關于中子土壤水分儀閃爍探頭技術的研究
2022年09月16日 13:33:31
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中子測水技術是測量土壤水分的*技術之一。中子土壤水分儀已從采用計數管探頭發展到使用閃爍探測器探頭。計數管探頭的探測機制沿用了“熱中子云球”分布這一理論。它側得的熱中子計數,主要是“熱中子云球”內熱中子的平均計數。在介質中,測量以源和探測器中心為測點時的深度與介質深度一致。計數管端接源的探頭測量的有效體積是中子源“中子云球”的上半部。閃爍探頭則不同,它的源與閃爍探測器之間有一定距離。在介質中測得的計數是銼玻璃閃爍體對應“熱中子云球”內一定空間的熱中子計數。閃爍探測器靈敏體積小,閃爍體厚度僅是長計數管有效長度的1/62、短計數管有效長度的1/25。因此,在非均勻介質中,閃爍探頭比計數管探頭的分層能力好,有效測量范圍與計數管探頭也不同。本文通過理論模擬和實驗測定對中子土壤水分記錄儀閃爍探頭的測量機制進行研究。
深層中子土壤水分儀閃爍探頭測量土壤含水量的原理如圖1所示。當探頭在導管中按預完的測量深度插入土壤時,中子源放射出的快中子與土壤中的各種元素作用,逐步損失能量。最后在土壤中形成熱中子空間分布。
中子和氫核質量差不多,中子和氫核相碰撞時能量交換比中子與其它元素的原子核碰撞時要大得多(土壤內氫主要存在于水中)。中子源周圍熱中子通量密度與介質的容積含水量的大小成正比。在源到探測器之間的距離固定后,閃爍探測器測量到的熱中子計數只是“熱中子云球”空間分布的一部分。探測的熱中子計數與容積含水量有確定的關系。閃爍探測器厚度越厚,探測到的熱中子計數越多。
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