قياس كثافة النواة

يُستخدم مقياس الكثافة النووي على قاعدة مضغوطة لتحديد نسبة انضغاطها. ^{[ 2 ] [ 3 ]} قبل إجراء الاختبارات الميدانية، يُجري الفني معايرةً للجهاز، حيث يسجل "العدد القياسي" للجهاز. العدد القياسي هو كمية الإشعاع المنبعث من المصدرين النوويين داخل الجهاز، دون أي فقد أو تسرب. يسمح هذا للجهاز بمقارنة كمية الإشعاع المنبعث بكمية الإشعاع المُستقبلة. باستخدام قضيب قطره 3/4 بوصة، يُحدث ثقب في القاعدة المضغوطة عن طريق دق القضيب في القاعدة لإنشاء ثقب يُمكن إدخال مسبار مقياس الكثافة فيه. يُوضع مقياس الكثافة فوق الثقب، ثم يُدخل المسبار فيه عن طريق فك قفل المقبض الموجود في أعلى المسبار. يُصدر أحد المصدرين إشعاعًا يتفاعل مع ذرات التربة، ثم يُقارن بالعدد القياسي لحساب الكثافة. أما المصدر الآخر فيتفاعل مع ذرات الهيدروجين لحساب نسبة الماء في التربة.

في وضع الإرسال المباشر، يمتد المصدر عبر قاعدة المقياس إلى داخل حفرة محفورة مسبقًا، مما يضع المصدر على العمق المطلوب. تشبه عملية الاختبار دفن كمية معلومة من مادة مشعة على عمق محدد، ثم استخدام عداد جايجر على سطح الأرض لقياس مدى فعالية كثافة التربة في منع اختراق أشعة جاما. مع ازدياد كثافة التربة، تقل كمية الإشعاع التي تمر عبرها، نتيجةً لتشتتها بسبب تصادمات الإلكترونات في التربة قيد الاختبار.

بما أن مستوى رطوبة التربة يؤثر جزئيًا على كثافتها في مكانها، فإن جهاز القياس مزود أيضًا بمقياس رطوبة نيوتروني يتكون من مصدر نيوترونات عالي الطاقة من الأمريسيوم / البريليوم وكاشف نيوترونات حراري . تتباطأ النيوترونات عالية الطاقة عند اصطدامها بذرات الهيدروجين، ثم يقوم الكاشف بحساب النيوترونات "المتباطئة". يتناسب هذا العدد طرديًا مع محتوى الماء في التربة، حيث أن الهيدروجين الموجود في هذا الماء (H₂O ₎ هو المسؤول عن معظم الهيدروجين الموجود في معظم أنواع التربة. يحسب جهاز القياس محتوى الرطوبة، ويطرحه من كثافة التربة في مكانها (الرطبة)، ثم يعرض كثافة التربة الجافة.

يمكن استخدام مقاييس الكثافة النووية لقياس كثافة سائل داخل أنبوب. عند تركيب مصدر إشعاعي على أحد جانبي الأنبوب وكاشف على الجانب الآخر، تعتمد كمية الإشعاع التي يرصدها الكاشف على مستوى الحماية التي يوفرها السائل داخل الأنبوب. وقد كانت شركة Tracerco رائدة في استخدام الإشعاع لقياس الكثافة في خمسينيات القرن الماضي، حيث توصلت إلى أن قانون بير-لامبرت ينطبق على الإشعاع كما ينطبق على البصريات. عادةً ما تتم معايرة المقاييس باستخدام غاز وسائل ذي كثافة معلومة لإيجاد القيم المجهولة في المعادلة. بعد المعايرة، وطالما بقي محاذاة المصدر والكاشف ثابتة، يُمكن حساب كثافة السائل داخل الأنبوب. أحد العوامل المؤثرة هو عمر النصف للمصدر المشع (30 عامًا للسيزيوم ^-137 )، مما يعني ضرورة إعادة معايرة النظام على فترات منتظمة. تتضمن الأنظمة الحديثة تصحيحًا لانحلال المصدر. ^{[ 4 ]}

ثمة طريقة أخرى تتمثل في استخدام مصدر نيوتروني قوي مثل الأمريسيوم ^-241 /البريليوم لإنتاج إشعاع نيوتروني ، ثم قياس طاقة النيوترونات العائدة نتيجة التشتت . وبما أن الهيدروجين يبطئ النيوترونات بشكل ملحوظ، يمكن للمستشعر حساب كثافة الهيدروجين، وبالتالي تحديد جيوب المياه الجوفية، والرطوبة حتى عمق عدة أمتار، ومحتوى الرطوبة، أو محتوى الأسفلت.

يمكن استخدام مصادر النيوترونات أيضًا لتقييم أداء الفاصل (في إنتاج النفط) بنفس الطريقة. يحتوي الغاز والنفط والماء والرمل على تراكيز مختلفة من ذرات الهيدروجين، مما يعكس كميات مختلفة من النيوترونات البطيئة. يمكن استخدام ذلك لتحديد مستويات التداخل داخل الفاصل عن طريق تحريك رأس يحتوي على مصدر نيوترونات ^{من نوع 241} AmBe وكاشف للنيوترونات البطيئة لأعلى ولأسفل.