第２２卷第３期
同位素
Ｖ０１．２２Ｎｏ．３
土层对丫散射法测量油垢厚度影响的初步研究
杨坤杰１，艾尔肯・阿不列木１，周
满１，赵经武２，时飞跃２，阿布都莫明１，赵农校
（１．新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐８３００４６，
２．南京大学物理系，江苏南京２１００９３）
摘要：利用由６０Ｃｏ源、ＮａＩ（Ｔ１）探测器和微机多道谱仪等组成的实验装置，测量了油垢厚度的散射光子计数。同时应用蒙特卡罗模拟针对不同的土层厚度及土层中含水量检测油垢厚度的散射光子数。结果显示，随着土层厚度的增加，油垢厚度的探测灵敏度呈减小趋势，通过初步模拟发现，土层中含水量对检测油垢厚度的影响有一定的规律。
关键词：散射光子；油垢厚度；蒙特卡罗方法
中图分类号：ＴＬ８１６；０５７１．３３
文献标志码：Ａ
文章编号：１０００～７５１２（２００９）０３—０１７２—０５
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ＹＡＮＧＫｕｎ—ｊｉｅｌ，ＡＩＥＲＫＥＮ・Ａｂｕｌｉｅｍｕｌ，ＺＨｏＵＭａｎｌ，
ＺＨＡｏＪｉｎｇ—ｗｕ２，ＳＨＩＦｅｉ—ｙｕｅ２，Ａｂｕｄｏｕｍｏｍｉｎ９１，ＺＨＡｏＮｏｎｇ—ｘｉａ０１
（１．Ｓｃ＾ｏｏＺ
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２．Ｐ＾ｙｓｉｃ５ＤＰ户口疗ｍ８行ｆ
Ｎ口力ｉ挖ｇ孤ｉ御”ｉ砂，Ｎ口力ｉ行ｇ２１００９３，＠ｉ加）
ＡｂｓｔＩ．ａｃｔ：Ａ．ｓｅｔ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：７ｒａｙｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ；ｇｒｅａｓｅｓｔａｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓ；Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ
收稿日期基金项目作者简介通信作者
２００９一０３—２３；修回日期：２００９—０６—１５国家自然科学基金项目（１０５６５００３）
杨坤杰（１９８３一），男，山东诸城人，硕士研究生，核技术及应用专业
艾尔肯・阿不列木，男（维吾尔族），新疆乌鲁木齐人，教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ａｉｅｒｋｅｎ５６＠ｙａｈ∞．ｃｏｍ．ｃｎ
第３期杨坤杰等：土层对７散射法测量油垢厚度影响的初步研究
１７３
油田输送原油的管道内壁容易结垢从而影响输油能力，严重时甚至会阻塞管道，为了及时清除油垢，对管道内油垢厚度的监控十分必要。常见的物理手段有超声、微波、射线等，这几种方法各有利弊［１＿３］。由于管道多埋在地下，管道上方有土层覆盖，所以用７散射法测量更有优势。为了减轻挖掘土方的繁重劳动和便于实际操作，本研究拟采用在土层中打竖直孔道的方法，把源和探测器放入孔道后进行测量。鉴于实验室条件限制，本工作拟通过蒙特卡罗模拟计算程序（ＭＣＮＰ一４Ｃ）模拟这一实验过程，实验结果进行对比分析，并初步模拟研究土层中含水量对检测油垢厚度的影响。
距离从Ｏ增加到１０ｃｍ。
图１模拟几何设计图
１——油垢；２——石油１３——输油圆管道；４——保温层＃５——放射源；６——准直器；７——探测面；８——铅屏蔽罩；９——土层Ｉ
１模拟条件
实验中自制矩形油垢样品并应用平行铁板模拟管道，在模拟计算中模拟管型管道并考虑保温层及管内原油的影响。
