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核子密度/濕度檢測(cè)儀的工作原理技術(shù)/4406928是河北省虹宇儀器設(shè)備有限公司自行研發(fā)的新一代試驗(yàn)儀器。

1. 總密度（濕密度）檢測(cè)原理

　　一個(gè)密封的10毫居里銫-137伽瑪源向土壤等被測(cè)材料放射伽瑪射線，穿透被檢測(cè)材料的射線會(huì)被儀器中的密度檢測(cè)管檢測(cè)到。如果材料的密度較低，材料吸收的伽瑪射線較少，那么在一定時(shí)間內(nèi)較多的伽瑪射線就會(huì)穿過(guò)材料，檢測(cè)管的計(jì)數(shù)將較高：反之，如果材料的密度較高，高密度的材料吸收了更多的伽瑪射線，那么在同樣時(shí)間內(nèi)就會(huì)有較少的伽瑪射線穿過(guò)材料，檢測(cè)管的計(jì)數(shù)將較低。

　　伽瑪射線在被測(cè)材料中的穿透、反射和被吸收等行為只與被測(cè)材料中的組成成分的所有原子的原子核的質(zhì)量相關(guān)。核子儀測(cè)量的總密度實(shí)際是單位體積的土工材料總的原子量。只有當(dāng)被測(cè)材料的總的原子量發(fā)生變化時(shí)，核子儀的檢測(cè)結(jié)果才相應(yīng)地發(fā)生變化。

2.水分（濕度）檢測(cè)原理

　　一個(gè)密封的50毫居里镅241/鈹中子源向土壤等被測(cè)材料放射高能中子射線，高能中子與氫原子碰撞后，迅速失去能量而變成低能中子，而其它任何種類(lèi)的原子都不能象氫原子那樣顯著減少高能中子的能量。被測(cè)材料中的濕度越高，水分含量就越高，氫原子就越多，當(dāng)中子射線穿過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生更多的低能中子；同樣的原因，當(dāng)被測(cè)材料較干時(shí)，產(chǎn)生的低能中子數(shù)目就較少。儀器中的濕度檢測(cè)管只檢測(cè)低能中子。低能中子計(jì)數(shù)越高，表示被測(cè)材料的濕度越高；反之，低能中子計(jì)數(shù)越低，表示濕度越低。核子儀測(cè)量的是地表到地表以下10公分的材料的平均含水率。

　　核子儀在進(jìn)行密度和水分測(cè)量時(shí)，分別使用不同的放射源，不同的射線接受器，不同的數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)，所以密度和水分兩個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，其檢測(cè)數(shù)據(jù)也互不影響。

核子儀的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)和檢定（標(biāo)定）

　　標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)—放射源衰減、周?chē)h(huán)境變化和本底輻射都會(huì)影響儀器的檢測(cè)數(shù)據(jù)。每天或檢測(cè)環(huán)境發(fā)生變化后，將儀器放置標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊上進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得新的計(jì)數(shù)參比結(jié)果，可以清除以上因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)使用的工具是標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊為一小型的長(zhǎng)方體塑料塊，簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)塊。其密度和含有的氫元素都是穩(wěn)定不變的。標(biāo)準(zhǔn)塊厚度為5.1厘米或7.6厘米，面積相當(dāng)于核子儀底座的面積。每臺(tái)儀器都有自己對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)塊。

　　核子密度儀的檢定—核子儀之所以能夠準(zhǔn)確檢測(cè)材料的密度和濕度是因?yàn)楹俗觾x在制造時(shí)經(jīng)過(guò)了檢定。檢定的具體方法是將儀器依次對(duì)一組密度高低不同的標(biāo)準(zhǔn)材料塊（檢定塊）進(jìn)行檢測(cè)，建立射線數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)密度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在坐標(biāo)圖上，將不同的射線計(jì)數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)密度之間的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接起來(lái)就會(huì)得到一條檢定曲線，即在儀器的射線計(jì)數(shù)率與材料測(cè)試結(jié)果（密度和濕度）之間建立了適當(dāng)?shù)膶?duì)應(yīng)關(guān)系。檢定數(shù)據(jù)可以以圖、表和等效系數(shù)等方式表示出來(lái)或貯存在儀器里面，以用于將計(jì)數(shù)率換算成材料的密度值。

　　每一臺(tái)核子儀在出廠時(shí)，都應(yīng)該已經(jīng)檢定過(guò)了?，F(xiàn)存儀器經(jīng)過(guò)可能影響儀器結(jié)構(gòu)的維修后，必須進(jìn)行檢定。所以zui多每隔一年就應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)密度和濕度材料對(duì)儀器的檢定進(jìn)行驗(yàn)證或重新建立檢定關(guān)系。如果驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)核子儀的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)材料的密度或濕度之間的差異已經(jīng)不符合檢測(cè)要求，需要重新建立新的檢定關(guān)系。

