CH635432A5 - Einrichtung zur eichung von kernstrahlungs-feuchtigkeitsmessgeraeten. - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Eichung von Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmessgeräten.
Es ist bekannt, den Feuchtigkeitsgehalt von Erde durch die Verwendung eines Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmessgerätes zu bestimmen. In der üblichsten Ausführung verwenden solche Messgeräte schnelle (Spaltungs-) Neutronen, welche in die Erde gerichtet werden, die dieser Prüfung unterworfen wird. Immer wenn solche Neutronen mit Wasserstoffatomen, die in Wasser enthalten sind, kollidieren, wird eine statistisch bestimmbare Menge dieser Neutronen moderiert, und zwar bis zu einem beträchtlichen Ausmass, was durch unelastische Kollisionen be-swirkt wird. Diese langsamen Neutronen werden durch einen geeigneten Detektor detektiert, welcher auf Neutronen in einem ausgewählten Energieband anspricht. Neutronen, welche durch den Detektor detektiert werden, werden gezählt, wobei die Zählgeschwindigkeit aufgezeichnet wird und sie gibt den îoFeuchtigkeitsgehalt der Erde an. Der Erd-Feuchtigkeitsgehalt ist bisher in Volumen-% einer Erdprobe, welche mittels Neutronen geprüft worden ist, angegeben worden.
Es wäre von Vorteil, wenn die Vorrichtung zur Eichung auf Zählungen/Min. und den ausgewählten Bereich des Feuchtigkeitsgehaltes geeicht wäre. Ferner ist es wegen der typischen, nicht linearen Ansprech-Charakteristik eines Kernstrahlungsmessgerätes sehr erwünscht, über mehr als einen Eichpunkt zu verfügen, um eine Eichkurve festzulegen, die bei der Feststellung des Feuchtigkeitsgehaltes aus den Zählungen/Min. ver-20wendet wird.
Bis jetzt war es möglich, den einen dem 100%-igen Wassergehalt entsprechenden Eichpunkt festzulegen, indem man mit einem Feuchtigkeitsmessgerät den Feuchtigkeitsgehalt an oder im Wasser, das sich in einem Behälter befindet, misst. 25 Viele Anstrengungen sind bisher unternommen worden, um auch andere Eichpunkte zu ermitteln, und zwar durch die Verwendimg von verschiedener Massen, welche weniger als 100% Feuchtigkeit enthalten. Diese Anstrengungen haben allerdings bisher nicht die gewünschte Eichung ermöglicht. 30 Beispielsweise enthielten die bisher vorgeschlagenen Einrichtungen Sand vom bekannten Gewicht und/oder Inhalt, welcher sich in einem Gefäss, einem Rohr oder dergleichen befand, und welchem eine Menge von Wasser vom bekannten Gewicht und/oder Inhalt hinzugegeben worden ist. Ein anderer Vor-35 schlag betraf die Verwendung von Gips oder eines ähnlichen Materiales, in welchem ein granuliertes Material verteilt wurde, welches Wasserstoff in Molekularform enthielt. Dieses Material hatte die Form von Kügelchen oder Rocken aus einem Kohlenwasserstoffpolymer. In einem solchen Mass wurde das Verhält-40 nis von Gips zum Material mit Wasserstoff geändert, um einen gewünschten prozentualen Feuchtigkeitsgehalt zu approximieren.
