王凤美

（山西省公路局阳泉分局，山西 阳泉 045000）

1 核子密度仪工作原理

其放射源多采用137ts和241Am。137Cs通常密封在上下可移动的探杆端部，241Am则密封在仪器底部；不使用时可将探杆缩回至安全位置，放射源则被仪器底部的屏蔽套屏蔽；使用时可根据测试需要，将探杆置于被测材料的不同深度(通常0～30 cm)。放射源137Cs发射出的γ射线在经过被测媒介时发生衰减，不同密度材料，其γ射线衰减程度不同，这样根据事先率定的γ射线计数率与密度关系，即可快速测出被测材料密度；水分测量，则是利用放射源241Am放射出的中子与被测材料水分中的氢发生碰撞来实现的。

2 核子密度仪的安全防护

放射防护工作不仅关系到放射工作人员和后代的健康，同时也关系到公众的健康与安全，因此，放射工作人员必须有高度的责任感，有义务做好放射防护法规、标准的宣传普及，提高公众的自我防护意识。核子密度仪的使用多在野外，易造成公众的好奇围观，除应采取设置醒目警示标志或必要时设置警戒线外，放射工作人员还应做好放射防护宣传。辐射看不见、摸不着，不易被人们感知，因而放射防护易被忽视。因此，必须杜绝侥幸心理，预防为主，积极主动防护。防护中应充分利用时间、距离、屏蔽3要素。要定期将仪器送往有资质的单位检验、标定，以避免放射源泄露。

2.1 时间防护

人体受到照射的累积剂量与受照时间成正比。因此，在核子密度仪使用和维护中，应提高仪器操作熟练水平，缩短操作时间，减少受照射剂量。对于一次使用仪器需较长时间的，应尽量采取多名放射工作人员轮流操作，减少个人操作时间，以分担个人受照剂量。

2.2 距离防护

辐射剂量率与放射源到受照物之间的距离平方成反比，即距离增大1倍，照射量则减少到原来的1/4。因此，在核子密度仪的使用维护中，应充分利用这一规律，尽可能增大放射工作人员与仪器放射源的距离。在仪器维护中，有条件时可使用长柄工具；在仪器测量时，放射工作人员应离开仪器2 m以上，待仪器测量结束发出蜂鸣，再靠近读数或操作；在仪器运输时，原则上应采取人员和仪器分车运输，无条件分车时，尽量增大仪器与乘车人距离。

2.3 屏蔽防护

核子密度仪放射源放射出的主要是γ射线和中子，其放射防护主要是外照射防护，做好屏蔽防护是十分重要的。屏蔽防护就是人为的在放射源与被照射物之间增加一层能减弱射线的屏蔽体，多以钢、铅、铝和混凝土等密度大的材料制作，如，核子密度仪库房可采用混凝土建造。核子密度仪机壳一般都采用具有较好屏蔽射线的材料制作，并设有屏蔽放射源的屏蔽套。在仪器操作和维护时，可充分利用机壳做屏蔽，避免直接面对仪器底部或探杆端头的放射源。有时在仪器使用中，因造孔定位板的变形，定位不够准确，常导致探杆不易准确插入测孔，这时严禁放射工作人员将仪器倾斜，伸出探杆，目视探杆端头对着测孔插入。对于需要采取已被测的材料进行其他试验的，应避免采取仪器正下面部分，特别是测孔周围的材料，应戴手套持工具采取。

核子密度仪在存放与使用过程中，均有微量的放射性辐射，对接触人员有一定的伤害。国际上通常对从事放射性辐射工作人员的控制放射标准是一年所受的辐射量小于5 000 mrem。经改革放射性测量仪检测，在距离核子密度仪2 m以外，测量仪无放射量显示。因此使用时，人员应退至距仪器2 m以外的安全距离进行自我防护。一般使用核子仪工作一年所受的辐射量大约为100 mrem，间歇性检测的辐射量更少。实际上做一次医疗X光检查的辐射量常常超过用核子仪工作一年的辐射量。所以，只要按仪器使用说明书进行操作，安全是有保障的。

3 核子密度仪与灌砂法的对比试验

3.1 准备工作

3.1.1 标定灌砂筒下部锥体内砂的质量

（1）在灌砂筒筒口高度上，向灌砂筒内装砂至筒顶15 mm左右为止。称取装入筒内砂的质量m1，准确至1 g，以后每次标定及试验都应该维持装砂高度与质量不变。

（2）将开关打开，让砂自由流出，并使流出砂的体积与工地所挖试坑内的体积相当（可等于标定罐的容积），然后关上开关，称灌砂筒内剩余砂质量m5，准确至1 g。

（3）不晃动灌砂筒的砂，轻轻将灌砂筒移至玻璃板上，将开关打开，让砂流出，直到筒内砂不再下流时，将开关关上，并细心地取走灌砂筒。

（4）收集并称量留在玻璃板上的砂，准确至1 g。玻璃板上的砂就是填满锥体的砂m2。

（5）重复上述测量3次，取其平均值。

3.1.2 标定量砂的单位质量rs

（1）用水确定标定罐的容积V，准确至1 mL。

（2）在灌砂筒中装入质量为m1的砂，并将灌砂筒放在标定灌上，将开关打开，让砂流出，在整个流砂过程中，不要碰动灌砂筒，直到砂不在流时，将开关关闭。取下灌砂筒，称取筒内剩余砂的质量m3，准确至1 g。