核子儀的安全性

　　由于核子儀采用了放射原理測(cè)量密度和濕度，很多人因?yàn)椴涣私夥派湓吹幕疃却笮『腿梭w允許接受的劑量多少和正確理解，只要一聽(tīng)說(shuō)是放射源，就產(chǎn)生恐懼感，不敢使用儀器。其實(shí)我們無(wú)論身處何地，環(huán)境中都有本底輻射，我們?cè)谌粘Ｉ钪?都不可能避免輻射。

　　手提式核子秘密/濕度土壤檢測(cè)儀的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)35年之久，目前大約有數(shù)萬(wàn)臺(tái)核子儀在*范圍內(nèi)應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境檢測(cè)中。

　　核子儀的擁有者和使用者要遵守政府主管部門(mén)制定的法律和規(guī)定。這可能包括需要獲得許可證以及操作員要學(xué)習(xí)如何正確使用儀器。核子儀操作人員可以使用個(gè)人劑量檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)受到的劑量，zui常用的是劑量膠片。沒(méi)有任何核子儀操作人員受到的放射線劑量超過(guò)輻射防護(hù)委員會(huì)的5雷姆/年的職業(yè)界限。實(shí)際上，操作員受到的只是這個(gè)界限的很小的一部分，少于我們從自然界獲得本底輻射的年平均值。從未有案例表明由于使用核子密度儀而受到*或短期輻射傷害。與我們經(jīng)常忽視的吸煙、飲酒等日常行為給我們帶來(lái)的危害相比，核子儀對(duì)身體的影響是微乎其微的。從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)密封放射源由于物理?yè)p壞或火災(zāi)等原因產(chǎn)生泄漏，即使每年都有一些核子儀在野外施工中被意外嚴(yán)重毀壞，從沒(méi)有發(fā)生過(guò)對(duì)操作人員和普通公眾發(fā)生污染的事故。

　　通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)，核子儀的表面劑量率低于操作人員或是公眾需進(jìn)行特別防護(hù)的水平，運(yùn)輸車(chē)輛或檢測(cè)的位置不需要進(jìn)行公告。不需要配備任何附加的防護(hù)衣服和裝置。

　　每個(gè)國(guó)家都會(huì)有主管的政府部門(mén)對(duì)放射性產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，已確認(rèn)其安全性。中國(guó)環(huán)保部門(mén)和商檢部門(mén)對(duì)每臺(tái)正規(guī)進(jìn)口到中國(guó)的儀器都要進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)的儀器必然符合安全規(guī)定和要求，用戶可以放心使用。只要購(gòu)置的是政府主管部門(mén)批準(zhǔn)和認(rèn)可的核子儀并且是將儀器用于正常的檢測(cè)，絕不可能對(duì)操作人員造成任何危害。

核子儀檢測(cè)法與其它密度濕度檢測(cè)方法

　　核子儀檢測(cè)方法適應(yīng)于檢測(cè)任何粒徑、級(jí)配、組成成分和組成結(jié)構(gòu)的土壤、石頭等材料。美國(guó)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D2922-04《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土和土石混合物密度的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法（淺層）》規(guī)定：本試驗(yàn)方法可快速、無(wú)損地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土壤和巖石的密度。適用于施工質(zhì)量控制、土壤和巖石等工程的驗(yàn)收試驗(yàn)，并可用于研究和開(kāi)發(fā)。試驗(yàn)的無(wú)損特性允許在同一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)。

　　ASTM D2922、D2950《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)瀝青混凝土的密度的標(biāo)準(zhǔn)方法》和C1040《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土密度的標(biāo)準(zhǔn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為目前并沒(méi)有任何其它檢測(cè)土壤、巖石、瀝青混合料、混凝土等材料的密度檢測(cè)方法具有足夠高的準(zhǔn)確度可以與核子法進(jìn)行對(duì)比。如果被檢測(cè)材料的化學(xué)成分與常規(guī)材料有非常顯著的不同，可以采用這種材料按照規(guī)定制備一個(gè)用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的材料塊，按照嚴(yán)格的步驟進(jìn)行檢測(cè)、稱(chēng)重并計(jì)算后用于對(duì)核子儀的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

　　ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D3017《用核子法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土壤和巖石含水量（淺層） 》規(guī)定：核子儀適用于在現(xiàn)場(chǎng)采用快速、非破壞性技術(shù)測(cè)量土壤和巖石中的含水量?？蓱?yīng)用于建設(shè)、研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)壓實(shí)的土壤及巖石進(jìn)行質(zhì)量控制和驗(yàn)收檢驗(yàn)。本方法的非破壞性的特性允許對(duì)單個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果被檢測(cè)材料含有的結(jié)合水或有機(jī)質(zhì)比常規(guī)的土壤多，需要與烘干法等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