Die Schwierigkeit, welche diesen früher vorgeschlagenen Einrichtungen anhaftete, lag darin, dass der Feuchtigkeitsgehalt derselben nicht zuverlässig aufrechterhalten werden konnte, und dass er nicht homogen war. Alle früher vorgeschlagenen Einrichtungen waren wasserbindend, das bedeutet, dass sich der wirkliche Feuchtigkeitsgehalt in Abhängigkeit der Umgebungs-5Qbedingungen änderte. Falls eine solche Einrichtung in einer Atmosphäre aufbewahrt wurde, welche verhältnismässig hohe Feuchtigkeit aufwies, stieg der Feuchtigkeitsgehalt, und umgekehrt, falls die Einrichtung in einer Atmosphäre aufbewahrt wurde, welches eine verhältnismässig niedrige Feuchtigkeit aufwies, sank der Feuchtigkeitsgehalt. Bei sich ändernden Umgebungsbedingungen änderte sich auch der Feuchtigkeitsgehalt und zwar in einer nicht vorhersehbaren Weise.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, welche zur Eichung von Kernstrahlungs-Feuchtig-60 keitsmessgeräten geeignet ist und bei der die angegebenen Nachteile nicht auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, dass die Einrich-65 tung eine kleine oder keine Affinität zu Wasser aufweist, und daher Wasser weder abgeben noch aufnehmen kann, wenn sie unter dem Einfluss sich ändernder Feuchtigkeit steht.
Dabei soll es möglich sein, den tatsächlichen prozentualen
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Wasserstoffgehalt zu ändern, der bei der Eichung eines Kern- «moderierend» und «nicht-moderierend» beziehen sich auf Ei-
strahlungs-Feuchtigkeitsgerätes zur Verfügung steht. genschaften eines Materials, in welchem nichtelastische Zusam-
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegen- menstösse mit schnellen Neutronen stattfinden, die dann in den Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher er- langsame Neutronen umgewandelt werden, deren Energie in läutert. Es zeigen: 5Bereichen liegt, welche durch das Detektorelement des Feuch-
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Eicheinrichtung tigkeitsmessgerätes detektiert werden können. Ein moderieren-
gemäss der vorliegenden Erfindung, wobei diese Zeichnung ein des Material bremst die schnellen Neutronen in einer Weise,
Oberflächen-Feuchtigkeitsmessgerät zeigt, welches auf einer welche jener ähnelt, die durch Wasser bewirkt wird, welches in
Eicheinrichtung angeordnet ist, der Erde enthalten ist. Ein nicht-moderierendes Material
Fig. 2 eine Ansicht ähnlich jener nach Fig. 1, welche einen îobremst die Neutronen nicht in einer Weise, welche dem gesam-
Tiefenmesser in Eichmesslage darstellt, ten Mineraliengehalt der Erde ähnelt.
Fig. 3 einen vergrösserten Schnitt durch eine hydrophobe Die Verwendung des moderierenden Materials und des im
Eicheinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung, welche die wesentlichen nicht-moderierenden Materials in dünne Schich-
Anordnung von übereinander angeordneten, dünnen Schichten ten führt zu einer im wesentlichen gleichmässigen Verteilung aus moderierendem Material und einem im wesentlichen nicht- is vom moderierenden Material in dem gesamten Körper, der die moderierenden Material enthält, Eicheinrichtung 10 darstellt. Dadurch werden der Eicheinrich-
Fig. 4-7 Ansichten ähnlich nach Fig. 3, welche Abwandlun- tung die Eigenschaften verliehen, dass diese eine Masse von gen in der Ausbildung der hydrophoben Eicheinrichtung nach homogenem Wasserstoffgehalt darstellt. Der Wasserstoffgehalt der vorliegenden Erfindung darstellen, kann durch Änderung der effektiven Dicke der Schichten oder
Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie 8-8 in Fig. 1, 20auch durch die jeweiligen Proportionen am moderierenden und
Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 2, und am nicht-moderierenden Material gesteuert werden. Die Fig. 4
Fig. 10 eine schematische Darstellung einer Eichkurve, wel- bis 7 zeigen verschiedene Vorschläge, wie man solche variieren-
che mit der erfindungsgemässen Eicheinrichtung erstellt worden den Vorteüungen erreichen kann.
