Hai kiểu bố trớ hỡnh học thường được ỏp dụng là: Đo truyền qua và đo tỏn xạ.
a) Dựng cỏc đồng vị phỏt β
- Đú là trường hợp đối với cỏc vật liệu nhẹ hoặc bề dầy khụng lớn.
Thớ dụ (90-Sr-90Y) bọc trong vỏ nhụm mỏng chỉ cỏc tia β năng lượng 2,2 MeV đi qua. Trong hỡnh học đo truyền qua, đại lượng chỉ thị bề dầy x sẽ là
( x x0)
0
I I e−μ e−μ
Δ = − ,
trong đú, I0 là hoạt độ của nguồn phúng xạđo được đối với bề dầy x0được chọn ứng với
điểm 0 của thang đo.
Hỡnh 2.4.
a) Hỡnh học đo truyền qua; b) Hỡnh học đo tỏn xạ: B là giỏ đỡ mẫu
Hệ số hấp thụ (hay suy giảm) μ cú giỏ trị tuỳ thuộc vào bản chất của vật liệu cần đo bề
dầy. Nếu là phộp đo tỏn xạ thỡ đại lượng chỉ thị sẽ cú dạng
( ' x0)
A B
I I I 1 e−μ
trong đú IA và IB chỉ cường độ chựm tia tỏn xạ trờn bề mặt vật liệu A và trờn bề mặt giỏ đỡ B. Với bềđầy đủ lớn của giỏ đỡ B ta cú ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ n A A B B I Z I Z , trong đú, n cú giỏ trị từ 0,7 đến 0,8 và hệ số μ ≈ μ' 3 .
Bề dày của giỏ đỡ B được coi là “đủ lớn” là bề dầy được tớnh bằng 0,116 E0,67 g/cm2, trong đú E tớnh bằng MeV, là năng lượng lớn nhất của hạt β phỏt ra từ nguồn đồng vị.
Đồng vị phỏt bức xạ β thường được dựng để đo cỏc bề dầy từ 1 đến 1200 mg/cm2 tuỳ
theo khả năng đõm xuyờn của cỏc hạt β của nguồn đồng vị.
Đối với vật liệu, chẳng hạn plastic dầy 4 mg/cm2, nếu dựng bức xạ β năng lượng 0,22 MeV của đồng vị 147Pm để xỏc định bề dầy thỡ cú thể đạt độ chớnh xỏc tương đối Δx / x cỡ
1%.
b) Nếu là cỏc vật liệu nặng hoặc bề dầy lớn, thớ dụ cỏc lớp thộp dầy hàng chục cm, thỡ người ta thường dựng cỏc nguồn đồng vị phỏt ra bức xạ gamma, chẳng hạn 137Cs (Eγ=0,662 MeV) hoặc 60Co (Eγ=1,17MeV và 1,33 MeV).
Độ chớnh xỏc của phộp đo cú thểđạt Δx≈
x 3 ữ 4% đối với cỏc tấm thộp dầy một vài cm.
c) Nếu là cỏc vật liệu rất nhẹ hoặc bề dầy nhỏ,cỡ 5 mg/cm2 hoặc nhỏ hơn thỡ thường dựng cỏc nguồn đồng vị phỏt cỏc hạt α hoặc cỏc nguồn tia X tạo bởi bức xạβ hoặc γ hóm trờn cỏc vật liệu chọn lọc.
2.4.2. Phộp đo mức, thể tớch, lưu lượng chất lỏng
a) Đo mức chất lỏng
Đối với chất lỏng trong cỏc bể kớn, cú nhiều phương phỏp đo mức bằng cỏch sử dụng cỏc
đồng vị phúng xạ, thường là đồng vị phỏt bức xạ gamma
- Nếu dựng hỡnh học hấp thụ thỡ nguồn phúng xạ gamma và đetectơ được để ở hai phớa
đối diện qua bể chất lỏng. Sự hấp thụ của chất lỏng đối với bức xạ gamma sẽ làm cho sốđếm trờn đetectơ giảm xuống, từđú sẽ xỏc định được vị trớ mức của chất lỏng trong bể.
- Nếu dựng hỡnh học đo tỏn xạ thỡ đềtectơđược để gần nguồn phúng xạ nhưng khụng ghi cỏc bức xạ trực tiếp phỏt ra từ nguồn. Sự tăng của sốđếm gamma khi xảy ra tỏn xạ từ bề mặt của chất lỏng cho ta biết thụng tin về vị trớ mức chất lỏng.