通过蒙特卡罗模拟计算程序研究土层对７散射法测量油垢的影响，并进一步探讨土层中含水量对检测油垢厚度的影响，模拟中采用半油测量的方式［４］，即在测量时关小输油管道的阀门以减小原油流量，使管内原油与上层油垢间有一定的空隙，这样既可以减小原油对油垢厚度（Ｄ）测量的影响，又可以保持原油输送的正常进行。
实际中原油是在很长的一根输油管道内运输，输油管道外面包裹着保温层，在研究时一并考虑在内，实验几何设计图示于图１。模拟计算中使用的参数列于表１，准直器出口到保温层的
表１模拟参数
参数管道外径管道长度源距原油成分［５］油垢成分［５］保温层成分［５］模拟土层成分［６］
Ｃ
ｌ
１０——空气｝Ｄ一油垢厚度
另外土层中的水分对７射线造成吸收和散射，这会减少丫射线的探测效率。本工作从干燥的土壤样品（即从零含水量的样品）开始，依次增加５％的含水量，计算不同含水量对７射线检测油垢厚度的影响。取最大含水量为３０％，这是考虑到土壤的饱和含水量通常小于３０％。
在ＭＣＮＰ输入程序中，需要用材料卡对其中物质的成分和各成分的相对含量进行描述。相对含量是各元素质量与样品总质量（或原子数）之比。当土层中的含水量改变时，样品中除Ｈ、Ｏ元素外；其余各元素的相对含量赋值不变因此只改变Ｈ、Ｏ元素的相对含量赋值［７］。
量值
１１．Ｏ
４０．ｏ
，
参数管壁厚度保温层厚度油垢厚度
Ｏ．５
量值ｃｍ（铁质）
１．Ｏ
ｃｍ
ｃｍ（源在中点处）
１２
ｃｍ
ｃｍ
ｌ
Ｏ～１５ｍｍ
Ｏ．８５Ｏ．９１ｏ．９２１．２０
Ｈ：Ｓ：Ｎ
１
０＝８５：１２｛ｏ．５１：１．５（质量比）原油密度油垢密度保温层密度土层密度
ｇ／ｍ３
ｇ／ｃｍ３ｇ／ｃｍ３ｇ／ｃｍ３
Ｃ：Ｈ＝２５：５２（原子数比）
Ｃ：Ｈ一１
ｚ
２（原子数比）
ｚ
Ｓｉ：Ａｌ：Ｆｅ：０—３３１０
Ｉ
７
ｌ
５０（质量比）
２模拟计算结果与分析
模拟计算得到的典型散射能谱图示于图２（探测面至保温层距离为７．５ｃｍ，油垢厚度
６．Ｏ
ｍｍ，相对含水１５％）。模拟时探测器接收
到的散射计数是近１８０。散射，而且通过验证得知每组模拟数据中大于１
ＭｅＶ的散射计数不随
１７４
同位素
第２２卷
油垢厚度增加而增加，故经散射至探测器的光子总计数为ｏ～１．４ＭｅＶ能量道内的计数和。
模拟计算无土层及有干燥土层时散射计数与油垢厚度的关系，结果示于图３，图３中Ｏ～
１０
度测量的精度，Ｎ为散射光子数。表２结果表明：随着土层中含水量的增加，油垢的单位厚度灵敏度变化不大，但是散射光子数也随着含水量的增加呈增加趋势；并且零含水量时候要比含水时候灵敏度高一些。
ｃｍ表示的是探测面至保温层之间的距离。
由图３可知，无土情况下散射计数随着探测距离的增加呈减小趋势，而有土情况下散射计数随探测距离的增加而增加。
计算所得散射光子计数扣掉管道后的净计数采用最小二乘法运用线性关系ｙ—Ａ＋Ｂ×Ｄ进行拟合。其中，ｙ为散射光子数，Ｂ为增加单位厚度（ｍｍ）油垢时散射光子增加量（简称灵敏度），Ｄ为油垢厚度，Ａ为油垢厚度为零时的光子计数。模拟运算线性拟合后的结果列于表２。表２中，Ｘ为探测面至保温层距离，Ｒ２为线性相关系数，ｓ为计数额标准偏差，ｓ／Ｂ为油垢厚
图２典型散射能谱图
籁１６０ｋ
呆１２０蜜衽
８０Ｓ
１
ｇ
∞
４００
．：
２
．工｜
０．０
Ｌ～．
Ｏ．２
０．４
Ｏ．６
Ｏ．８
Ｉ．０
１．２
１．４
能量／ＭｅＶ
籁卜罘按
ｎ
耋苍ｏ
籁ｋ兴接衽
干
２
图３无土层及有干燥土层时散射计数与油垢厚度的关系
ａ——无土层；ｂ——干燥土层
＊——０ｃｎｌ；●——２．５ｃｍ；●——５ｃｍ；一——７．５ｃｍ；×——１０
表２模拟线性拟合结果
ｃｍ
第３期
续表２
Ｘ／ｃｍ
５．Ｏ
杨坤杰等：土层对７散射法测量油垢厚度影响的初步研究
１７５
相对含水量／％
Ｏ
Ｂ７９．１３７４．００
Ａ
４６．２７４．６９６．９４４．７１９．７２８．Ｏ
