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La densitometría nuclear es una técnica utilizada en la construcción civil y la industria del petróleo , así como con fines de minería y arqueología, para medir la densidad y la estructura interna del material de prueba. El proceso utiliza un medidor de densidad nuclear , que consiste en una fuente de radiación que emite partículas y un sensor que cuenta las partículas recibidas que son reflejadas por el material de prueba o pasan a través de él. Al calcular el porcentaje de partículas que regresan al sensor, el medidor se puede calibrar para medir la densidad.
En ingeniería geotécnica , un densómetro nuclear o medidor de densidad del suelo es un instrumento de campo que se utiliza para determinar la densidad de un material compactado. El dispositivo utiliza la interacción de la radiación gamma con la materia para medir la densidad, ya sea mediante transmisión directa o mediante el método de "retrodispersión". El dispositivo determina la densidad del material contando el número de fotones emitidos por una fuente radiactiva (cesio-137) que son leídos por los tubos detectores en la base del medidor. Por lo general, se usa un intervalo de tiempo de 60 segundos para el período de conteo.
Fuentes [ editar ]
Se utilizan diferentes variantes para diferentes propósitos. Para el análisis de densidad de objetos muy poco profundos, como carreteras o paredes, se utiliza un emisor de fuente gamma como 137 Cesio para producir radiación gamma. Estos isótopos son efectivos para analizar las 10 pulgadas superiores (25 centímetros) con alta precisión. 226 El radio se utiliza para profundidades de 328 yardas (300 metros). Dichos instrumentos pueden ayudar a encontrar cuevas o identificar ubicaciones con menor densidad que harían peligrosa la construcción de túneles.
Modos de uso [ editar ]
Los medidores de densidad nuclear se operan típicamente en uno de dos modos: [1]
Transmisión directa: la varilla retráctil se baja a la alfombra a través de un orificio pretaladrado. La fuente emite radiación, que luego interactúa con los electrones del material y pierde energía y / o se redirigen (se dispersan). La radiación que pierde suficiente energía o se dispersa fuera del detector no se cuenta. Cuanto más denso sea el material, mayor será la probabilidad de interacción y menor será el recuento del detector. Por lo tanto, el recuento del detector es inversamente proporcional a la densidad del material. Se utiliza un factor de calibración para relacionar el recuento con la densidad real.
Retrodispersión: la varilla retráctil se baja de modo que esté a la altura del detector pero dentro del instrumento. La fuente emite radiación, que luego interactúa con los electrones del material y pierde energía y / o se redirigen (se dispersan). Se cuenta la radiación que se dispersa hacia el detector. Cuanto más denso sea el material, mayor será la probabilidad de que la radiación se redirija hacia el detector. Por lo tanto, el recuento del detector es proporcional a la densidad. Se utiliza un factor de calibración para correlacionar el recuento con la densidad real.
Muchos dispositivos están diseñados para medir tanto la densidad como el contenido de humedad del material. Esto es importante para la industria de la construcción civil específicamente, ya que ambos son esenciales para verificar las condiciones adecuadas del suelo para soportar estructuras, calles, carreteras y pistas de aeropuertos.
Usos [ editar ]
Compactación del suelo [ editar ]
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Se utiliza un densómetro nuclear sobre una base compactada para establecer su porcentaje de compactación. [2] [3]Antes de realizar las pruebas de campo, el técnico realiza una calibración en el medidor que registra el "recuento estándar" de la máquina. Los recuentos 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 el uso de una varilla de 3/4 "de diámetro, se crea un orificio en la base compactada martillando la varilla en la base para producir un orificio en el que se puede insertar la sonda del densómetro. El densómetro se coloca en la parte superior del orificio y luego, la sonda se inserta en el orificio desbloqueando el mango en la parte superior de la sonda. Una fuente produce radiación que interactúa con los átomos en el suelo y luego se compara con el recuento estándar para calcular la densidad.La otra fuente interactúa conátomos 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 pretaladrado, colocando la fuente a la profundidad deseada. El procedimiento de prueba es análogo a enterrar una cantidad conocida de material radiactivo a una profundidad específica y luego usar un contador Geiger en la superficie del suelo para medir la eficacia con la que la densidad del suelo bloquea la penetración de la radiación gamma a través del suelo. A medida que aumenta la densidad del suelo, puede pasar menos radiación a través de él, debido a la dispersión de las colisiones con los electrones en el suelo que se está probando.