- Nếu đo trực tiếp thỡ nguồn phúng xạđược để ởđỉnh của bể kớn cũn đềtectơ ghi bức xạ được đặt trờn phao nổi trờn mặt chất lỏng. Tuỳ theo vị trớ của mức chất lỏng mà đềtectơ ghi
được sốđếm khỏc nhau (mức chất lỏng càng thấp, sốđếm càng giảm).
b) Đo thể tớch chất lỏng
Trong một số trường hợp, bỡnh chứa cú hỡnh dạng khụng thể xỏc định được bằng tớnh toỏn. Thể tớch của chất lỏng chứa trong bỡnh đú cú thểđược xỏc định bằng cỏch hoà trộn một
lượng xỏc định đồng vị phúng xạ vào chất lỏng. Sau đú người ta đo hoạt độ phúng xạ của chất lỏng trong bỡnh đó hoà tan chất phúng xạ.
c) Đo vận tốc, lưu lượng chất lỏng
Cú hai kiểu đo: Dựng 2 đềtectơ hoặc 1 đềtectơ. Phương phỏp đo được minh hoạ trờn hỡnh 2.5.
Hỡnh 2.5.
Nguyờn tắc đo vận tốc, lưu lượng chất lỏng a) dựng 2 đềtectơ
b) dựng 1 đềtectơ
Trong phương phỏp dựng hai đềtectơ: vận tốc chất lỏng là D /τ cũn lưu lượng được tớnh bằng cỏch nhõn với tiết diện ngang S của đường ống.
2.5. Phương phỏp nơtron
2.5.1. Cỏc nguồn đồng vị thụng thường
Để cú được cỏc nguồn nơtron đồng vị, người ta thường sử dụng cỏc phản ứng (α, n) hoặc (γ, n).
Nếu sử dụng phản ứng (α, n), cỏc đồng vị phỏt tia α là 226Ra, 210Po, 239Pu, 241Am, cỏc bia cú thể là B, Li, F, ...
Một vài đặc trưng của cỏc nguồn n đồng vịđược thống kờ trong bảng dưới đõy
Bảng 2.1. Một số nguồn nơtron đồng vị dựng phản ứng (α, n) Tờn nguồn nơtron Nguồn α, T1/2 Suất ra nơtron (tớnh cho 1s, 1Ci) Năng lượng nơtron
(Ra-Be) 226Ra, 1662 năm 1,04 . 107 4ữ12 MeV
(Pu-Be) 239năPu, 24,600 m 1,6 . 106 4ữ10,6 MeV
(Am-Be) 241Am, 470 năm 2,2 . 106 4ữ11,0 MeV
Phản ứng sinh nơtron trong cỏc nguồn đồng vị trờn là 9Be(α, n) 12C.
Nếu sử dụng phản ứng (γ, n) thỡ thường là phản ứng 9Be(γ, n) 4He. Đõy là một phản ứng cú ngưỡng. Engưỡng là 1,66 MeV. Ưu điểm quan trọng nhất của cỏc nguồn nơtron này là cho cỏc nơtron đơn năng.
Nếu kểđến cỏc loại nguồn nơtron khỏc thỡ phải núi đến cỏc mỏy phỏt nơtron. Cụng nghệ
hiện nay đó sản xuất được cỏc mỏy phỏt nơtron (xung hoặc liờn tục) rất gọn nhẹ thớch hợp cho cỏc ứng dụng ngoài hiện trường. Thụng lượng lớn của chựm nơtron đơn năng là ưu điểm cơ
bản của cỏc nguồn nơtron từ mỏy phỏt.
2.5.2. Xỏc định độẩm của đất bằng phương phỏp nơtron
Một thớ dụđiển hỡnh vềứng dụng cỏc nguồn nơtron đồng vị là xỏc định độẩm. Dưới đõy trỡnh bầy nguyờn tắc xỏc định độẩm của đất đỏ bằng phương phỏp nơtron. Nơtron phỏt ra từ
nguồn, nếu gặp mụi trường cú độ ẩm càng cao, tức là cú nhiều nước, thỡ bị làm chậm càng mạnh, do đú nếu dựng một đềtectơ ghi nơtron nhiệt (En=0,025 eV) thỡ căn cứ vào sốđếm cỏc nơtron nhiệt ta cú thể biết thụng tin vềđộẩm của mụi trường cần nghiờn cứu.
Cú thể ỏp dụng hỡnh học đo sõu hoặc đo bề mặt.
Hỡnh 2.6 minh hoạ nguyờn tắc của phương phỏp nơtron xỏc định độẩm đất đỏ theo cỏc hỡnh học thường được ỏp dụng trong thực tế.
