水泥Cl元素浓度分布测量的模拟研究
2014-11-07 10:26黑大千程璨
科技资讯 2014年7期
黑大千++程璨
摘 要：对瞬发γ中子活化分析（PGNAA）技术在水泥检测中的应用，本文提出一种结构装置来对水泥中Cl元素浓度分布进行检测并且通过MCNP程序对其慢化体厚度、屏蔽体厚度、扫描宽度等参数进行了模拟分析。计算结果显示：通过该结构对水泥中Cl元素浓度分布检测是可行的。模拟结果显示当慢化体厚度为5.5 cm，屏蔽体厚度为70 cm，扫描宽度为5 cm时为宜。
关键词：慢化体 屏蔽体 扫描宽度 浓度分布 MCNP
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0001-02
1 研究目的
氯盐在水泥制作过程中的应用广泛，主要作为原料、燃料、混合材料和外加剂。水泥中Cl元素浓度对水泥中钢筋的腐蚀速度有重要影响[1～2]。本文通过MCNP程序模拟计算，初步提出一种检测装置对水泥中Cl元素的分布进行测量，并进行了分析讨论。
2 研究方法及模型
通过MCNP程序进行模拟计算，设计了一种检测装置，对其中的慢化体与屏蔽体等结构进行了优化设计并对最后的测量效果进行了分析讨论。
测量装置示意图如图1所示。中子源为241Am-Be中子源，慢化体为聚乙烯，之后是一层含硼聚乙烯制成的带有缝隙的屏蔽体。中子经过慢化吸收之后，缝隙处的热中子数目远大于周围，因此，与水泥作用产生的γ射线基本上这一宽度的，分析可以得到这一宽度水泥中的Cl元素的信息。通过多次这样的扫描后综合分析可以得到Cl元素的浓度分布。其中防护体尺寸为85×85×100 cm，慢化体与屏蔽体的长与高均为60 cm，探测器为4×4英寸的BGO探测器。水泥成分如表1[3]所示。
3 结果与讨论
慢化体厚度，调整慢化体的厚度记录通过慢化体后表面的热中子计数。结果如图2所示，热中子数目随慢化体厚度增加先上升后下降，当慢化体厚度在5.5 cm附近时热中子数目最大，选取慢化体厚度为5.5 cm。
屏蔽体厚度，改变屏蔽体的厚度并记录屏蔽体缝隙处与周围面的热中子数目并得到两者的比值，结果如图3所示。由图3可知两者的热中子数目都是随着屏蔽体厚度的增加而下降的，且屏蔽体表面处与缝隙处热中子数目的比值随屏蔽体厚度增加下降。当屏蔽体厚度增加到70 cm附近后时比值已经很小并且下降趋势减缓，将屏蔽体的厚度定为70 cm。
水泥厚度，模拟分析水泥中元素产生的γ射线数目与水泥厚度关系，结果如图4。选取Si、S和Ca元素，当水泥厚度为20 cm左右时，特征γ射线数目最大，选取水泥厚度为20 cm。
Cl元素的一些特征γ射线能量及截面如表2所示[4]。选取能量为1.959MeV特征γ射线，在水泥中掺杂不同质量百分比的Cl元素，Cl元素浓度与特征γ射线数目关系如图5所示，从图5中可以看出γ射线的数目与Cl元素的含量有良好的线性关系。
对一块尺寸为20×20×20 cm的水泥用该装置进行测量，Cl元素浓度分布如表3所示。用测量装置测量得到浓度分布如图6所示。从图7中可以明显的看出Cl元素在水泥中浓度的高低分布与表3相对应，较好地反映出Cl元素浓度的分布。
通过MCNP程序模拟分析，结果表明，通过该测量装置可以实现水泥Cl元素浓度分布的测量。本文对于该方向仅进行了初步的研究，对于结构以及反应都做了简化处理，但在该方向提出了一些思路与信息，进一步的研究与工作还有待进行。
参考文献
[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：对瞬发γ中子活化分析（PGNAA）技术在水泥检测中的应用，本文提出一种结构装置来对水泥中Cl元素浓度分布进行检测并且通过MCNP程序对其慢化体厚度、屏蔽体厚度、扫描宽度等参数进行了模拟分析。计算结果显示：通过该结构对水泥中Cl元素浓度分布检测是可行的。模拟结果显示当慢化体厚度为5.5 cm，屏蔽体厚度为70 cm，扫描宽度为5 cm时为宜。
关键词：慢化体 屏蔽体 扫描宽度 浓度分布 MCNP
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0001-02
1 研究目的
氯盐在水泥制作过程中的应用广泛，主要作为原料、燃料、混合材料和外加剂。水泥中Cl元素浓度对水泥中钢筋的腐蚀速度有重要影响[1～2]。本文通过MCNP程序模拟计算，初步提出一种检测装置对水泥中Cl元素的分布进行测量，并进行了分析讨论。
2 研究方法及模型
通过MCNP程序进行模拟计算，设计了一种检测装置，对其中的慢化体与屏蔽体等结构进行了优化设计并对最后的测量效果进行了分析讨论。
测量装置示意图如图1所示。中子源为241Am-Be中子源，慢化体为聚乙烯，之后是一层含硼聚乙烯制成的带有缝隙的屏蔽体。中子经过慢化吸收之后，缝隙处的热中子数目远大于周围，因此，与水泥作用产生的γ射线基本上这一宽度的，分析可以得到这一宽度水泥中的Cl元素的信息。通过多次这样的扫描后综合分析可以得到Cl元素的浓度分布。其中防护体尺寸为85×85×100 cm，慢化体与屏蔽体的长与高均为60 cm，探测器为4×4英寸的BGO探测器。水泥成分如表1[3]所示。
