где среднеквадратичные погрешности имеют следующее значение: AWy - от колебаний химического состава (содержание аномальных Поглотителей и водорода в твердой фазе); AlFn -от колебаний плотности твердой фазы; AWj - от неучитываемых условий измерения (зазоры между обсадной трубой или подошвой датчика и объектом, неравномерность распределения влаги и т. д.). Погрешность измерительного устройства имеет систематическую составляющую Сп, равную основной погрешности регистратора импульсов, и случайную составляющую, равную статистической погрешности скорости счета 00= lN/f = ]/"/ (Л - число сосчитанных импульсов за время f). Задаваясь допустимой величиной Ос, можно определить минимальные значения или t или же верхний предел постоянной времени интенсиметра. Погрешность измерителя можно уменьшить, используя «внутренний эталон» в контрольно-защитном устройстве влагомера.

Область применения нейтронных влагомеров в последние годы заметно расширилась. Она охватывает не только измерения влажности почвогрунтов и связанных с ней величин в агротехнике, мелиорации, почвоведении, гидрологии, дорожном, гражданском и промышленном строительстве, но также контроль и регулирование влажности ряда материалов в промышленности.

Достоинства нейтронного метода - широкий диапазон измерений (до 100%), интегральная оценка влажности в сравнительно большом объеме. Для почв и грунтов большое значение имеет возможность полевых измерений в условиях естественного залегания без отбора проб, вертикального и горизонтального профилирования влажности -на объектах большой площади и большой глубины.

К недостаткам метода относятся влияние на результат измерения содержания некоторых элементов и плотности твердой фазы, недостаточная пространственная разрешающая способность и-трудность применения для тонких листовых материалов.

Влияние концентрации водорода твердой фазы на результаты измерения влажности ограничивает применение нейтронного метода к органическим объектам, углю, литейным смесям и некоторым другим материалам.

с техникой измерения связаны затруднения и погрешности, обусловленные градиентами влажности, введением зондов в скважины и переменными зазорами между зондом (датчиком) и объектом измерения.

Основным недостатком «ейтронного и других радиационных методов является необходимость защиты от биологических действий излучения. Для создания безопасных условий работы с источниками -у-квантов и быстрых нейтронов, особенно при установке и демонтировании приборов, необходимы специальные защитные устройства и меры предосторожности.

5-2. МЕТОД ЯДЕРНОГО МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР), представляющий собой одно из направлений радиоспектроскопии, с 1950 г. применяют для определения влажности твердых материалов и жидкостей. По теоретическим основам ЯМР и технике его применения имеется обширная литература, в связи с чем ограничимся элементарным изложением принципиальных основ влагомеров ЯМР и рассмотрением применяемой в них аппаратуры.

В основе метода ЯМР лежит резонансное поглощение радиочастотной энергии ядрами атомов водорода (протонами) воды при помещении влажного материала в постоянное магнитное поле. Явление ЯМР связано с квантовыми переходами между зеемановскими энергетическими уровнями атомных ядер, возникающими в результате взаимодействия ядерного магнитного момента с внешним магнитным полем.

Протоны, как и другие элементарные частицы, которым присущ спиновый магнетизм, обладают собственным магнитным моментом и ведут себя во внешнем магнитном поле как миниатюрные прецессиругощие магниты (прецессия Лармора). При помещении протонов в постоянное магнитное поле с напряженностью Яо существуют два разрешенных энергетических уровня, определяющих ориентацию осей элементарных магнитов по направлению поля или против поля. Переходы между уровнями достигаются воздействием на протоны переменного радиочастотного магнитного поля, перпендикулярного постоянному полю. Система приходит к резонансу, проявляющемуся в изменениях ориентации ядер в постоянном магнитном поле, в результате взаимодей-172

ствия *5дерного магнитного момента с радиочастотным полем При частоте vo, удовлетворяющей основному квантовому уЬловию:

AE = hvo=-hyHo/2n,

где ЛьБ -разность энергетических уровней; h - постоянная Планка; vo - резонансная частота поглощаемого из-лучения; у - гиромагнитное отношение магнитного диполя, характерное для каждого изотопа и равное отношению магнитного момента ядра к моменту количества цвижения.

Протон имеет наибольшее гиромагнитное отношение из всех ядер (кроме трития) упр=2,675-10 тл--секг-.

Условие резонанса можно записать в следующей форме:

«о=2лто=уЯо,

где соо -угловая резонансная частота.

Поглощенная образцом вещества энергия радиочастотного поля зависит от количества протонов водорода в этом образце; по величине поглощения можно, следовательно, оценить влагосодержание исследуемого вещества.

Для наблюдения ЯМР образец материала, подвергаемый воздействию постоянного магнитного поля, помещают в цилиндрическую катушку, ось которой перпендикулярна направлению поля; по катушке -проходит переменный ток высокой частоты. Резонанса можно достигнуть двумя путями: сохранением постоянства напряженности поля Но и изменением частоты vo переменного тока или изменением в узких пределах величины Но при сохранении Vo=const. В спектрометрах ЯМР чаще используют второй способ. При резонансе имеет место максимальное поглощение радиочастотной энергии. Его фиксируют по параметрам высокочастотного колебательного контура, в который входит катушка с образцом.

Исследуемый образец можно рассматривать макроскопически как магнит с результирующим магнитным моментом Мо.

Mo=v.Ho,

где и,- магнитная восприимчивость исследуемого вещества, yi = Nix/3kT, где - число протонов в объеме образца; л - магнитный момент протона; k - постоянная Больцмана; Г -температура.