Ｒ２Ｏ．９８５０．９９１０．９９４Ｏ．９８３Ｏ．９９０Ｏ．９９３Ｏ．９８６Ｏ．９９８Ｏ．９８５Ｏ．９９５Ｏ．９９９Ｏ．９９８０．９９７Ｏ．９９２Ｏ．９８８Ｏ．９８５Ｏ．９４８Ｏ．９１０Ｏ．９１８Ｏ．９５６Ｏ．９９１
５
５／Ｂ
Ｏ．６６００．４９８０．４０６Ｏ．７１２Ｏ．５４２０．４５３０．６４４Ｏ．２２２Ｏ．６５５Ｏ．３７１０．１７０Ｏ．２００Ｏ．２７９Ｏ．４７１Ｏ．５８６Ｏ．６６２１．２７５１．７１６１．６３７
Ｎ０（管道）
３７３８３８３９３９４０４０３８３９
４２３２１２８５７５６８９７３６３５９８４９７３９１１
Ｎ１（扣管道）
２５９Ｚ８１２８５２１３１９２１３９１７９１９４２７３１５０１８２１３１１４３８１６２１０６８５６４４３４７
５２．２１０３６．８２９２７．３０８４８．０４３３５．１９４２８．００７３８．６８３７．５４５２０．３９９１２．３９４５．１２２５．９９７
１０
６７．３０６７．４３
２０２５３０
７．５
０５１０１５
６４．９０６１．８６６０．１０３４．０６３１．１６３３．４０３０．１６３０．０３２８．１６２５．９０１８．６０１４．８３１３．４３１１．７０１１．５０１１．１６９．１７
１９．１９９．８
１８３．７
５４．Ｏ９２．１３９．７６２．９１５．７１３．４６７．１
４０９４５４１６６７４２４２４３
１８１９５１５６６
２０２５３０
１０．Ｏ
Ｏ５ｌＯ１５２０２５３０
７．８４７
１２．１９２１０．８９９９．８ｌＯ１７．１２６２０．０７６１８．８２８１３．０９８４．７７１
３９８９４４０９３６４１９７９４２６６１４３２７２４４４４
０４５６１９
５８．３４９．１２３．５２５．９２６．３
１．１７４
Ｏ．５２１
５０
３
实验部分
实验装置示意图示于图４。制作了８块厚
ｃｍ×６．５
果列于表３。用康普顿散射部分谱获得散射光子数，扣掉铁板后的净计数采用最小二乘法运用线性关系ｙ—Ａ＋Ｂ×Ｄ进行拟合。
由表３可见，随着土层厚度的增加，油垢厚度的探测灵敏度呈减小趋势。而实验受实际条件的限制，如源距为１４．５ｃｍ、用铁板模拟管道等。对比表３及表２中模拟数据线性拟合结果，可以发现模拟与实验中油垢厚度的探测灵敏度变化趋势一致。
ｃｍ的油垢样
度约为３ｍｍ、长宽为２０
品，用两块相距１１ｃｍ、厚度为１．９ｍｍ的铁板模拟管道，在铁板内侧对称加油垢样品。实验在有土环境下进行，为尽量避免两侧的油垢样品厚度差别造成的影响，两侧的油垢样品进行交换测量，共测量两次，两次测量所得的计数取平均，比较与平均厚度之间的关系。
康普顿散射光子数与油垢厚度线性拟合结
表３康普顿散射光子数与油垢厚度实验得到的线性拟合结果
准直器出口到铁板距离／ｃｍ
１．５５．Ｏ７．５１０．Ｏ１５．Ｏ
Ａ—８２４．９
１
１１４．Ｏ
Ｂ９７１．４８８５．１７０６．３５８６．６２６６．３
Ｒ２Ｏ．９９５０．９９９Ｏ．９８９０．９５７Ｏ．９９４ｏ．９８７
ｓ
ｓ／Ｂ
Ｏ．４Ｏ．４Ｏ．６１．４０．４Ｏ．６
’
３６９．６７１４９．９５３９９．３９６８２．９６】０８．６５
—２９５．７
２５１７．Ｏ５６７６．Ｏ
均值
１７６
同位素
第２２卷
图４实验装置示意图
１——源准直器；２——７源（６０Ｃｏ）；
３——木箱；４——铅屏蔽罩；５——ＮａＩ（Ｔ１）闪烁体探测器Ｉ
６——微机多道分析仪；７——铁板；８——油垢；
９——土（木箱中除标注位置）
４小结
有土层条件下，在实验室用平行铁板模拟管道探讨散射光子数与矩形油垢样品厚度之间的关系，得到线性相关系数Ｒ２平均值ｏ．９８７，平均测量精度为ｏ．６ｍｍ，线性良好，精度较高，符合实验的要求，表明该方法可行。
采用半油测量的方式，通过蒙特卡罗模拟计算程序ＭＣＮＰ研究土层对７散射法测量油垢厚度的影响，并初步模拟探讨土层中含水量对检测油垢厚度的影响，模拟结果与实验有着相同的规律。这进一步表明使用７射线散射法测量厚度是一可行的测量途径。土层中含水量对检测油垢厚度的影响存在一定的规律，能够进一步完善表面型７射线管道测垢仪研制工作。