ist. Bezugnehmend insbesondere auf Fig. 2 ist zu bemerken,
Obwohl die Eicheinrichtung nachstehend mit Bezug auf die 25 dass die dünnen Schichten 14 des moderierenden Materials und beiliegenden Zeichnungen beschrieben wird, dürfte es aus der die Schichten 15 des nicht-moderierenden Materials im wesent-Beschreibungseinleitung klar sein, dass diese Beschreibung vor liehen dieselbe Dicke haben. In den vorteilhaften Ausführungsallem auf die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfin- formen einer Eicheinrichtung 10 nach der vorliegenden Erfindung gerichtet ist, wobei diese Ausführungsform der vorliegen- dung ist das Material, welches die dünnen Schichten 14 des den Erfindung zur Zeit als die beste betrachtet wird. Es ist 30 moderierenden Materials bilden, vorteilhaft ein Kohlenwasser-allerdings bekannt, dass die Auswahl der besonderen Materia- stoffpolymer, welches die Moderierung der Neutronen bewirkt, lien oder Art und Weise, wie diese zusammengesetzt werden, Ein bevorzugtes Polymer ist Polyethylen, welches ohne weiteres sich von jenen unterscheiden können, die nachstehend beschrie- in Form von Filmen oder Blättern von gewünschten Grössen ben werden und die Beschreibung der vorteilhaften Ausfüh- oder Dicken in der Grössenordnung von 20 Mils oder mehr rungsformen ist infolgedessen nicht als einschränkend für die 35 oder weniger gekauft werden kann. Die dünnen Schichten 15 vorliegende Erfindung zu betrachten. Infolgedessen ist die Be- aus nicht-moderierendem Material bestehen in vorteilhaften Schreibung als eine weitreichende Lehre zu betrachten, welche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung aus Magne-an Fachleute gerichtet ist, die sich mit der Technologie der ver- sium, welches in Form von Blättern gekauft werden kann, deren wendbaren Kernstrahlungsmesser beschäftigen. Dicke im wesentlichen gleich derjenigen des zu verwendenden
Die in Fig. 1 dargestellte Eicheinrichtung 10 wird insbeson- 40 Polyethylenfilms oder -blattes ist. Andere Möglichkeiten der dere mit einem mit einem Kernstrahlungs-Oberflächenmessge- Auswahl des moderierenden und nicht-moderierenden Materät 11 verwendet, welches den Feuchtigkeitsgehalt einer Schicht rials sind für die Personen geläufig, welche Kenntnisse auf dem der Erdoberfläche bestimmt. Die Ausbildung und die Arbeits- Gebiet der Technik der Kernstrahlungsmessung haben.
weise des Messgerätes 11 ist den Fachleuten bekannt und wird Bei der Herstellung der Eicheinrichtung 10 werden dünne infolgedessen hier nicht näher beschrieben. 45 Schichten 14,15 aus einem moderierenden und aus einem nichtin Zusammenhang mit der vorliegenden Einrichtung bedeu- moderierenden Material ausgeschnitten, die die gleichen Ab-tet hydrophob, dass die Einrichtung eine kleine oder überhaupt messungen aufweisen. Die Schichten werden übereinander ge-keine Affinität gegenüber Wasser hat. Ohne Affinität zu Wasser stapelt, festgeklemmt, dann gebohrt, um Bindungsmittel aufändert sich der effektive Wasserstoffgehalt der Einrichtung mit nehmen zu können und mittels Befestigungsschrauben 16 zu-den Änderungen von Feuchtigkeit oder Nässe in dessen Umge- 50 sammengespannt. Die Schrauben werden danach fest angezo-bung überhaupt nicht, so dass zum erstenmal eine Eicheinrich- gen, um die dünnen Schichten in einer engen Beziehung zuein-tung für Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmessgeräte geschaffen ander zu halten.