　　所以通常情況下，檢定合格的核子儀可以準(zhǔn)確檢測(cè)材料的密度和濕度，并不需要與其它檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比。由于對(duì)一些不確定因素的疑慮和歷史等各個(gè)方面的原因，我國(guó)的一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求使用核子儀時(shí)，無(wú)論是密度檢測(cè)還是濕度檢測(cè)，都要求使用傳統(tǒng)的密度、濕度檢測(cè)方法對(duì)核子儀的檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。 但是對(duì)試樣獲取方法、對(duì)比試驗(yàn)的具體程序等方面沒(méi)有具體的要求和指導(dǎo)。所以不同的領(lǐng)域，不同的技術(shù)人員按照自己對(duì)對(duì)比試驗(yàn)的理解進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)往往各不相同，其中很多情況都是不正確的。測(cè)量密度和濕度的傳統(tǒng)方法有很多，各自適用于不同的檢測(cè)材料，所以對(duì)于不同的檢測(cè)材料，必須選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc核子儀進(jìn)行對(duì)比。比如對(duì)細(xì)粒土、粗粒土、土石混合物、瀝青混合料、水泥混合料以及巖石等不同的材料必須根據(jù)情況選擇適當(dāng)?shù)恼_的方法與核子儀進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，核子儀法和傳統(tǒng)方法檢測(cè)的試樣必須*。如果被檢測(cè)材料的試樣不同，即使用同一種方法讓不同的操作人員進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，兩個(gè)人的檢測(cè)結(jié)果可能相差很遠(yuǎn)。

核子密度儀優(yōu)勢(shì)

　　將核子密度儀與灌沙法或其它破壞性檢測(cè)方法相比較，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，主要包括：

無(wú)損檢測(cè)

　　A.核子儀檢測(cè)土壤，只需要檢測(cè)表面平滑，鉆一個(gè)直徑為20毫米的檢測(cè)孔。這樣小的孔不需要修補(bǔ)。對(duì)于灌沙法的檢測(cè)，需要挖一個(gè)直徑為150毫米的洞， 這樣大的洞必需回填修補(bǔ)。

　　B.對(duì)于瀝青路面，只需要路面平整，核子儀就可以用反射法進(jìn)行檢測(cè)。但取芯法，一定會(huì)給路面留下一個(gè)必須修補(bǔ)的孔洞。

準(zhǔn)確性

　　A.核子儀對(duì)位于放射源與探測(cè)器之間的材料總重量進(jìn)行響應(yīng)，檢測(cè)不受被檢測(cè)材料中的化學(xué)的、礦物的或質(zhì)地成分的影響。檢測(cè)非常正確性，無(wú)論材料是否均勻，或顆粒是粗是細(xì)。

　　B.被檢測(cè)的土壤土壤體積很大，檢測(cè)結(jié)果的代表性更好。對(duì)于檢測(cè)深度為8英寸（20CM）透射密度檢測(cè)，試樣體積大約為25立方英尺。而灌沙法檢測(cè)，試樣體積大約為10立方英尺。

　　C.核子儀在標(biāo)準(zhǔn)的、固定的、數(shù)值不變的土壤和巖石校準(zhǔn)塊或可以溯源到真實(shí)土壤的其它標(biāo)準(zhǔn)的密度、濕度材料塊上進(jìn)行校準(zhǔn)。檢測(cè)規(guī)程*每隔一到二年進(jìn)行一次校準(zhǔn)。操作員可以每天用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)，以檢測(cè)儀器的校準(zhǔn)狀況和檢測(cè)功能。

檢測(cè)的速度

　　一次儀器檢測(cè)的全部過(guò)程耗時(shí)不到5分鐘，相對(duì)于灌沙法或取芯法大約30分鐘完成一次檢測(cè)，核子儀允許進(jìn)行更多的檢測(cè)并對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　簡(jiǎn)單和安全的操作

　　A.操作員幾乎不可能有潛在的錯(cuò)誤。儀器進(jìn)行檢測(cè)只需要zui低限度的指令。儀器自動(dòng)計(jì)算和顯示檢測(cè)結(jié)果并給出單位。不同于灌沙法檢測(cè)，高濕度和施工設(shè)備的震動(dòng)不會(huì)影響在附近的核子儀的準(zhǔn)確性。

　　B.不同于灌沙法操作員，核子儀操作員所有時(shí)間可以站立，如果有危險(xiǎn)接近，他能安全地觀察正在移動(dòng)的施工設(shè)備，如果有危險(xiǎn)，可以迅速離開(kāi)。

“實(shí)時(shí)”檢測(cè)

　　核子儀在壓路機(jī)通過(guò)后幾分鐘就可以顯示檢測(cè)結(jié)果?？梢粤⒓磳?duì)是否需要增加碾壓進(jìn)行指導(dǎo)，可以幫助及時(shí)調(diào)整施工方法以保證獲得所需要結(jié)果。