstruowanie urzadzenia, w którym t sonda umieszczona w badanym gruncie zawiera zródlo neutronów predkich, a zespoly detekcyjne pozostaja na powierzchni gruntu i reaguja jedy¬ nie na. neutrony o energii przewyzszajacej poziom 15 termiczny, co pozwala ograniczyc pomiar do neu¬ tronów, które przeniknely material od zródla do detektora, unikajac wplywu neutronów wytwarza¬ nych w badanym materiale przez dyfuzje, ponad¬ to pomiar wilgotnosci badanego materialu za po¬ moca neutronów polaczyc z pomiarem gestosci tego materialu dokonanym za pomoca promieni gamma.Cel ten osiagnieto przez to, ze zespoly detekcyj- 25 ne neutronów i promieni gamma, przy czym zród¬ la neutronów predkich i promieni gamma oraz zespoly detekcyjne sa umieszczone z dwóch stron badanego materialu, maja filtr umieszczony po¬ miedzy badana próbka materialu i detektorem 30 neutronów termicznych, który nie przepuszcza neu¬ tronów termicznych przez co zespoly detekcyjne sa czule jedynie na neutrony wychodzace z ba¬ danego materialu o energii przewyzszajacej po¬ ziomtermiczny. 35 Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera nadajnik w postaci polaczonych ze soba zródel neutronów predkich i promieniowania gamma oraz zespoly detekcyjne w postaci co najmniej jednego detek¬ tora neutronów termicznych i jednego detektora 40 promieniowania gamma, a zespoly detekcyjne sa czule jedynie na neutrony o energii przewyzsza¬ jacej poziom termiczny. Urzadzenie jest skonstruo¬ wane w ten sposób, ze jego nadajnik i zespoly detekcyjne umieszczone sa po obu stronach bada- 45 nej próbki. Natezenie promieniowania wykrytego przez oba detektory, przy okreslonych zródlach te¬ go promieniowania, pozwala po wycechowaniu urzadzenia, na jednoczesny pomiar wilgotnosci i gestosci próbki i na tej podstawie okreslac cal¬ kowita wagowa zawartosc wilgoci.Urzadzenie wedlug wynalazku przeznaczone zwlaszcza do mierzenia wilgotnosci gruntów, za-' wiera nadajnik promieniowania umieszczony w 55 wydrazeniu preta, który jest zaglebiany w grunt oraz dwa zespoly wykrywajace z których kazdy posiada detektor neutronów termicznych, oraz de¬ tektor promieniowania gamma. Podczas pomiarów zespoly te sa umieszczone na powierzchni gruntu 60 symetrycznie w stosunku do wyzej wymienionego preta. Ogólny wynik pomiaru jest okreslony jako srednia promieniowania wykrytego przez poszcze¬ gólne zespoly. Pozwala to na wyeliminowanie wplywu bledów wzajemnego polozenia preta i de- 65 50 tektorów przy umieszczaniu urzadzenia na po¬ wierzchni gruntu.Urzadzenie wedlug wynalazku zostanie ponizej opisane na podstawie przykladu jego wykonania pokazanego na" rysunku, na którym fig. 1 przed¬ stawia schematycznie w widoku z boku urzadze¬ nia do jednoczesnego pomiaru wilgotnosci i gesto¬ sci gruntu, fig. 2 — urzadzenie w widoku z góry (ze zdjetymi pokrywami), a fig. 3 — w przekroju detektor neutronów termicznych z moderatorem hamujacym i filtrem, który stanowi obudowe de¬ tektora.Urzadzenie zawiera pret 3 który umieszcza sie w otworze 2 badanej próbki 1 gruntu. W dolnym koncu preta 3 umieszczone jest zródlo 4 neutro¬ nów predkich na przyklad w postaci mieszaniny ameryku i berylu, które w stosunku do radu, daje te korzysc, ze nie wysyla promieni gamma o du¬ zej energii. Nad zródlem 4 neutronów jest umiesz¬ czone zródlo 5 promieniowania gamma na przy¬ klad w postaci cezu 137. Otwór 2 jest osloniety prowadnikowa rura 6, której górna czesc 7 wy¬ staje nad powierzchnia gruntu, a dolna czesc 9 jest zamknieta.Czesc 7 jest otoczona korpusem odbiornika 8, który jest zaopatrzony w swojej czesci srodkowej w element centrujacy w postaci kulowego prze¬ gubu 10, opartego elastycznie na sprezynach, po¬ laczonych z gniazdem