wird. Die Abmessungen der Einrichtung 10 sind derart, dass Bei der Auswahl der Abmessungen der Schichten 14,15,
diese eine Masse eines homogenen Wasserstoffgehaltes für das welche in dieser Eicheinrichtung angeordnet werden sollen, sind
Messgerät 11 darstellt. Ferner sind die Abmessungen derart, 55 die erwünschten Betriebseigenschaften des zu eichenden Mess-
dass eine unendliche Masse für das Kernstrahlungsmessgerät 11 gerätes zu berücksichtigen. In Fig. 3 ist durch eine strichlinierte dargestellt werden kann. Wie in den Fig. 1 und 8 dargestellt, Linie 18 das effektive halbsphärische Volumen dargestellt, in enthält die Einrichtung einen Körper mit einer planen Oberflä- dem die Verlangsamung der Neutronen erfolgt und zwar wäh-
che 12 zur Aufnahme eines Oberflächenmessgerätes 11. rend der Kalibrierung des Oberflächenmessers 11. Es ist den
Bezugnehmend auf die besonderen physikalischen Eigen- 60 Personen bekannt, welche sich mit der Kalibrierung von Kernschaften der Einrichtung, die es erlauben, diese als eine Masse strahlungs-Feuchtigkeitsmessgeräten beschäftigen, dass die Sta-eines gleichbleibenden Wasserstoffgehaltes darzustellen, enthält tistiken der Neutronenmoderierung aussagen, dass kein Neu-die Einrichtung 10 einen Körper aus übereinanderliegenden, tron, welches sich über einen bestimmten Abstand von der sich abwechselnd wiederholenden, dünnen Schichten 14 und 15, Strahlungsquelle entfernt hat, reflektiert oder zurück zum De-die aus einem moderierenden Material, welches Wasserstoff in 65 tektor gestreut wird, bevor es auf einen detektierbaren Energie-Molekularform enthält, und aus einem im wesentlichen nicht- pegel reduziert wird. Wenn man um diese Eigenschaft der Promoderierenden Material bestehen. Diese Schichten sind aus den zesse bei der Kernstrahlungsmessung weiss, ist es nicht notwen-Fig. 3 bis 7 besser ersichtlich. Die hier verwendeten Ausdrücke dig, dass die Einrichtung 10 unendlich gross gemacht werden
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muss. Allerdings ist es erwünscht, dass der die Eicheinrichtung 10 bildende Körper so ausgebildet ist, dass dieser eine unendliche Masse für ein zu eichendes Kernstrahlungsmessgerät darstellt. Anders ausgedrückt, die Abmessungen der Einrichtung 10 müssen derart sein, dass sie das sphärische Volumen 18 vollständig enthält, innerhalb welchem die Moderierung von Neutronen erfolgt. Infolgedessen können die genauen Abmessungen der Eicheinrichtung 10 ein wenig variieren, und zwar in Abhängigkeit vom relativen Wasserstoffgehalt, für welchen die Eicheinrichtung entworfen worden ist. Bei Oberflächenmessge-räten beträgt die geeignete Abmessung der Schichten 14,15 ungefähr einen Quadratmeter.
