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

1. 總密度（濕密度）檢測原理

　　一個密封的10毫居里銫-137伽瑪源向土壤等被測材料放射伽瑪射線，穿透被檢測材料的射線會被儀器中的密度檢測管檢測到。如果材料的密度較低，材料吸收的伽瑪射線較少，那么在一定時間內(nèi)較多的伽瑪射線就會穿過材料，檢測管的計數(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，那么在同樣時間內(nèi)就會有較少的伽瑪射線穿過材料，檢測管的計數(shù)將較低。

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

2.水分（濕度）檢測原理

　　一個密封的50毫居里镅241/鈹中子源向土壤等被測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。被測材料中的濕度越高，水分含量就越高，氫原子就越多，當中子射線穿過時，將產(chǎn)生更多的低能中子；同樣的原因，當被測材料較干時，產(chǎn)生的低能中子數(shù)目就較少。儀器中的濕度檢測管只檢測低能中子。低能中子計數(shù)越高，表示被測材料的濕度越高；反之，低能中子計數(shù)越低，表示濕度越低。核子儀測量的是地表到地表以下10公分的材料的平均含水率。

　　核子儀在進行密度和水分測量時，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)計算系統(tǒng)，所以密度和水分兩個檢測系統(tǒng)相互獨立，其檢測數(shù)據(jù)也互不影響。

核子儀的標準計數(shù)和檢定（標定）

　　標準計數(shù)—放射源衰減、周圍環(huán)境變化和本底輻射都會影響儀器的檢測數(shù)據(jù)。每天或檢測環(huán)境發(fā)生變化后，將儀器放置標準計數(shù)塊上進行計數(shù)，獲得新的計數(shù)參比結果，可以清除以上因素對檢測結果的影響。標準計數(shù)使用的工具是標準計數(shù)塊。標準計數(shù)塊為一小型的長方體塑料塊，簡稱標準塊。其密度和含有的氫元素都是穩(wěn)定不變的。標準塊厚度為5.1厘米或7.6厘米，面積相當于核子儀底座的面積。每臺儀器都有自己對應的標準塊。

　　核子密度儀的檢定—核子儀之所以能夠準確檢測材料的密度和濕度是因為核子儀在制造時經(jīng)過了檢定。檢定的具體方法是將儀器依次對一組密度高低不同的標準材料塊（檢定塊）進行檢測，建立射線數(shù)量和標準密度值之間的對應關系。在坐標圖上，將不同的射線計數(shù)與標準密度之間的對應的點連接起來就會得到一條檢定曲線，即在儀器的射線計數(shù)率與材料測試結果（密度和濕度）之間建立了適當?shù)膶P系。檢定數(shù)據(jù)可以以圖、表和等效系數(shù)等方式表示出來或貯存在儀器里面，以用于將計數(shù)率換算成材料的密度值。

　　每一臺核子儀在出廠時，都應該已經(jīng)檢定過了。現(xiàn)存儀器經(jīng)過可能影響儀器結構的維修后，必須進行檢定。所以zui多每隔一年就應該使用標準密度和濕度材料對儀器的檢定進行驗證或重新建立檢定關系。如果驗證發(fā)現(xiàn)核子儀的檢測結果與標準材料的密度或濕度之間的差異已經(jīng)不符合檢測要求，需要重新建立新的檢定關系。

核子儀的安全性

　　由于核子儀采用了放射原理測量密度和濕度，很多人因為不了解放射源的活度大小和人體允許接受的劑量多少和正確理解，只要一聽說是放射源，就產(chǎn)生恐懼感，不敢使用儀器。其實我們無論身處何地，環(huán)境中都有本底輻射，我們在日常生活中*都不可能避免輻射。

　　手提式核子秘密/濕度土壤檢測儀的商業(yè)應用已經(jīng)超過35年之久，目前大約有數(shù)萬臺核子儀在*范圍內(nèi)應用于土木工程、地質(zhì)學、農(nóng)業(yè)和環(huán)境檢測中。

　　核子儀的擁有者和使用者要遵守政府主管部門制定的法律和規(guī)定。這可能包括需要獲得許可證以及操作員要學習如何正確使用儀器。核子儀操作人員可以使用個人劑量檢測裝置監(jiān)測受到的劑量，zui常用的是劑量膠片。沒有任何核子儀操作人員受到的放射線劑量超過輻射防護委員會的5雷姆/年的職業(yè)界限。實際上，操作員受到的只是這個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的危害相比，核子儀對身體的影響是微乎其微的。從來沒有發(fā)生過密封放射源由于物理損壞或火災等原因產(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重毀壞，從沒有發(fā)生過對操作人員和普通公眾發(fā)生污染的事故。

　　通過專門的設計，核子儀的表面劑量率低于操作人員或是公眾需進行特別防護的水平，運輸車輛或檢測的位置不需要進行公告。不需要配備任何附加的防護衣服和裝置。

　　每個國家都會有主管的政府部門對放射性產(chǎn)品進行嚴格的檢測，已確認其安全性。中國環(huán)保部門和商檢部門對每臺正規(guī)進口到中國的儀器都要進行嚴格檢測，通過檢測的儀器必然符合安全規(guī)定和要求，用戶可以放心使用。只要購置的是政府主管部門批準和認可的核子儀并且是將儀器用于正常的檢測，絕不可能對操作人員造成任何危害。

