黑大千++程璨

摘 要：對(duì)瞬發(fā)γ中子活化分析（PGNAA）技術(shù)在水泥檢測中的應(yīng)用，本文提出一種結(jié)構(gòu)裝置來對(duì)水泥中Cl元素濃度分布進(jìn)行檢測并且通過MCNP程序?qū)ζ渎w厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數(shù)進(jìn)行了模擬分析。計(jì)算結(jié)果顯示：通過該結(jié)構(gòu)對(duì)水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結(jié)果顯示當(dāng)慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時(shí)為宜。

關(guān)鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應(yīng)用廣泛，主要作為原料、燃料、混合材料和外加劑。水泥中Cl元素濃度對(duì)水泥中鋼筋的腐蝕速度有重要影響[1～2]。本文通過MCNP程序模擬計(jì)算，初步提出一種檢測裝置對(duì)水泥中Cl元素的分布進(jìn)行測量，并進(jìn)行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進(jìn)行模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種檢測裝置，對(duì)其中的慢化體與屏蔽體等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并對(duì)最后的測量效果進(jìn)行了分析討論。

測量裝置示意圖如圖1所示。中子源為241Am-Be中子源，慢化體為聚乙烯，之后是一層含硼聚乙烯制成的帶有縫隙的屏蔽體。中子經(jīng)過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數(shù)目遠(yuǎn)大于周圍，因此，與水泥作用產(chǎn)生的γ射線基本上這一寬度的，分析可以得到這一寬度水泥中的Cl元素的信息。通過多次這樣的掃描后綜合分析可以得到Cl元素的濃度分布。其中防護(hù)體尺寸為85×85×100 cm，慢化體與屏蔽體的長與高均為60 cm，探測器為4×4英寸的BGO探測器。水泥成分如表1[3]所示。

3 結(jié)果與討論

慢化體厚度，調(diào)整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計(jì)數(shù)。結(jié)果如圖2所示，熱中子數(shù)目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當(dāng)慢化體厚度在5.5 cm附近時(shí)熱中子數(shù)目最大，選取慢化體厚度為5.5 cm。

屏蔽體厚度，改變屏蔽體的厚度并記錄屏蔽體縫隙處與周圍面的熱中子數(shù)目并得到兩者的比值，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數(shù)目都是隨著屏蔽體厚度的增加而下降的，且屏蔽體表面處與縫隙處熱中子數(shù)目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當(dāng)屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時(shí)比值已經(jīng)很小并且下降趨勢減緩，將屏蔽體的厚度定為70 cm。

水泥厚度，模擬分析水泥中元素產(chǎn)生的γ射線數(shù)目與水泥厚度關(guān)系，結(jié)果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當(dāng)水泥厚度為20 cm左右時(shí)，特征γ射線數(shù)目最大，選取水泥厚度為20 cm。

Cl元素的一些特征γ射線能量及截面如表2所示[4]。選取能量為1.959MeV特征γ射線，在水泥中摻雜不同質(zhì)量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數(shù)目關(guān)系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數(shù)目與Cl元素的含量有良好的線性關(guān)系。

對(duì)一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進(jìn)行測量，Cl元素濃度分布如表3所示。用測量裝置測量得到濃度分布如圖6所示。從圖7中可以明顯的看出Cl元素在水泥中濃度的高低分布與表3相對(duì)應(yīng)，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結(jié)果表明，通過該測量裝置可以實(shí)現(xiàn)水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對(duì)于該方向僅進(jìn)行了初步的研究，對(duì)于結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進(jìn)一步的研究與工作還有待進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] Ki Yong Ann， Ha-Won Song. Chloride threshold level for corrosion of steel in concrete[J].Corrosion Science，2007（49）：4113-4133.

[2] Ueli Angst， Bernhard Elsener. Critical chloride content in reinforced concrete—A review[J].Cement and Concrete Research，2009（39）：1122-1138.

[3] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Search of a prompt gamma ray for chlorine analysis in a Portland cement sample[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A ，2004（533）591-597.

[4] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Estimation of minimum detectable concentration of chlorine in the blast furnace slag cement concrete[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B，2011（269）.