另外研究采用的是６０Ｃｏ放射源，研究中发现
存在探测深度不够的问题，可以考虑用１３７Ｃｓ放射源，强度大一些，适当缩小准直器与探测器之间距离条件下，可以使探测深度更大一些。致谢：感谢张国光老师在ＭＣＮＰ计算程序方面所给予的指导和帮助。参考文献：
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研究管道油垢厚度的响应［Ｊ］．核技术，２００３，２６
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２００２，３６（６）：５３５—５３８．
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垢厚度响应关系的蒙特卡罗计算［Ｊ］．原子能科学
技术，２００６，４０（增刊）：８９—９２．
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准计量与质量，１９９６，（２）：１４—１９．
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ＨＰＧｅ７谱仪探测效率的影响［Ｊ］．核电子学与探测
技术，２００５，２５（３）：３１８—３２１．
土层对γ散射法测量油垢厚度影响的初步研究
作者：
杨坤杰， 艾尔肯·阿不列木， 周满， 赵经武， 时飞跃， 阿布都莫明， 赵农校， YANG Kun-jie ， AIERKEN·Abuliemu， ZHOU Man， ZHAO Jing-wu， SHI Fei-yue，Abudoumoming ， ZHAO Nong-xiao
杨坤杰,艾尔肯·阿不列木,周满,阿布都莫明,赵农校,YANG Kun-jie,AIERKEN·Abuliemu,ZHOU Man,Abudoumoming,ZHAO Nong-xiao(新疆大学,物理科学与技术学院,新疆,乌鲁木齐,830046)， 赵经武,时飞跃,ZHAO Jing-wu,SHI Fei-yue(南京大学,物理系,江苏,南京,210093)同位素
JOURNAL OF ISOTOPES2009,22(3)
作者单位：
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(7条)
1. 陈忠;徐家云;周钢 土壤样品中的含水量对HPGeγ谱仪探测效率的影响[期刊论文]-核电子学与探测技术2005(03)
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4. 丁杰;艾尔肯·阿布列木;刘圣康 管内石油对油垢厚度测量的影响[期刊论文]-原子能科学技术 2007(06)5. 艾尔肯·阿布列木;买买提热夏提·买买提;甫尔开提·夏尔丁 60Co放射源检测油垢厚度的初步实验研究[期刊论文]-新疆大学学报(自然科学版) 2007(03)
6. 王世亨;刘圣康 137Cs γ射线透射法检测输油管道油垢的初步实验研究[期刊论文]-原子能科学技术 2002(06)7. 刘圣康;张治平;郭大永 用γ射线透射幅度谱研究管道油垢厚度的响应[期刊论文]-核技术 2003(08)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_tws200903010.aspx
第２２卷第３期
同位素
Ｖ０１．２２Ｎｏ．３
土层对丫散射法测量油垢厚度影响的初步研究
杨坤杰１，艾尔肯・阿不列木１，周
满１，赵经武２，时飞跃２，阿布都莫明１，赵农校
（１．新疆大学物理科学与技术学院，新疆乌鲁木齐８３００４６，