Trong hỡnh học đo sõu, đầu dũ (bao gồm đềtectơ và nguồn nơtron) càng sỏt gần thành giếng khoan thỡ càng ghi được nhiều nơtron nhiệt, độ chớnh xỏc của phộp đo càng cao.
Hỡnh 2.6.
Xỏc định độẩm của đất đỏ a. đo sõu
b. đo bề mặt
Hỡnh học đo bề mặt thường được ỏp dụng trong cỏc phộp đo để xỏc định, kiểm tra độẩm trờn một diện rộng.
Số liệu thực nghiệm nhận được trong cỏc phộp đo là sốđếm nơtron nhiệt trong một đơn vị thời gian.
Từ cỏc số liệu này suy ra được độ ẩm dựa vào đường chuẩn. Đường chuẩn độ ẩm là sự
phụ thuộc của vận tốc đếm vào độẩm, được xõy dựng từ cỏc phộp đo đối với cỏc mẫu đó biết
độ ẩm. Hỡnh học và cỏch bố trớ thực nghiệm khi xõy dựng đường chuẩn phải giống như đối với khi đo cỏc mẫu cần xỏc định độ ẩm. Gọi đú là điều kiện hỡnh học tương đương. Trong thực tế, điều kiện hỡnh học tương đương này thường khú bảo đảm được một cỏch tuyệt đối, dẫn tới sự sai khỏc giữa độẩm thực và độẩm xỏc định từ thực nghiệm.
Nghiờn cứu của cỏc tỏc giả C. H. M Van Bavel, Cameron, Holmes... cho biết: Nếu sai số
cho phộp của yờu cầu đo độẩm đất đỏ là + 15% của độẩm khối, tức là sai khỏc nhau 0.015 g
nước trong
1 cm3đất thỡ đường chuẩn độẩm là như nhau đối với cỏt, đất pha sột, đất sột. Sự thay đổi của
độ chặt (hay mật độ) của đất ảnh hưởng khụng đỏng kể đối với đường chuẩn: Chẳng hạn, ở
pha rắn, đất cú mật độ thay đổi từ 1,4 đến 1,6g/cm3 thỡ độ nghiờng của đường chuẩn độ ẩm chỉ thay đổi chừng 2%.
2.5.3. Ứng dụng nơtron trong thăm dũ, tỡm kiếm dầu
Dựa vào tớnh chất đặc biệt của nơtron trong tương tỏc với vật chất là: Nơtron bị làm chậm rất nhanh chúng trong cỏc vật liệu chứa hyđrụ, như dầu, nước ... Khi nơtron đó được làm chậm, sẽ bị cỏc vật liệu chiếm với xỏc suất lớn, tức là sẽ xảy ra cỏc phản ứng chiếm phỏt xạ
(n,γ). Theo dừi sự thay đổi cường độ bức xạ gamma phỏt ra khi đưa nguồn nơtron vào vựng cần thăm dũ dầu, ta sẽ cú được thụng tin về vị trớ của cỏc lớp dầu. Hỡnh 2.7 mụ tả phương phỏp đo này.
Hỡnh 2.7.
Sơđồ nguyờn tắc dựng nơtron thăm dũ dầu
Nếu cú dầu, bức xạ gamma sinh trong cỏc phản ứng (n, γ) sẽ phỏt ra ở ngay gần vị trớ nguồn nơtron và sẽ khụng tới được đềtectơ vỡ đó bị ngăn cỏch bởi lớp chỡ che chắn. Dấu hiệu của sự cú mặt của dầu là sự giảm cường độ bức xạ gamma ghi được.
Nguồn nơtron dựng trong cỏc thiết bị thăm dũ ở hiện trường thường là cỏc nguồn đồng vị, thớ dụ (Pu; Be) hoạt độ lớn hoặc cỏc nguồn nơtron xung sinh ra từ mỏy phỏt nơtron.
2.6. Phương phỏp gamma xỏc định mật độ
Ứng dụng cỏc đồng vị phúng xạ nhõn tạo phỏt ra bức xạ gamma để xỏc định mật độ đất
đỏ là một trong những ứng dụng đó được thực hiện rất thành cụng, trong nhiều trường hợp đó trở thành cỏc phương phỏp tiờu chuẩn của hệ thống cỏc phương phỏp kiểm tra khụng phỏ huỷ
(NDT). Thụng thường, phương phỏp này cú 2 kỹ thuật đo: Đo gamma truyền qua và gamma tỏn xạ