Bezugnehmend insbesondere auf die Fig. 4 bis 7, stellt Fig. 4 eine Anordnung dar, in welcher die Anzahl von Schichten aus nicht-moderierendem Material 15 zweimal so gross ist wie die Anzahl der Schichten aus moderierendem Material, so dass die Schichten aus dem moderierenden Material 14 zwischen den Sätzen von mehrfachen einander angrenzenden Schichten aus nicht-moderierendem Material 15 eingeschoben sind. Es dürfte einleuchtend sein, dass eine derartige Anordnung eine Einrichtung ergibt, welche im Vergleich zur Einrichtung nach Fig. 3 zur Darstellung eines niedrigen Wasserstoffgehaltes anwendbar ist. Fig. 5 zeigt eine Anordnung, welche der Anordnung nach Fig. 4 einigermassen ähnelt, wobei in dieser Anordnung die Anzahl von Schichten eines der Materialien zweimal so gross ist wie die Anzahl der Schichten des anderen Materials. In der Anordnung nach Fig. 5 sind es allerdings die Schichten des nicht-moderierenden Materials, welche sich zwischen den Sätzen von mehrfachen aneinander angrenzenden Schichten aus moderierendem Material befinden. Diese Anordnung ergibt eine Einrichtung, welche für die Darstellung eines höheren Wasserstoffgehaltes als bei der Anordnung nach Fig. 3 bestimmt ist. Resultate, welche jenen aus Fig. 4 und 5 einigermassen ähneln, können auch durch Anordnungen erreicht werden, wie sie in den Fig. 6 und 7 dargestellt sind. Hier haben die Schichten aus moderierendem Material 14 eine im wesentlichen gleichbleibende und im wesentlichen gleiche erste Dicke, und die Schichten 15 aus dem nicht-moderierenden Material haben eine im wesentlichen konstante und im wesentlichen gleiche zweite Dicke, wobei die zuletzt genannte von der ersten Dicke unterschiedlich ist. Wie dies ersichtlich sein dürfte, kann die dickere Schicht entweder die Schicht aus nicht-moderierendem Material (Fig. 6) oder aus dem moderierenden Material (Fig. 7) sein.
Anhand der Fig. 10 ist feststellbar, dass eine Eichkurve 19, welche für ein Kernstrahlungsmessgerät unter Verwendung einer vorstehend beschriebenen Eicheinrichtung aufgezeichnet wird, viel leichter bestimmt werden kann, falls eine Anzahl dieser Kurve entlang liegender Punkt aus dieser Eicheinrichtung bestimmbar sind. Bei der dargestellten Eichkurve sind Einrichtungen verwendet worden, bei welchen aus den Zählungen/Min. die Feuchtigkeitsgehalte für 30%, 50%, 70% und 100% bestimmbar sind. Die Eichkurve 19 in Fig. 10 ist eine schematische und zeichnerische Darstellung, die bei einer hydrophoben Eich-5 einrichtung angewendet werden kann, die eine Mehrzahl von Körpern umfasst. Die Kurve ist nicht als eine Darstellung einer spezifischen Eichkurve für ein bestimmtes Instrument gedacht.
Wie bis zu diesem Punkt beschrieben worden ist, war die Erfindung bisher insbesondere auf die Eichung eines Oberflä-io chenmessgerätes 11 gerichtet und zwar durch Verwendung einer oder mehrerer Eicheinrichtungen 10. Die vorliegende Erfindung beabsichtigt jedoch gleichwohl die Kalibrierung auch eines Feuchtigkeitsmessgerätes 21 für tiefere Schichten und zwar mit einer oder mehreren Eicheinrichtungen 20 (Fig. 2 und 15 9). Wegen der Ähnlichkeit der Eicheinrichtung und der Verfahren, welche vorher beschrieben worden sind, ist es sicherlich nicht notwendig, diese mit allen Einzelheiten zu wiederholen. Anstatt dessen werden Bezugsziffern im Bereich von 20 entsprechend den Ziffern aus dem Bereich der 10er, die vorstehend 20 verwendet worden sind, nunmehr verwendet, und zwar an den entsprechenden Partien in Fig. 2 und 9. In der folgenden Beschreibung werden nur die Unterschiede zwischen der Eicheinrichtung nach den Fig. 2 und 9 und der Eicheinrichtung 10 nach den Fig. 1 und 8 erläutert. Wo die Eicheinrichtung 10 nach den 25 Fig. 1 und 8 mit einer planen Oberfläche 12 versehen ist, um ein zu kalibrierendes Messgerät aufzunehmen, ist die Eicheinrichtung nach den Fig. 2 und 9 mit einer Bohrung 30 versehen, welche zur Aufnahme einer Eindringprobe des Tiefenmessers 21 bestimmt ist.