kulistym 12. Przegub 10 ma wydrazony otwór osiowy 13, w którym osadzona jest rura prowadnikowa 6, w czesci koncowej 14 otwór ten ma zmniejszona srednice, umozliwiaja¬ ca jednak przejscie preta 3.W dwóch przestrzeniach 17 i 18, wykonanych w korpusie odbiornika po obu stronach przegu¬ bu 10, umieszczona jest aparatura elektroniczna, na przyklad wstepne wzmacniacze 19, 20, wlaczo¬ ne do obwodów pomiarowych. Na koncach korpu¬ su w ten sam sposób umieszczone sa dwie jed¬ nakowe skrzynki 21, 22, z których kazda zawiera detektor DG promieniowania gamma i detektor DN neutronów, umieszczone kolejno od srodka ku brzegowi urzadzenia.Detektory te, o ksztalcie przewaznie cylindrycz¬ nym, sa umieszczone we wglebieniach 23 i 24, wy¬ konanych w dnie skrzynki. Wglebienia te moga nieco zaglebiac sie w grunt, co pozwala na duze zblizenie detektorów mozliwie blisko na powierz¬ chni badanej próbki gruntu. Dla polepszenia sty¬ ku i statecznosci urzadzenia jedna ze skrzynek na przyklad skrzynka 22, jest polaczona z korpu¬ sem odbiornika za pomoca przegubowego czopa 25, który przez zastosowanie ogranicznika 26, poz-' wala na obrót skrzynki jedynie o kat 10°. Wyni¬ ka stad, ze takie rozwiazanie polaczenia umozli¬ wia lepsze dostosowanie odbiornika do ewentual¬ nych nierównosci powierzchni gruntu lub odchy¬ len od prostopadlego kierunku otworu.Przewody laczace 27, 28 zapewniaja polaczenie detektorów neutronów ze wstepnym wzmacnia¬ czem 20, a przewody 29, 30 lacza detektory pro¬ mieniowania gamma z wstepnym wzmacniaczem 19. Pozostale przewody 31, 32 (fig. ii) sa przewo- s58734 darni zasilajacymi odbiornik oraz laczacymi z po¬ wszechnie stosowana znana aparatura wzmacnia¬ jaca i rejestrujaca.Na fig. 3 pokazano detektor neutronów DN w przekroju. Znana lampa detekcyjna 33 na przy¬ klad z fluorkiem boru, reagujaca na neutrony ter¬ miczne, jest umieszczona w srodku moderatora 34 który stanowi na przyklad parafina. Masa mode¬ ratora styka sie z filtrem który stanowi obudowa detektora wykonana z warstwy indu 35 i warstwy kadmu 36. Filtr ten praktycznie biorac calkowicie eliminuje padajace neutrony termiczne, przepu¬ szczajac znaczna czesc neutronów o energii prze¬ wyzszajacej poziom termiczny, to znaczy przepu¬ szczajac neutrony epitermiczne i predkie.Neutrony te oddzialywuja wiec na detektor 33 po obnizeniu ich poziomu energetycznego wew¬ natrz spowalniajacego neutrony moderatora 34. Na przyklad uzyskuje sie dobre wyniki stosujac filtr nie przepuszczajacy neutronów o energii mniej¬ szej od 1 eV. tj. wykrywajac neutrony, których wartosc energii przy wyjsciu z badanej próbki jest zawarta miedzy 1 eV, która to wartosc jest ograniczona przez filtr i 5 MeV, która to wartosc daje promieniowanie zródla energii.W rzeczywistosci jednak promieniowanie o ma¬ lej energii ma niewielkie szanse przedostania sie poprzez moderator parafinowy i najwieksza czesc wykrywanego promieniowania ma energie zawar¬ ta miedzy 0,1 MeV i 5 MeV. Badania wykazuja, ze wyniki pomiarów za pomoca urzadzenia we¬ dlug wynalazku doskonale odwzorowuja wilgot¬ nosc materialu zawartego miedzy zródlem i detek¬ torem. Dokladnosc wzgledna pomiarów wilgotno¬ sci wynosi okolo 2% przy grubosci warstwy grun¬ tu 35 cm.Stosowanie urzadzenia wedlug wynalazku daje nastepujace korzysci, zwlaszcza przy badaniach gruntu: objetosc badanego materialu nie jest ograniczona i bardzo malo zmienia sie w funkcji wilgotnosci, wyniki pomiarów sa bardzo zblizone 6 do wartosci srednich, wyniki pomiarów nie zale¬ za od stanu powierzchni badanego gruntu oraz ta sama próbka materialu sluzy jednoczesnie do po¬ miaru wilgotnosci i gestosci. 5 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL

Claims (1)

1.