Рентгеновский м.етод измерения влажности твердых материалов, основанный на взаимодействии рентгене" "ких лучен с просвечиваемым объектом, имеет характеристики, аналогичные характеристикам гамма-метода, ио обладает большей чувствительностью благодаря тому, что вода сильнее поглощает рентгеновское излучение, чем гамма-лучи. Рентгеновские влагомеры могут измерять высокие влагосодержания. Ослабление рентгеновских лучей веществом подчиняется экспоненциа.пьному закону (формула (5-1)]. Для обычно применяемого диапазона длин волн X справедливо приближенное соотношение p,xp(XZ), где р и Z - плотность и атомный гюмер вещества. Измерение влажности сводится к определению отношения /о . Рентгеновский метод позволяет определять объемную влажность; для измерения массовой влажности необходима информация о -плотности и толщине исследуемого материала.

Для автоматического контроля можно применить двухволновый метод измерения, основанный на определении отношения /о на двух длинах волн: Xi и {Л. 5-3]. В известном диапазоне длин волн (на-

пример, при ?ч = 0,64 А и 2 = 0,25 А) влагосодержание и определяется выражением

1п(/„ ) .

1П (fo/f\

(k - коэффициент пропорциональности) и результат измерения и не зависит от плотности и толщины материала. Нужные длины волн выделяются из излучения полихроматического источника с помощью двух непрерывно вращающихся фильтров. Детектором служит сцин-тиляционный счетчик, Выходные сигналы которого поступают ка амплитудный анализатор, а затем на вычислительное устройство, к выходу которого подключен псказывающий-и записывающий прибор влагомера.

Рентгеновский метод до настоящего времени не нашел практического применения.

В нейтронных влагомерах быстрые нейтроны (с энергией до И Мэв), испускаемые источником, взаимодействуют с ядрами элементов окружающей среды. Основными процессами являются (происходящие в указанной последовательности): рассеяние нейтронов, главным образом упругое, замедление до тепловой энергии и диффузия. Рассеянные нейтроны, изменяя направление движения и теряя энергию, превращаются в тепловые, имеющие очень низкую энергию - до 0,5 эв (средняя энергия тепловых нейтронов около 0,025 эв). Иногда используются нейтроны («надтепловые») с энергией несколько выше тепловой - приблизительно до 2 эв. Кроме ядерной реакции типа {п, п), используется и захватное излучение-реакция {п, у), в результате которой ядро, захватившее тепловой нейтрон, излучкет гамма-кванты.

Водород является наиболее эффективным замедлителем быстрых нейтронов. Благодаря этому замедляющая способность S воды в сотни раз превышает значения S ядер кислорода, алюминия, кремния и других наиболее распространенных элементов.

Если облучать материал, состоящий из таких элементов и влаги, быстрыми нейтронами и считать количество медленных нейтронов, полученных в результате рассеяния нейтронного потока в материале, можно определить содержание атомов Н в нем. При условии, что подавляющее большинство атомов Н содержится во влаге, а потери энергии нейтронов для всех остальных элементов достаточно близки,, это позволяет определить влагосодержание материала. Плотность тепловых нейтронов вблизи излучателя зависит от числа атомов водорода, содержащихся в единице объема исследуемого материала. С этим связаны некоторые особенности нейтронного метода измерения влажности, в этом методе измеряется объемная влажность.

Форма характеристики нейтронного влагомера зависит от расстояния между источником быстрых нейтронов и приемником медленных нейтронов. Существует определенное («инверсионное») расстояние между точечным источником и серединой приемника, при котором плотность медленных нейтронов не зависит от свойств окру- , жающей среды. При расстояниях, больших инверсионного, плотность нейтронов уменьшается с ростом содержания водорода. Если расстояние меньше инверсионного, рост содержания водорода вызывает увеличение плотности медленных нейтронов; датчики нейтронных влагомеров работают обычно в этой «доинверсионной» области.

Математические модели нейтронных влагомеров, представляющие собой теоретические зависимости плот--ности тепловых нейтронов от параметров влагомера и исследуемой среды, были предложены различными исследователями на основе разных методик Л. 5-4].

Данные о распределении плотности тепловых нейтронов в реальных объектах близки к полученным аналитическим путем, но не совпадают с ними. Причиной является то, что математические модели не учитывают некоторых весьма существенных влияющих факторов (содержание водорода в твердой фазе, аппаратурные факторы и ряд других), рассматриваемых ниже. Вследствие этого для градуировки и испытаний нейтронных

И* 163

Влагомеров, как правило, применяются экспериментальные методы.

Основными частями нейтронного влагомера являются: зонд для глубинных измерений или датчик для поверхностных, регистратор импульсов с источником питания, контрольно-защитное устройство. Зонд или датчик содержат - излучатель быстрых и детектор медленных нейтронов, а иногда и каскад предварительного усиления, необходимый для использования длинного кабеля, соединяющего зонд с регистратором импульсов.

В качестве радиоизотопных излучателей нейтронов используются Ри-Ве, Ро-Ве, Ат-Ве, Ка-Ве.

Экран зондов используется в качестве контейнера для транспортировки и хранения; в" то же время он служит эталоном для периодической проверки показаний влагомера. Удобнее всего контейнер, имеющий форму цилиндра с осевым цилиндрическим каналом. У поверхностных датчиков экран находится внутри кожуха, а эталоном для проверки служит отдельный блок. Устройство зондов и датчиков различных типов показано на рис. 5-2.

В детекторах медленных нейтронов используются реакции; а) В«(п, a)Li7; б) НеЦп, р)Н; в) ПЦп, а)Н; г) Cd"3(„Y)Cd"4

Первые две реакции находят применение в пропорциональных газоразрядных счетчиках, из которых наиболее распространенными являются борные с заполне-, нием парами BF3, отличающиеся низкой чувствительностью к гамма-излучению, благодаря чему отпадает необходимость в экране между источником и детектором. Применяемые в последнее время счетчики с гелиевым наполнителем отличаются большей эффективностью детектирования медленных нейтронов.

Из сцинтилляционных детекторов (реакция в) наиболее подходящими являются кристаллы ЫУ, активированные европием, и особенно сцинтилляционные стекла, обогащенные литием.

Преимуществами сцинтилляционных счетчиков по сравнению с газоразрядными являются высокая чувствительность и возможность использования тонкого слоя (несколько миллиметров) детектора. Их высокая эффективность по отношению к гамма-излучению вызывает необходимость в разделительном экране между источником и детектором, но в то же время дает возможность