摘 要：對(duì)瞬發(fā)γ中子活化分析（PGNAA）技術(shù)在水泥檢測中的應(yīng)用，本文提出一種結(jié)構(gòu)裝置來對(duì)水泥中Cl元素濃度分布進(jìn)行檢測并且通過MCNP程序?qū)ζ渎w厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數(shù)進(jìn)行了模擬分析。計(jì)算結(jié)果顯示：通過該結(jié)構(gòu)對(duì)水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結(jié)果顯示當(dāng)慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時(shí)為宜。

關(guān)鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應(yīng)用廣泛，主要作為原料、燃料、混合材料和外加劑。水泥中Cl元素濃度對(duì)水泥中鋼筋的腐蝕速度有重要影響[1～2]。本文通過MCNP程序模擬計(jì)算，初步提出一種檢測裝置對(duì)水泥中Cl元素的分布進(jìn)行測量，并進(jìn)行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進(jìn)行模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種檢測裝置，對(duì)其中的慢化體與屏蔽體等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并對(duì)最后的測量效果進(jìn)行了分析討論。

測量裝置示意圖如圖1所示。中子源為241Am-Be中子源，慢化體為聚乙烯，之后是一層含硼聚乙烯制成的帶有縫隙的屏蔽體。中子經(jīng)過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數(shù)目遠(yuǎn)大于周圍，因此，與水泥作用產(chǎn)生的γ射線基本上這一寬度的，分析可以得到這一寬度水泥中的Cl元素的信息。通過多次這樣的掃描后綜合分析可以得到Cl元素的濃度分布。其中防護(hù)體尺寸為85×85×100 cm，慢化體與屏蔽體的長與高均為60 cm，探測器為4×4英寸的BGO探測器。水泥成分如表1[3]所示。

3 結(jié)果與討論

慢化體厚度，調(diào)整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計(jì)數(shù)。結(jié)果如圖2所示，熱中子數(shù)目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當(dāng)慢化體厚度在5.5 cm附近時(shí)熱中子數(shù)目最大，選取慢化體厚度為5.5 cm。

屏蔽體厚度，改變屏蔽體的厚度并記錄屏蔽體縫隙處與周圍面的熱中子數(shù)目并得到兩者的比值，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數(shù)目都是隨著屏蔽體厚度的增加而下降的，且屏蔽體表面處與縫隙處熱中子數(shù)目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當(dāng)屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時(shí)比值已經(jīng)很小并且下降趨勢減緩，將屏蔽體的厚度定為70 cm。

水泥厚度，模擬分析水泥中元素產(chǎn)生的γ射線數(shù)目與水泥厚度關(guān)系，結(jié)果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當(dāng)水泥厚度為20 cm左右時(shí)，特征γ射線數(shù)目最大，選取水泥厚度為20 cm。

Cl元素的一些特征γ射線能量及截面如表2所示[4]。選取能量為1.959MeV特征γ射線，在水泥中摻雜不同質(zhì)量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數(shù)目關(guān)系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數(shù)目與Cl元素的含量有良好的線性關(guān)系。

對(duì)一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進(jìn)行測量，Cl元素濃度分布如表3所示。用測量裝置測量得到濃度分布如圖6所示。從圖7中可以明顯的看出Cl元素在水泥中濃度的高低分布與表3相對(duì)應(yīng)，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結(jié)果表明，通過該測量裝置可以實(shí)現(xiàn)水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對(duì)于該方向僅進(jìn)行了初步的研究，對(duì)于結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進(jìn)一步的研究與工作還有待進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] Ki Yong Ann， Ha-Won Song. Chloride threshold level for corrosion of steel in concrete[J].Corrosion Science，2007（49）：4113-4133.

[2] Ueli Angst， Bernhard Elsener. Critical chloride content in reinforced concrete—A review[J].Cement and Concrete Research，2009（39）：1122-1138.

[3] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Search of a prompt gamma ray for chlorine analysis in a Portland cement sample[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A ，2004（533）591-597.

[4] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Estimation of minimum detectable concentration of chlorine in the blast furnace slag cement concrete[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B，2011（269）.