核子儀檢測法與其它密度濕度檢測方法

　　核子儀檢測方法適應于檢測任何粒徑、級配、組成成分和組成結構的土壤、石頭等材料。美國ASTM 標準D2922-04《用核子法現(xiàn)場檢測土和土石混合物密度的標準檢測方法（淺層）》規(guī)定：本試驗方法可快速、無損地現(xiàn)場測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收試驗，并可用于研究和開發(fā)。試驗的無損特性允許在同一個試驗點進行多次重復檢測。

　　ASTM D2922、D2950《用核子法現(xiàn)場檢測瀝青混凝土的密度的標準方法》和C1040《用核子法現(xiàn)場檢測混凝土密度的標準方法》等標準認為目前并沒有任何其它檢測土壤、巖石、瀝青混合料、混凝土等材料的密度檢測方法具有足夠高的準確度可以與核子法進行對比。如果被檢測材料的化學成分與常規(guī)材料有非常顯著的不同，可以采用這種材料按照規(guī)定制備一個用于現(xiàn)場校準的材料塊，按照嚴格的步驟進行檢測、稱重并計算后用于對核子儀的實際檢測結果進行調(diào)整。

　　ASTM 標準D3017《用核子法現(xiàn)場測定土壤和巖石含水量（淺層） 》規(guī)定：核子儀適用于在現(xiàn)場采用快速、非破壞性技術測量土壤和巖石中的含水量。可應用于建設、研究開發(fā)過程中對壓實的土壤及巖石進行質(zhì)量控制和驗收檢驗。本方法的非破壞性的特性允許對單個檢測點上進行多次重復測量，并對其結果進行統(tǒng)計分析。如果被檢測材料含有的結合水或有機質(zhì)比常規(guī)的土壤多，需要與烘干法等進行對比試驗。

　　所以通常情況下，檢定合格的核子儀可以準確檢測材料的密度和濕度，并不需要與其它檢測方法進行對比。由于對一些不確定因素的疑慮和歷史等各個方面的原因，我國的一些行業(yè)標準要求使用核子儀時，無論是密度檢測還是濕度檢測，都要求使用傳統(tǒng)的密度、濕度檢測方法對核子儀的檢測進行對比試驗。 但是對試樣獲取方法、對比試驗的具體程序等方面沒有具體的要求和指導。所以不同的領域，不同的技術人員按照自己對對比試驗的理解進行的對比試驗往往各不相同，其中很多情況都是不正確的。測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材料，所以對于不同的檢測材料，必須選擇適當?shù)姆椒ㄅc核子儀進行對比。比如對細粒土、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?shù)恼_的方法與核子儀進行對比。進行對比試驗時，核子儀法和傳統(tǒng)方法檢測的試樣必須*。如果被檢測材料的試樣不同，即使用同一種方法讓不同的操作人員進行對比試驗，兩個人的檢測結果可能相差很遠。

核子密度儀優(yōu)勢

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

無損檢測

　　A.核子儀檢測土壤，只需要檢測表面平滑，鉆一個直徑為20毫米的檢測孔。這樣小的孔不需要修補。對于灌沙法的檢測，需要挖一個直徑為150毫米的洞， 這樣大的洞必需回填修補。

　　B.對于瀝青路面，只需要路面平整，核子儀就可以用反射法進行檢測。但取芯法，一定會給路面留下一個必須修補的孔洞。

準確性

　　A.核子儀對位于放射源與探測器之間的材料總重量進行響應，檢測不受被檢測材料中的化學的、礦物的或質(zhì)地成分的影響。檢測非常正確性，無論材料是否均勻，或顆粒是粗是細。

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

　　C.核子儀在標準的、固定的、數(shù)值不變的土壤和巖石校準塊或可以溯源到真實土壤的其它標準的密度、濕度材料塊上進行校準。檢測規(guī)程*每隔一到二年進行一次校準。操作員可以每天用標準計數(shù)塊進行標準計數(shù)，以檢測儀器的校準狀況和檢測功能。

檢測的速度

　　一次儀器檢測的全部過程耗時不到5分鐘，相對于灌沙法或取芯法大約30分鐘完成一次檢測，核子儀允許進行更多的檢測并對項目的質(zhì)量進行統(tǒng)計分析。

　　簡單和安全的操作

　　A.操作員幾乎不可能有潛在的錯誤。儀器進行檢測只需要zui低限度的指令。儀器自動計算和顯示檢測結果并給出單位。不同于灌沙法檢測，高濕度和施工設備的震動不會影響在附近的核子儀的準確性。

　　B.不同于灌沙法操作員，核子儀操作員所有時間可以站立，如果有危險接近，他能安全地觀察正在移動的施工設備，如果有危險，可以迅速離開。

“實時”檢測

　　核子儀在壓路機通過后幾分鐘就可以顯示檢測結果。可以立即對是否需要增加碾壓進行指導，可以幫助及時調(diào)整施工方法以保證獲得所需要結果。