２．南京大学物理系，江苏南京２１００９３）
摘要：利用由６０Ｃｏ源、ＮａＩ（Ｔ１）探测器和微机多道谱仪等组成的实验装置，测量了油垢厚度的散射光子计数。同时应用蒙特卡罗模拟针对不同的土层厚度及土层中含水量检测油垢厚度的散射光子数。结果显示，随着土层厚度的增加，油垢厚度的探测灵敏度呈减小趋势，通过初步模拟发现，土层中含水量对检测油垢厚度的影响有一定的规律。
关键词：散射光子；油垢厚度；蒙特卡罗方法
中图分类号：ＴＬ８１６；０５７１．３３
文献标志码：Ａ
文章编号：１０００～７５１２（２００９）０３—０１７２—０５
ＰｒｅＩｉｍｉｎａｒｙＳｔｕｄｉｅｓ
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ＧｒｅａｓｅＳｔａｉｎＴｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎＰｉｐｅｌｉｎｅｂｙ丫ＲａｙＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＭｅｔｈｏｄ
ＹＡＮＧＫｕｎ—ｊｉｅｌ，ＡＩＥＲＫＥＮ・Ａｂｕｌｉｅｍｕｌ，ＺＨｏＵＭａｎｌ，
ＺＨＡｏＪｉｎｇ—ｗｕ２，ＳＨＩＦｅｉ—ｙｕｅ２，Ａｂｕｄｏｕｍｏｍｉｎ９１，ＺＨＡｏＮｏｎｇ—ｘｉａ０１
（１．Ｓｃ＾ｏｏＺ
ｏ厂Ｐ＾ｙｓｉｃｓＸｉ挖歹缸卵ｇＵｈｉｗ珊ｉ砂，Ｌ，ｒ“行叼８３００４６，Ｃ『ｌｉ行口；
２．Ｐ＾ｙｓｉｃ５ＤＰ户口疗ｍ８行ｆ
Ｎ口力ｉ挖ｇ孤ｉ御”ｉ砂，Ｎ口力ｉ行ｇ２１００９３，＠ｉ加）
ＡｂｓｔＩ．ａｃｔ：Ａ．ｓｅｔ
ｏｆｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ７ｒａｙｐｈｏｔｏｎｃｏｕｎｔｓｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｅａｓｅｓｔａｉｎ
ａｎ
ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｉｖｅ
ｓｏｕｒｃｅ，ａ
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ＮａＩ（Ｔ１）ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｏｒａｎｄｍｉｃｒｏ—ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌｓｐｅｃ—
ｔｒｏｍｅｔｅｒ，ｅｔｃ．
Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｂｙｕｓｉｎｇＭｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏｐｒｏｇｒａｍｗｉｔｈｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｇｅｏｍｅｔｒｙ，ｓｃａｔ—
ｔｅｒｉｎｇ７ｒａｙｐｈｏｔｏｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｅａｓｅｓｔａｉｎｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋ—
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ｏｆｓｏｉｌｌａｙｅｒａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｓｏｉｌ１ａｙｅｒ．
Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅ
ｌａｙｅｒｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ，
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ｃｏｎｔｅｎｔ
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收稿日期基金项目作者简介通信作者
２００９一０３—２３；修回日期：２００９—０６—１５国家自然科学基金项目（１０５６５００３）
杨坤杰（１９８３一），男，山东诸城人，硕士研究生，核技术及应用专业
艾尔肯・阿不列木，男（维吾尔族），新疆乌鲁木齐人，教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ａｉｅｒｋｅｎ５６＠ｙａｈ∞．ｃｏｍ．ｃｎ
第３期杨坤杰等：土层对７散射法测量油垢厚度影响的初步研究
１７３
油田输送原油的管道内壁容易结垢从而影响输油能力，严重时甚至会阻塞管道，为了及时清除油垢，对管道内油垢厚度的监控十分必要。常见的物理手段有超声、微波、射线等，这几种方法各有利弊［１＿３］。由于管道多埋在地下，管道上方有土层覆盖，所以用７散射法测量更有优势。为了减轻挖掘土方的繁重劳动和便于实际操作，本研究拟采用在土层中打竖直孔道的方法，把源和探测器放入孔道后进行测量。鉴于实验室条件限制，本工作拟通过蒙特卡罗模拟计算程序（ＭＣＮＰ一４Ｃ）模拟这一实验过程，实验结果进行对比分析，并初步模拟研究土层中含水量对检测油垢厚度的影响。
距离从Ｏ增加到１０ｃｍ。
图１模拟几何设计图
１——油垢；２——石油１３——输油圆管道；４——保温层＃５——放射源；６——准直器；７——探测面；８——铅屏蔽罩；９——土层Ｉ
１模拟条件
实验中自制矩形油垢样品并应用平行铁板模拟管道，在模拟计算中模拟管型管道并考虑保温层及管内原油的影响。
通过蒙特卡罗模拟计算程序研究土层对７散射法测量油垢的影响，并进一步探讨土层中含水量对检测油垢厚度的影响，模拟中采用半油测量的方式［４］，即在测量时关小输油管道的阀门以减小原油流量，使管内原油与上层油垢间有一定的空隙，这样既可以减小原油对油垢厚度（Ｄ）测量的影响，又可以保持原油输送的正常进行。
实际中原油是在很长的一根输油管道内运输，输油管道外面包裹着保温层，在研究时一并考虑在内，实验几何设计图示于图１。模拟计算中使用的参数列于表１，准直器出口到保温层的
表１模拟参数
参数管道外径管道长度源距原油成分［５］油垢成分［５］保温层成分［５］模拟土层成分［６］
Ｃ
ｌ
１０——空气｝Ｄ一油垢厚度
另外土层中的水分对７射线造成吸收和散射，这会减少丫射线的探测效率。本工作从干燥的土壤样品（即从零含水量的样品）开始，依次增加５％的含水量，计算不同含水量对７射线检测油垢厚度的影响。取最大含水量为３０％，这是考虑到土壤的饱和含水量通常小于３０％。
在ＭＣＮＰ输入程序中，需要用材料卡对其中物质的成分和各成分的相对含量进行描述。相对含量是各元素质量与样品总质量（或原子数）之比。当土层中的含水量改变时，样品中除Ｈ、Ｏ元素外；其余各元素的相对含量赋值不变因此只改变Ｈ、Ｏ元素的相对含量赋值［７］。
量值
１１．Ｏ
４０．ｏ
，
参数管壁厚度保温层厚度油垢厚度
Ｏ．５
量值ｃｍ（铁质）
１．Ｏ
ｃｍ
ｃｍ（源在中点处）
１２
ｃｍ
ｃｍ
ｌ
Ｏ～１５ｍｍ
Ｏ．８５Ｏ．９１ｏ．９２１．２０
Ｈ：Ｓ：Ｎ
１
０＝８５：１２｛ｏ．５１：１．５（质量比）原油密度油垢密度保温层密度土层密度
ｇ／ｍ３
ｇ／ｃｍ３ｇ／ｃｍ３ｇ／ｃｍ３
Ｃ：Ｈ＝２５：５２（原子数比）
Ｃ：Ｈ一１
ｚ
２（原子数比）
ｚ
Ｓｉ：Ａｌ：Ｆｅ：０—３３１０
Ｉ
７
ｌ
５０（质量比）
２模拟计算结果与分析