3 结果与讨论
慢化体厚度，调整慢化体的厚度记录通过慢化体后表面的热中子计数。结果如图2所示，热中子数目随慢化体厚度增加先上升后下降，当慢化体厚度在5.5 cm附近时热中子数目最大，选取慢化体厚度为5.5 cm。
屏蔽体厚度，改变屏蔽体的厚度并记录屏蔽体缝隙处与周围面的热中子数目并得到两者的比值，结果如图3所示。由图3可知两者的热中子数目都是随着屏蔽体厚度的增加而下降的，且屏蔽体表面处与缝隙处热中子数目的比值随屏蔽体厚度增加下降。当屏蔽体厚度增加到70 cm附近后时比值已经很小并且下降趋势减缓，将屏蔽体的厚度定为70 cm。
水泥厚度，模拟分析水泥中元素产生的γ射线数目与水泥厚度关系，结果如图4。选取Si、S和Ca元素，当水泥厚度为20 cm左右时，特征γ射线数目最大，选取水泥厚度为20 cm。
Cl元素的一些特征γ射线能量及截面如表2所示[4]。选取能量为1.959MeV特征γ射线，在水泥中掺杂不同质量百分比的Cl元素，Cl元素浓度与特征γ射线数目关系如图5所示，从图5中可以看出γ射线的数目与Cl元素的含量有良好的线性关系。
对一块尺寸为20×20×20 cm的水泥用该装置进行测量，Cl元素浓度分布如表3所示。用测量装置测量得到浓度分布如图6所示。从图7中可以明显的看出Cl元素在水泥中浓度的高低分布与表3相对应，较好地反映出Cl元素浓度的分布。
通过MCNP程序模拟分析，结果表明，通过该测量装置可以实现水泥Cl元素浓度分布的测量。本文对于该方向仅进行了初步的研究，对于结构以及反应都做了简化处理，但在该方向提出了一些思路与信息，进一步的研究与工作还有待进行。
参考文献
[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：对瞬发γ中子活化分析（PGNAA）技术在水泥检测中的应用，本文提出一种结构装置来对水泥中Cl元素浓度分布进行检测并且通过MCNP程序对其慢化体厚度、屏蔽体厚度、扫描宽度等参数进行了模拟分析。计算结果显示：通过该结构对水泥中Cl元素浓度分布检测是可行的。模拟结果显示当慢化体厚度为5.5 cm，屏蔽体厚度为70 cm，扫描宽度为5 cm时为宜。
关键词：慢化体 屏蔽体 扫描宽度 浓度分布 MCNP
中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（a）-0001-02
1 研究目的
氯盐在水泥制作过程中的应用广泛，主要作为原料、燃料、混合材料和外加剂。水泥中Cl元素浓度对水泥中钢筋的腐蚀速度有重要影响[1～2]。本文通过MCNP程序模拟计算，初步提出一种检测装置对水泥中Cl元素的分布进行测量，并进行了分析讨论。
2 研究方法及模型
通过MCNP程序进行模拟计算，设计了一种检测装置，对其中的慢化体与屏蔽体等结构进行了优化设计并对最后的测量效果进行了分析讨论。
测量装置示意图如图1所示。中子源为241Am-Be中子源，慢化体为聚乙烯，之后是一层含硼聚乙烯制成的带有缝隙的屏蔽体。中子经过慢化吸收之后，缝隙处的热中子数目远大于周围，因此，与水泥作用产生的γ射线基本上这一宽度的，分析可以得到这一宽度水泥中的Cl元素的信息。通过多次这样的扫描后综合分析可以得到Cl元素的浓度分布。其中防护体尺寸为85×85×100 cm，慢化体与屏蔽体的长与高均为60 cm，探测器为4×4英寸的BGO探测器。水泥成分如表1[3]所示。
3 结果与讨论
慢化体厚度，调整慢化体的厚度记录通过慢化体后表面的热中子计数。结果如图2所示，热中子数目随慢化体厚度增加先上升后下降，当慢化体厚度在5.5 cm附近时热中子数目最大，选取慢化体厚度为5.5 cm。
屏蔽体厚度，改变屏蔽体的厚度并记录屏蔽体缝隙处与周围面的热中子数目并得到两者的比值，结果如图3所示。由图3可知两者的热中子数目都是随着屏蔽体厚度的增加而下降的，且屏蔽体表面处与缝隙处热中子数目的比值随屏蔽体厚度增加下降。当屏蔽体厚度增加到70 cm附近后时比值已经很小并且下降趋势减缓，将屏蔽体的厚度定为70 cm。
水泥厚度，模拟分析水泥中元素产生的γ射线数目与水泥厚度关系，结果如图4。选取Si、S和Ca元素，当水泥厚度为20 cm左右时，特征γ射线数目最大，选取水泥厚度为20 cm。
Cl元素的一些特征γ射线能量及截面如表2所示[4]。选取能量为1.959MeV特征γ射线，在水泥中掺杂不同质量百分比的Cl元素，Cl元素浓度与特征γ射线数目关系如图5所示，从图5中可以看出γ射线的数目与Cl元素的含量有良好的线性关系。
对一块尺寸为20×20×20 cm的水泥用该装置进行测量，Cl元素浓度分布如表3所示。用测量装置测量得到浓度分布如图6所示。从图7中可以明显的看出Cl元素在水泥中浓度的高低分布与表3相对应，较好地反映出Cl元素浓度的分布。
通过MCNP程序模拟分析，结果表明，通过该测量装置可以实现水泥Cl元素浓度分布的测量。本文对于该方向仅进行了初步的研究，对于结构以及反应都做了简化处理，但在该方向提出了一些思路与信息，进一步的研究与工作还有待进行。
参考文献
[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）.