30 Was durch die Personen geschätzt wird, welche sich in der Kalibrierung von Kernstrahlungs-Feuchtigkeitsmessgeräten auskennen, ist, dass erstens eine zuverlässige Eicheinrichtung geschaffen wird, welche hydrophob ist und welche nicht den Änderungen des «Feuchtigkeitsgehaltes» unterworfen ist. Dies 35 wird durch die Verwendung eines moderierenden und eines nicht-moderierenden Materials erreicht, welches eine kleine oder überhaupt keine Affinität zur Feuchtigkeit aufweist, wobei das moderierende Material mit Vorteil ein Kohlenwasserstoff ist, welcher Wasserstoff in Molekularform enthält. Dank der 40 Verwendung des moderierenden und des nicht-moderierenden Materials in Form von übereinander angeordneten, dünnen Schichten weist die Eicheinrichtung physikalische Eigenschaften auf, welche zur Darstellung eines homogenen Kohlenwasserstoffgehaltes für ein zu kalibrierendes Kernstrahlungsmessgerät 45 geeignet sind.
In den Zeichnungen und in der Beschreibung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und erläutert. Obwohl besondere Begriffe verwendet worden sind, sind diese nur im beschreibenden Sinn verwendet und 50 nicht um eine Einschränkung darzustellen.
C
1 Blatt Zeichnungen
Claims (12)
- 635 4322PATENTANSPRÜCHE1. Einrichtung zur Eichung von Kernstrahlungs-Feuchtig-keitsmessgeräten, gekennzeichnet durch eine sich mehrfach wiederholende Anordnung aus wenigstens einer dünnen Schicht aus einem moderierenden Material, welches molekularen Wasserstoff enthält, und wenigstens einer dünnen Schicht aus einem im wesentlichen nicht-moderierenden Material, wobei alle Schichten übereinander liegen.
- 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine plane Oberfläche zur Aufnahme eines Feuchtigkeitsmessers aufweist, der zur Messung der Feuchtigkeit von Materialschichten bestimmt ist, die sich in der Oberfläche von Körpern befinden.
- 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Ausnehmung aufweist, die zur Aufnahme der Eindringsonde eines Feuchtigkeitsgerätes bestimmt ist, das zur Messung der Feuchtigkeit von Materialschichten bestimmt ist, die sich im Innern eines Körpers befinden.
- 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus moderierendem und nichtmoderieren-dem Material eine im wesentlichen gleichbleibende und im wesentlichen dieselbe Dicke aufweisen.
- 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass immer auf eine Schicht aus moderierendem Material eine Schicht aus nicht-moderierendem Material folgt.
- 6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichten des einen Materials zweimal so gross ist wie die Anzahl der Schichten des anderen Materials, so dass die Schichten des anderen Materials zwischen Sätzen aus je zwei aneinander angrenzenden Schichten des ersten Materials angeordnet sind.
- 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Schichten des nicht-moderierenden Materials ein Mehrfaches der Anzahl der Schichten des moderierenden Materials ist.
- 8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus moderierendem Material im wesentlichen eine gleichbleibende und im wesentlichen dieselbe erste Dicke und die Schichten aus nicht-moderierendem Material eine im wesentlichen gleichbleibende und im wesentlichen dieselbe zweite Dicke aufweisen, wobei diese von der ersten Dicke verschieden ist.
- 9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das moderierende Material ein Polymerfilm ist, und dass das nicht-moderierende Material eine Metallplatte ist.
- 10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das moderierende Material ein Film aus Kohlenwasserstoffpolymer ist.
- 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymerschichten aus Polyethylen bestehen und dass die nicht-moderierenden Schichten aus Magnesium bestehen.
- 12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Anzahl von Körpern enthält, von welchen jeder einen anderen Wasserstoffgehalt darstellt, so dass eine Anzahl von Eichpunkten für ein zu kalibrierendes Feuchtigkeitsmessgerät erreicht werden kann.
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