（3）按下式计算填满标定罐所需砂的质量ma：

ma=m1-m2-m3

式中：ma：标定罐中砂的质量，g；

m1：装入灌砂筒内的砂的总质量，g；

m2：灌砂筒下部圆锥体内砂的质量，g；

m3：灌砂入标定罐后，筒内剩余砂的质量，g；

（4）重复上述测量3次，取其平均值。

（5）按下式计算量砂的单位质量：

式中：rs：量砂的单位质量，g/cm3；

V：标定罐的体积，g/cm3。

3.1.3 用标准板测定核子密度仪的标准值

（1）接通电源，按照仪器使用说明书建议的预热时间，预热测定仪。

（2）在测定前，应检查仪器性能是否正常，在标准板上取34个读数的平均值建立原始标准值，并与使用说明书提供的标准值校对，如标准读数超出使用说明书规定的界限时应重复此标准的测定，若第二次标准计数仍超出规定的界限时，需视做故障并进行仪器检查。

3.2 现场试验

3.2.1 核子密度仪测试压实度

（1）选定距路面边缘不小于30 cm的一路基干净平面。

（2）用专用的探杆打孔，孔深略深于要求测定的深度，孔应竖直圆滑。

（3）将放射源棒放下插入已打好的孔内。

（4）打开仪器，测试员退出仪器2 m以外，按照选定的测定时间进行测量，到达测定时间后，仪器发出“嘟”声，读取显示的各项数据，并迅速关机。

3.2.2 灌砂法测定压实度

（1）移开核子密度仪，放上基板，使其中心位置与核子密度仪的探孔一致，沿基板中孔凿洞。在凿洞过程中，注意勿使凿出的材料丢失，并随时将凿出的材料取出装入塑料袋中不使水分蒸发。试洞的深度应等于测定层厚度，但不得有下层材料混入，最后将洞内的全部凿松材料取出，并称其总质量mw，准确至1 g。

（2）从挖出的全部材料中取出有代表性的样品，放在铝盒中，测定其含水量（w，以%计）。

（3）将灌砂筒放在试洞中间，筒内的砂质量为m1，使灌砂筒的下口对准试洞，打开灌砂筒的开关，让砂流入试坑内。在此期间，应注意勿碰动灌砂筒。直到筒内砂不再下流时，关闭开关。小心取走灌砂筒，并称量筒内剩余砂的质量m4，准确至1 g。

（4）计算填满试坑所用砂的质量mb：

mb=m1-m4-m2

式中：mb：填满试坑砂的质量，g；

m1：灌砂前灌砂筒内砂的质量，g；

m4：灌砂后，灌砂筒内剩余砂的质量，g；

m2：灌砂筒下部圆锥体内砂的质量，g。

式中：mw：试坑中取出的全部材料的质量，g；rs：量砂的单位质量，g/cm3。

（6）计算试坑材料的压实度ρd：

式中：w：试坑材料的含水量，%。

3 灌砂法与核子密度仪对比

对同一种材料，重复以上两种方法测定压实度至少15处，求取两种不同方法测定的密度及含水量的相关关系，其相关系数应不小于0.9，在此采用了一元线形回归分析。

Y=a+bx

式中：a，b：回归系数。

设定灌砂法测定结果为Y值，核子密度仪测定结果为X值，先对湿密度进行对比，然后分别对含水量和压实度进行对比。该层填土采用小河北3#土场土,最大干密度为1.89 g/cm3，最佳含水量为14.1%。土质为低液限黏土。将两种方法的试验结果列为表 1、表 2。

表1 灌砂法测得密度与含水量结果

表2 核子密度仪测得密度与含水量结果

湿密度对比结果：

经计算：

相关系数r是描述回归方程线性相关的密切程度的指标，r的绝对值越接近1，x与y之间的线性关系越好。

含水量对比结果：

压实度对比结果：

经计算：

根据以上结果，说明这台核子密度仪可以用于路基施工检测当中。湿密度与含水量可以不进行修正，但压实度必须进行修正，修正结果为：Y=1.658+0.982X。

如果进行对比后的相关系数r小于0.9，则应对核子密度仪进行重新标定或修正。