Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ДРЕВЕСИНЫ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЕЕ СУШКИ

Макартичян С В, Шилин А Н, Стрижиченко А В,

5.3. Радиометрические методы

В радиометрических (ядерно-физических) методах используются различные виды ядерных излучений (гамма-лучи, бета-частицы, быстрые нейтроны) и взаимодействий (поглощение и рассеяние гамма- и бета-излучений, упругое рассеяние быстрых нейтронов) [85].

В основе гамма-методов лежит ослабление интенсивности гамма-излучения твердой фазой и влагой исследуемого материала в результате рассеяния и поглощения атомами вещества.

Суммарный эффект ослабления гамма-излучения при прохождении через вещество описывается экспоненциальным законом:

(5.10)

где I0 – интенсивность излучения, падающего на вещество (интенсивность излучения в воздухе); I – интенсивность излучения, прошедшего через слой вещества толщиной δ; μл – линейный коэффициент ослабления.

Примем, что влажный материал состоит из двух однородных частей: воды с массовым коэффициентом ослабления и твердой фазы (сухого вещества), плотность которой равна ρс. Далее примем, что облучаемый образец материала имеет постоянную толщину δ, не зависящую от влажности [66]. Тогда

(5.11)

где Iс и Iх – интенсивность излучения, прошедшего через сухой и влажный материал соответственно.

Известно, что в древесине в процессе сушки и увлажнения происходят усадка и набухание, поэтому величину δ в уравнении (5.11) следует рассматривать как функцию влажности.

Важнейшим свойством рассматриваемого метода является влияние плотности твердой фазы ρс материала на результаты контроля влажности. Непостоянство величины ρс влечет за собой погрешность контроля влажности. Еще важнее то обстоятельство, что для оценки влажности материала необходимо предварительно определить величины ρс и Iс для сухого материала.

Применение для контроля влажности ослабления бета-излучений незначительно. Характеристики этого метода аналогичны характеристикам гамма-методов; для определения массовой влажности необходима дополнительная информация о плотности материала в сухом состоянии. Кроме того, вследствие меньшей проникающей способности бета-частиц их применяют для контроля плотности, толщины, веса и частично химического состава лишь тонких, глазным образом листовых, материалов.

Экспериментальное исследование радиометрического метода при помощи бета-излучения показало, что зависимость интенсивности потока излучения I, прошедшего через древесину толщиной δ, от влажности W и плотности ρ определяется выражением [66]

(5.12)

где μ – массовый коэффициент поглощения бета-излучения влажной древесиной (зависит от энергии излучения); I0 – интенсивность потока излучения, падающего на древесину.

Логарифмированием выражения (5.12) получается формула, по которой определяется влажность

(5.13)

При колебании плотности ρ и толщины δ древесины возникают погрешности:

(5.14)

(5.15)

Погрешность σδW в принципе можно устранить путем измерения толщины древесины или выравнивания толщины стружечного ковра. Погрешность σρW может быть значительной вследствие колебаний плотности σρ/ρ; погрешность σρW составляет около 8 % при контроле влажности сухой древесины, т.е. соизмерима с измеряемым сигналом. Это делает радиометрический способ практически непригодным для контроля влажности древесины. В то же время его применение перспективно с целью компенсации температурной погрешности или влияния колебаний плотности. Взаимодействие таких излучений с веществом происходит на внутриядерном уровне, где энергия взаимодействия превышает на 3–4 порядка энергию тепловых физических явлений. Поэтому влияние температуры, а также других параметров такого же энергетического уровня – электрических полей, давлений и др. не вызывают дополнительных погрешностей [119, 131].

Наиболее точные результаты при контроле влажности радиационными методами получаются при использовании нейтронного излучения, так как замедление быстрых нейтронов определяется в основном количеством водорода в контролируемом материале. В древесине водород составляет всего около 6,3 %, поэтому колебание плотности ее будет мало сказываться на точности контроля, так как замедление нейтронов будет происходить главным образом за счет водорода воды.

Однако применение этого метода возможно только для массивных слоев древесины и требует особых мер защиты.