Densitometría nuclear

Se utiliza un densímetro nuclear en una base compactada para determinar su porcentaje de compactación. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Antes de realizar las pruebas de campo, el técnico calibra el medidor, que registra el "conteo estándar" de la máquina. Los conteos estándar son la cantidad de radiación liberada por las dos fuentes nucleares dentro de la máquina, sin pérdidas ni fugas. Esto permite que la máquina compare la cantidad de radiación liberada con la cantidad de radiación recibida. Con una varilla de 3/4" de diámetro, se crea un orificio en la base compactada golpeando la varilla contra la base para producir un orificio en el que se pueda insertar la sonda del densímetro. El densímetro se coloca sobre el orificio y luego se inserta la sonda desbloqueando el mango en la parte superior de la sonda. Una fuente produce radiación que interactúa con los átomos del suelo y luego se compara con el conteo estándar para calcular la densidad. La otra fuente interactúa con los átomos de hidrógeno para calcular el porcentaje de agua en el suelo.

En el modo de transmisión directa, la fuente se extiende a través de la base del medidor hasta un orificio previamente perforado, posicionándose así a la profundidad deseada. El procedimiento de prueba es similar a enterrar una cantidad conocida de material radiactivo a una profundidad específica y, posteriormente, utilizar un contador Geiger en la superficie para medir la eficacia con la que la densidad del suelo bloquea la penetración de la radiación gamma. A medida que aumenta la densidad del suelo, menor es la cantidad de radiación que lo atraviesa, debido a la dispersión producida por las colisiones con los electrones presentes en el suelo analizado.

Dado que el nivel de humedad del suelo influye en parte en su densidad in situ, el medidor también incluye un medidor de humedad neutrónica compuesto por una fuente de neutrones de alta energía de americio / berilio y un detector de neutrones térmicos . Los neutrones de alta energía se ralentizan al colisionar con átomos de hidrógeno, y el detector los contabiliza. Este conteo es proporcional al contenido de agua del suelo, ya que el hidrógeno presente en el agua (H₂O ₎ es responsable de casi la totalidad del hidrógeno que se encuentra en la mayoría de los suelos. El medidor calcula el contenido de humedad, lo resta de la densidad in situ (húmeda) del suelo e informa la densidad seca del suelo.

Los medidores de densidad nuclear también se pueden usar para medir la densidad de un líquido en una tubería. Si se monta una fuente en un lado de la tubería y un detector en el otro, la cantidad de radiación que llega al detector depende del blindaje que proporciona el líquido en la tubería. Tracerco fue pionera en el uso de la radiación para medir la densidad en la década de 1950 y determinó que la ley de Beer-Lambert también se aplicaba a la radiación, así como a la óptica. Los medidores normalmente se calibran usando un gas y un líquido de densidad conocida para encontrar las incógnitas en la ecuación. Una vez calibrado y siempre que la alineación fuente-detector se mantenga constante, es posible calcular la densidad del líquido en la tubería. Un factor es la vida media de la fuente radiactiva (30 años para ^{el 137Cs} ), lo que significa que el sistema necesita recalibrarse a intervalos regulares. Los sistemas modernos incorporan corrección para la desintegración de la fuente. ^{[ 4 ]}

Otra variante consiste en utilizar una fuente de neutrones potente, como el americio- ²⁴¹ o el berilio, para producir radiación de neutrones y medir la energía de la dispersión de los neutrones reflejados . Dado que el hidrógeno ralentiza los neutrones, el sensor puede calcular la densidad del hidrógeno y detectar acumulaciones de agua subterránea, humedad hasta varios metros de profundidad, contenido de humedad o presencia de asfalto.

Las fuentes de neutrones también pueden utilizarse para evaluar el rendimiento de un separador (en la producción de petróleo) de la misma manera. El gas, el petróleo, el agua y la arena presentan diferentes concentraciones de átomos de hidrógeno, lo que genera distintas cantidades de neutrones lentos. Esto permite determinar los niveles de interfaz dentro de un separador moviendo verticalmente un cabezal que contiene una fuente de neutrones de ^241AmBe y un detector de neutrones lentos.