模拟计算得到的典型散射能谱图示于图２（探测面至保温层距离为７．５ｃｍ，油垢厚度
６．Ｏ
ｍｍ，相对含水１５％）。模拟时探测器接收
到的散射计数是近１８０。散射，而且通过验证得知每组模拟数据中大于１
ＭｅＶ的散射计数不随
１７４
同位素
第２２卷
油垢厚度增加而增加，故经散射至探测器的光子总计数为ｏ～１．４ＭｅＶ能量道内的计数和。
模拟计算无土层及有干燥土层时散射计数与油垢厚度的关系，结果示于图３，图３中Ｏ～
１０
度测量的精度，Ｎ为散射光子数。表２结果表明：随着土层中含水量的增加，油垢的单位厚度灵敏度变化不大，但是散射光子数也随着含水量的增加呈增加趋势；并且零含水量时候要比含水时候灵敏度高一些。
ｃｍ表示的是探测面至保温层之间的距离。
由图３可知，无土情况下散射计数随着探测距离的增加呈减小趋势，而有土情况下散射计数随探测距离的增加而增加。
计算所得散射光子计数扣掉管道后的净计数采用最小二乘法运用线性关系ｙ—Ａ＋Ｂ×Ｄ进行拟合。其中，ｙ为散射光子数，Ｂ为增加单位厚度（ｍｍ）油垢时散射光子增加量（简称灵敏度），Ｄ为油垢厚度，Ａ为油垢厚度为零时的光子计数。模拟运算线性拟合后的结果列于表２。表２中，Ｘ为探测面至保温层距离，Ｒ２为线性相关系数，ｓ为计数额标准偏差，ｓ／Ｂ为油垢厚
图２典型散射能谱图
籁１６０ｋ
呆１２０蜜衽
８０Ｓ
１
ｇ
∞
４００
．：
２
．工｜
０．０
Ｌ～．
Ｏ．２
０．４
Ｏ．６
Ｏ．８
Ｉ．０
１．２
１．４
能量／ＭｅＶ
籁卜罘按
ｎ
耋苍ｏ
籁ｋ兴接衽
干
２
图３无土层及有干燥土层时散射计数与油垢厚度的关系
ａ——无土层；ｂ——干燥土层
＊——０ｃｎｌ；●——２．５ｃｍ；●——５ｃｍ；一——７．５ｃｍ；×——１０
表２模拟线性拟合结果
ｃｍ
第３期
续表２
Ｘ／ｃｍ
５．Ｏ
杨坤杰等：土层对７散射法测量油垢厚度影响的初步研究
１７５
相对含水量／％
Ｏ
Ｂ７９．１３７４．００
Ａ
４６．２７４．６９６．９４４．７１９．７２８．Ｏ
Ｒ２Ｏ．９８５０．９９１０．９９４Ｏ．９８３Ｏ．９９０Ｏ．９９３Ｏ．９８６Ｏ．９９８Ｏ．９８５Ｏ．９９５Ｏ．９９９Ｏ．９９８０．９９７Ｏ．９９２Ｏ．９８８Ｏ．９８５Ｏ．９４８Ｏ．９１０Ｏ．９１８Ｏ．９５６Ｏ．９９１
５
５／Ｂ
Ｏ．６６００．４９８０．４０６Ｏ．７１２Ｏ．５４２０．４５３０．６４４Ｏ．２２２Ｏ．６５５Ｏ．３７１０．１７０Ｏ．２００Ｏ．２７９Ｏ．４７１Ｏ．５８６Ｏ．６６２１．２７５１．７１６１．６３７
Ｎ０（管道）
３７３８３８３９３９４０４０３８３９
４２３２１２８５７５６８９７３６３５９８４９７３９１１
Ｎ１（扣管道）
２５９Ｚ８１２８５２１３１９２１３９１７９１９４２７３１５０１８２１３１１４３８１６２１０６８５６４４３４７
５２．２１０３６．８２９２７．３０８４８．０４３３５．１９４２８．００７３８．６８３７．５４５２０．３９９１２．３９４５．１２２５．９９７
１０
６７．３０６７．４３
２０２５３０
７．５
０５１０１５
６４．９０６１．８６６０．１０３４．０６３１．１６３３．４０３０．１６３０．０３２８．１６２５．９０１８．６０１４．８３１３．４３１１．７０１１．５０１１．１６９．１７
１９．１９９．８
１８３．７
５４．Ｏ９２．１３９．７６２．９１５．７１３．４６７．１
４０９４５４１６６７４２４２４３
１８１９５１５６６
２０２５３０
１０．Ｏ
Ｏ５ｌＯ１５２０２５３０
７．８４７
１２．１９２１０．８９９９．８ｌＯ１７．１２６２０．０７６１８．８２８１３．０９８４．７７１
３９８９４４０９３６４１９７９４２６６１４３２７２４４４４
０４５６１９
５８．３４９．１２３．５２５．９２６．３
１．１７４
Ｏ．５２１
５０
３
实验部分
实验装置示意图示于图４。制作了８块厚