Dado que el nivel de humedad del suelo es en parte responsable de su densidad en el lugar, el medidor también contiene un medidor de humedad de neutrones que consta de una fuente de neutrones de alta energía de americio / berilio y un detector de neutrones térmicos . Los neutrones de alta energía se ralentizan cuando chocan con los átomos de hidrógeno, y el detector cuenta los neutrones "ralentizados". Este recuento es proporcional al contenido de agua del suelo, ya que el hidrógeno en esta agua ( H 2 O) es responsable de casi todo el hidrógeno que se encuentra en la mayoría de los suelos. El medidor calcula el contenido de humedad, lo resta de la densidad del suelo en el lugar (húmedo) e informa la densidad seca del suelo.
Densidad de líquidos en tuberías [ editar ]
Los medidores de densidad nuclear también se pueden usar para medir la densidad de un líquido en una tubería. Si una fuente está montada en un lado de una tubería y un detector en el otro, la cantidad de radiación que se ve en el detector depende del blindaje proporcionado por el líquido en la tubería. Tracerco fue pionero 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 y a la óptica. Los manómetros normalmente se calibran usando gas y un líquido de densidad conocida para encontrar las incógnitas en la ecuación. Una vez que se ha calibrado y siempre que la alineación del detector de fuente permanezca constante, es posible calcular la densidad del líquido en la tubería. Un factor es la vida mediade la fuente radiactiva (30 años para 137 Cs), lo que significa que el sistema necesita ser recalibrado a intervalos regulares. Los sistemas modernos incorporan corrección para la desintegración de la fuente. [4]
Localización de agua subterránea [ editar ]
Otra variante es utilizar una fuente de neutrones fuerte como 241 Americium / Beryllium para producir radiación de neutrones y luego medir la energía de la dispersión de neutrones de retorno . Como el hidrógeno ralentiza de forma característica los neutrones, el sensor puede calcular la densidad del hidrógeno y encontrar bolsas de agua subterránea, humedad hasta una profundidad de varios metros, contenido de humedad o contenido de asfalto.
Prueba de separadores [ editar ]
Las fuentes de neutrones también se pueden utilizar para evaluar el rendimiento de un separador (producción de petróleo) de la misma manera. El gas, el petróleo, el agua y la arena tienen diferentes concentraciones de átomos de hidrógeno que reflejan diferentes cantidades de neutrones lentos. Usando un cabezal que contiene una fuente de neutrones de 241 AmBe y un detector de neutrones lento , escaneándolo hacia arriba y hacia abajo en un separador es posible determinar los niveles de interfaz dentro del separador.
Ver también [ editar ]
- La energía nuclear
Referencias [ editar ]
- ^ M. Falahati; et al. (2018). "Diseño, modelado y construcción de un medidor nuclear continuo para medir los niveles de fluidos". Revista de instrumentación . 13 (2): P02028. doi : 10.1088 / 1748-0221 / 13/02 / P02028 .
- ^ ASTM D2922-05 Métodos de prueba estándar para la densidad del suelo y el suelo agregado en el lugar por métodos nucleares (profundidad superficial) , doi : 10.1520 / D2922-05 (Norma retirada 2007)
- ^ ASTM D6938 - 08a Método de prueba estándar para la densidad en el lugar y el contenido de agua del suelo y agregado del suelo por métodos nucleares (profundidad superficial) , doi : 10.1520 / D6938-08A
- ^ Jackson, Peter (2004). Medidores de radioisótopos para uso industrial . Chichester: John Wiley & Sons Ltd. doi : 10.1002 / 0470021098.fmatter . ISBN 0-471-48999-9.
