числить приращения влагосодержания;

= Кг - «1 =

Если первое значение влагосодержания определено другим методом, то по результатам двух измерений интенсивности излучения можно определить влагосодержание, соответствующее второму измерению.

Недостатком гамма-метода с узким пучком является необходимость в массивных свинцовых коллиматорах, диафрагмах и экранах для детекторов, а также в источниках излучения большой активности.

От этих недостатков в значительной степени свободна спектроскопическая модификация гамма-метода. В приемном устройстве используется сцинтилляциоиный детектор, например, с кристаллом NaJ(iTl), с амплитудным дискриминатором, работающий в спектро-иетрическом режиме. Он регистрирует излучение, соответствующее первичным -у-квантам, и обеспечивает подавление регистрации -многократно рассеянного излучения. Благодаря этому можно использовать источники малой активности с расходящимся пучком; в то же время отпадает необходимость в эмпирическом определении значения [Хэф (см. ниже).

б) Гамма-гамма-метод с использованием расходящегося (неколлимированного) пучка и регистрацией всех "у-квантов, попадающих на детектор. При этом ослабление излучения носит иной характер, чем для узкого пучка; разница в степени ослабления для широкого и узкого пучков тем больше, чем больше относительное значе ние комптон-эффекта.

Ослабление неколлимированного гамма-излучения описывается уравнением

/ = hf"" + /р.

где /р - часть рассеянного излучения, регистрируемая детектором.

Величина /р зависит от плогиости и химического состава среды, через которую проходит радиоизотопное излучение, от энергии излучений и свойств детектора. Чем чувствительнее детектор к мягкому излучению, тем сильнее он реагирует на рассеянные гамма-кванты.

Ослабление с учетом рассеяния также можно описать экспоненциальным, законом при условии замены коэффициентов ослабления (линейного или массового) соответствующими эффективными коэф- фициентами ослабления широкого пучка [Хэф. Величина }.1эф зависит от конкретных условий измерения, в том числе от размеров и взаимного расположения детектора и объекта измерения. Так, например, яри измерениях влажности почвы величина [Хэф зависит от толщины контролируемого слоя почвы. На практике эту величину приходится определять и проверять опытным путем в реальных рабочих условиях.

J59

в) Гамма-гамма-метод рассеяния основан на зависимости рассеяния н поглощения гамма-квантов от свойств вещества, в частности от его плотности и химического состава. Рассеянное излучение возникает в результате взаимодействия первичных гамма-квантов с электронами вещества; рассеянные кванты теряют часть своей энергии, изменяют траекторию и после многократных столкновений поглощаются атомами вещества. Коэффициент рассеяния, характеризующий потерю энергии рассеянным гамма-квантом, является функцией отношения Z/Л элемента. С этим связано избирательное влияние воды в грунтах, почвах и других материалах на рассеяние гамма-излучений.

В зависимости от энергии первичных га.мма-квантов их рассеяние определяется различными свойствами материала, окружащего источник. Рассеяние в объектах, состоящих нз легких и средних элементов, прн энергии гамма-излучения 0,3-3 Мэв определяется главным образом плотностью материала; это используется в гамма-плотномерах по рассеянному излучению.

Прн применении мягкого гамма-излучения с энергией 0,1- 0,2 Мэв и ниже на рассеяние гамма-квантов оказывает преобладающее влияние химический состав вещества, что н используется для измерений влажности.

Скорость счета детектора определяется суммарной интенсивностью регистрируемого излучения:

/p = /i-f-/z-f-/3.

где /i - интенсивность излучения, рассеянного в среде, окружающей зонд; /г - интенсивность прямого излучения источника; /з - интенсивность излучения, рассеянного в самом зонде.

Ii представляет собой полезный сигнал, h+h - помехи, от которых детектор защищают свинцовым экраном.

Как н в методе ослабления гамма- и бета-излучений, прямые измерения влажности возможны только прн условии дополнительного определения плотностн сухого материала. Прн этом необходимо обеспечить максимальную чувствительность к мягким излучениям.

Применение для измерений влажности ослабления бета-нзлу-ч е н н й незначительно. Характеристики этого метода аналогичны характеристикам гамма-методов; для определения массовой влажности необходима дополнительная информация о плотности материала в сухом состоянии. Кроме того, вследствие меньшей проникающей способности бета-частиц их применяют для измерений плотности, толщины, веса н часгично химического состава лишь тонких, главным образом листовых, материалов.

На практике бета-влагомеры применялись для автоматического контроля влажности движущихся лент или полотен листовых материалов до или после контактной сушки на сушильных цилиндрических барабанах.

Важной областью применения этих- приборов является контроль высоких влагосодержаннй (100% и выше) текстильных хлопчатобумажных тканей после отжима [Л. 5-2]

Основное практическое применение гамма-влагомеров-контроль влажности почв и грунтов, а также торфа в полевых условиях, без нарушения структуры материалов н отбора проб. Реже эти приборы использовались для контроля влагосодержания строительных конструкций н материалов (например, керамических масс).

В гамма-влагомерах применяются регистраторы импульсов и источники питания, аналогичны? используемым в нейтронных влаго-

мерах (см. ниже); детекторами излучения служат газоразрядные (например, галогенные) или, реже, сцинтилляционные счетчики. Методика и техника измерений хорошо разработаны применительно к почвогрунтам [Л. 5-1].

ГаММа- и нейтронные влагомеры позволяют осуществлять в почве глубинные измерения (с заглублением источника и детектора или только источника) и поверхностные. Различные способы глубинного зондирования почвы показаны на рис. 5-1; во всех спучаях скважины армируют тонкостенными обсадными трубами.

Для послойных измерений влажности торфа в залежи горизонтальным просвечиванием была разработана специальная конструк-

Рис. 5-1. Способы зондирования почвы при применении радиоизотопных влагомеров. / - излучатель; 2 - детектор.

ция датчика-зонда, так называемая радиовилка, позволяющая измерять влажность на полной глубине залежи (до 3-4 м).

Для почвы и грунтов разрабатываются также «пенетрационные» способы быстрого введения зондов вдавливанием с помощью винтового бура или ударными способами без проходки скважин.

При поверхностных измерениях источник и приемник излучения располагаются в датчике на поверхности почвогрупта без какого-либо нарушения его естественного сложения. Этот способ реализуется, в частности, в гамма-гамма-влагомерах п плотномерах. При очевидных преимуществах недостатками этого метода являются малая глубина зондирования и сильное влияние характера и состояния поверхности на результаты измерения. Измерение с заглублением одного лишь источника представляет собой компромиссное решение. Относительный характер измерений влажности ограничивает применение рассматриваемого" метода как в отношении- числа материалов, так и круга решаемых задач

Гамма-методы в последние годы мало применяются для непосредственного определения влажности; в этой области они гытес-няются нейтронным методом. Гамма- и бета-методы используются для измерения плотности в комбинированных приборах влагомерах-плотномерах (см. § 5-4).

11-1507 ~ 161