关于中子土壤水分仪闪烁探头技术的研究
2022年09月16日 13:33:31
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中子测水技术是测量土壤水分的*技术之一。中子土壤水分仪已从采用计数管探头发展到使用闪烁探测器探头。计数管探头的探测机制沿用了“热中子云球”分布这一理论。它侧得的热中子计数,主要是“热中子云球”内热中子的平均计数。在介质中,测量以源和探测器中心为测点时的深度与介质深度一致。计数管端接源的探头测量的有效体积是中子源“中子云球”的上半部。闪烁探头则不同,它的源与闪烁探测器之间有一定距离。在介质中测得的计数是锉玻璃闪烁体对应“热中子云球”内一定空间的热中子计数。闪烁探测器灵敏体积小,闪烁体厚度仅是长计数管有效长度的1/62、短计数管有效长度的1/25。因此,在非均匀介质中,闪烁探头比计数管探头的分层能力好,有效测量范围与计数管探头也不同。本文通过理论模拟和实验测定对中子土壤水分记录仪闪烁探头的测量机制进行研究。
深层中子土壤水分仪闪烁探头测量土壤含水量的原理如图1所示。当探头在导管中按预完的测量深度插入土壤时,中子源放射出的快中子与土壤中的各种元素作用,逐步损失能量。最后在土壤中形成热中子空间分布。
中子和氢核质量差不多,中子和氢核相碰撞时能量交换比中子与其它元素的原子核碰撞时要大得多(土壤内氢主要存在于水中)。中子源周围热中子通量密度与介质的容积含水量的大小成正比。在源到探测器之间的距离固定后,闪烁探测器测量到的热中子计数只是“热中子云球”空间分布的一部分。探测的热中子计数与容积含水量有确定的关系。闪烁探测器厚度越厚,探测到的热中子计数越多。
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