ｃｍ×６．５
果列于表３。用康普顿散射部分谱获得散射光子数，扣掉铁板后的净计数采用最小二乘法运用线性关系ｙ—Ａ＋Ｂ×Ｄ进行拟合。
由表３可见，随着土层厚度的增加，油垢厚度的探测灵敏度呈减小趋势。而实验受实际条件的限制，如源距为１４．５ｃｍ、用铁板模拟管道等。对比表３及表２中模拟数据线性拟合结果，可以发现模拟与实验中油垢厚度的探测灵敏度变化趋势一致。
ｃｍ的油垢样
度约为３ｍｍ、长宽为２０
品，用两块相距１１ｃｍ、厚度为１．９ｍｍ的铁板模拟管道，在铁板内侧对称加油垢样品。实验在有土环境下进行，为尽量避免两侧的油垢样品厚度差别造成的影响，两侧的油垢样品进行交换测量，共测量两次，两次测量所得的计数取平均，比较与平均厚度之间的关系。
康普顿散射光子数与油垢厚度线性拟合结
表３康普顿散射光子数与油垢厚度实验得到的线性拟合结果
准直器出口到铁板距离／ｃｍ
１．５５．Ｏ７．５１０．Ｏ１５．Ｏ
Ａ—８２４．９
１
１１４．Ｏ
Ｂ９７１．４８８５．１７０６．３５８６．６２６６．３
Ｒ２Ｏ．９９５０．９９９Ｏ．９８９０．９５７Ｏ．９９４ｏ．９８７
ｓ
ｓ／Ｂ
Ｏ．４Ｏ．４Ｏ．６１．４０．４Ｏ．６
’
３６９．６７１４９．９５３９９．３９６８２．９６】０８．６５
—２９５．７
２５１７．Ｏ５６７６．Ｏ
均值
１７６
同位素
第２２卷
图４实验装置示意图
１——源准直器；２——７源（６０Ｃｏ）；
３——木箱；４——铅屏蔽罩；５——ＮａＩ（Ｔ１）闪烁体探测器Ｉ
６——微机多道分析仪；７——铁板；８——油垢；
９——土（木箱中除标注位置）
４小结
有土层条件下，在实验室用平行铁板模拟管道探讨散射光子数与矩形油垢样品厚度之间的关系，得到线性相关系数Ｒ２平均值ｏ．９８７，平均测量精度为ｏ．６ｍｍ，线性良好，精度较高，符合实验的要求，表明该方法可行。
采用半油测量的方式，通过蒙特卡罗模拟计算程序ＭＣＮＰ研究土层对７散射法测量油垢厚度的影响，并初步模拟探讨土层中含水量对检测油垢厚度的影响，模拟结果与实验有着相同的规律。这进一步表明使用７射线散射法测量厚度是一可行的测量途径。土层中含水量对检测油垢厚度的影响存在一定的规律，能够进一步完善表面型７射线管道测垢仪研制工作。
另外研究采用的是６０Ｃｏ放射源，研究中发现
存在探测深度不够的问题，可以考虑用１３７Ｃｓ放射源，强度大一些，适当缩小准直器与探测器之间距离条件下，可以使探测深度更大一些。致谢：感谢张国光老师在ＭＣＮＰ计算程序方面所给予的指导和帮助。参考文献：
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土层对γ散射法测量油垢厚度影响的初步研究
作者：
杨坤杰， 艾尔肯·阿不列木， 周满， 赵经武， 时飞跃， 阿布都莫明， 赵农校， YANG Kun-jie ， AIERKEN·Abuliemu， ZHOU Man， ZHAO Jing-wu， SHI Fei-yue，Abudoumoming ， ZHAO Nong-xiao
杨坤杰,艾尔肯·阿不列木,周满,阿布都莫明,赵农校,YANG Kun-jie,AIERKEN·Abuliemu,ZHOU Man,Abudoumoming,ZHAO Nong-xiao(新疆大学,物理科学与技术学院,新疆,乌鲁木齐,830046)， 赵经武,时飞跃,ZHAO Jing-wu,SHI Fei-yue(南京大学,物理系,江苏,南京,210093)同位素
JOURNAL OF ISOTOPES2009,22(3)
作者单位：
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(7条)
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