摘 要：對(duì)瞬發(fā)γ中子活化分析（PGNAA）技術(shù)在水泥檢測中的應(yīng)用，本文提出一種結(jié)構(gòu)裝置來對(duì)水泥中Cl元素濃度分布進(jìn)行檢測并且通過MCNP程序?qū)ζ渎w厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數(shù)進(jìn)行了模擬分析。計(jì)算結(jié)果顯示：通過該結(jié)構(gòu)對(duì)水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結(jié)果顯示當(dāng)慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時(shí)為宜。

關(guān)鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應(yīng)用廣泛，主要作為原料、燃料、混合材料和外加劑。水泥中Cl元素濃度對(duì)水泥中鋼筋的腐蝕速度有重要影響[1～2]。本文通過MCNP程序模擬計(jì)算，初步提出一種檢測裝置對(duì)水泥中Cl元素的分布進(jìn)行測量，并進(jìn)行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進(jìn)行模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種檢測裝置，對(duì)其中的慢化體與屏蔽體等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)并對(duì)最后的測量效果進(jìn)行了分析討論。

測量裝置示意圖如圖1所示。中子源為241Am-Be中子源，慢化體為聚乙烯，之后是一層含硼聚乙烯制成的帶有縫隙的屏蔽體。中子經(jīng)過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數(shù)目遠(yuǎn)大于周圍，因此，與水泥作用產(chǎn)生的γ射線基本上這一寬度的，分析可以得到這一寬度水泥中的Cl元素的信息。通過多次這樣的掃描后綜合分析可以得到Cl元素的濃度分布。其中防護(hù)體尺寸為85×85×100 cm，慢化體與屏蔽體的長與高均為60 cm，探測器為4×4英寸的BGO探測器。水泥成分如表1[3]所示。

3 結(jié)果與討論

慢化體厚度，調(diào)整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計(jì)數(shù)。結(jié)果如圖2所示，熱中子數(shù)目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當(dāng)慢化體厚度在5.5 cm附近時(shí)熱中子數(shù)目最大，選取慢化體厚度為5.5 cm。

屏蔽體厚度，改變屏蔽體的厚度并記錄屏蔽體縫隙處與周圍面的熱中子數(shù)目并得到兩者的比值，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數(shù)目都是隨著屏蔽體厚度的增加而下降的，且屏蔽體表面處與縫隙處熱中子數(shù)目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當(dāng)屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時(shí)比值已經(jīng)很小并且下降趨勢減緩，將屏蔽體的厚度定為70 cm。

水泥厚度，模擬分析水泥中元素產(chǎn)生的γ射線數(shù)目與水泥厚度關(guān)系，結(jié)果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當(dāng)水泥厚度為20 cm左右時(shí)，特征γ射線數(shù)目最大，選取水泥厚度為20 cm。

Cl元素的一些特征γ射線能量及截面如表2所示[4]。選取能量為1.959MeV特征γ射線，在水泥中摻雜不同質(zhì)量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數(shù)目關(guān)系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數(shù)目與Cl元素的含量有良好的線性關(guān)系。

對(duì)一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進(jìn)行測量，Cl元素濃度分布如表3所示。用測量裝置測量得到濃度分布如圖6所示。從圖7中可以明顯的看出Cl元素在水泥中濃度的高低分布與表3相對(duì)應(yīng)，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結(jié)果表明，通過該測量裝置可以實(shí)現(xiàn)水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對(duì)于該方向僅進(jìn)行了初步的研究，對(duì)于結(jié)構(gòu)以及反應(yīng)都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進(jìn)一步的研究與工作還有待進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] Ki Yong Ann， Ha-Won Song. Chloride threshold level for corrosion of steel in concrete[J].Corrosion Science，2007（49）：4113-4133.

[2] Ueli Angst， Bernhard Elsener. Critical chloride content in reinforced concrete—A review[J].Cement and Concrete Research，2009（39）：1122-1138.

[3] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Search of a prompt gamma ray for chlorine analysis in a Portland cement sample[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A ，2004（533）591-597.

[4] A.A. Naqvi， M.M. Nagadi. Estimation of minimum detectable concentration of chlorine in the blast furnace slag cement concrete[J].Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B，2011（269）.