水泥Cl元素濃度分布測量的模擬研究

黑大千++程璨

摘 要：對瞬發γ中子活化分析（PGNAA）技術在水泥檢測中的應用，本文提出一種結構裝置來對水泥中Cl元素濃度分布進行檢測并且通過MCNP程序對其慢化體厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數進行了模擬分析。計算結果顯示：通過該結構對水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結果顯示當慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時為宜。

關鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應用廣泛，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程序模擬計算，初步提出一種檢測裝置對水泥中Cl元素的分布進行測量，并進行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進行模擬計算，設計了一種檢測裝置，對其中的慢化體與屏蔽體等結構進行了優化設計并對最后的測量效果進行了分析討論。

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。中子經過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數目遠大于周圍，因此，與水泥作用產生的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 結果與討論

慢化體厚度，調整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計數。結果如圖2所示，熱中子數目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當慢化體厚度在5.5 cm附近時熱中子數目最大，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目并得到兩者的比值，結果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數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目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時比值已經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生的γ射線數目與水泥厚度關系，結果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當水泥厚度為20 cm左右時，特征γ射線數目最大，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量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數目關系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數目與Cl元素的含量有良好的線性關系。

對一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進行測量，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相對應，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結果表明，通過該測量裝置可以實現水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對于該方向僅進行了初步的研究，對于結構以及反應都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進一步的研究與工作還有待進行。

參考文獻

[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：對瞬發γ中子活化分析（PGNAA）技術在水泥檢測中的應用，本文提出一種結構裝置來對水泥中Cl元素濃度分布進行檢測并且通過MCNP程序對其慢化體厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數進行了模擬分析。計算結果顯示：通過該結構對水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結果顯示當慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時為宜。

關鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應用廣泛，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程序模擬計算，初步提出一種檢測裝置對水泥中Cl元素的分布進行測量，并進行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進行模擬計算，設計了一種檢測裝置，對其中的慢化體與屏蔽體等結構進行了優化設計并對最后的測量效果進行了分析討論。

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。中子經過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數目遠大于周圍，因此，與水泥作用產生的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 結果與討論

慢化體厚度，調整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計數。結果如圖2所示，熱中子數目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當慢化體厚度在5.5 cm附近時熱中子數目最大，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目并得到兩者的比值，結果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數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目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時比值已經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生的γ射線數目與水泥厚度關系，結果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當水泥厚度為20 cm左右時，特征γ射線數目最大，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量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數目關系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數目與Cl元素的含量有良好的線性關系。

對一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進行測量，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相對應，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結果表明，通過該測量裝置可以實現水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對于該方向僅進行了初步的研究，對于結構以及反應都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進一步的研究與工作還有待進行。

參考文獻

[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：對瞬發γ中子活化分析（PGNAA）技術在水泥檢測中的應用，本文提出一種結構裝置來對水泥中Cl元素濃度分布進行檢測并且通過MCNP程序對其慢化體厚度、屏蔽體厚度、掃描寬度等參數進行了模擬分析。計算結果顯示：通過該結構對水泥中Cl元素濃度分布檢測是可行的。模擬結果顯示當慢化體厚度為5.5 cm，屏蔽體厚度為70 cm，掃描寬度為5 cm時為宜。

關鍵詞：慢化體 屏蔽體 掃描寬度 濃度分布 MCNP

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（a）-0001-02

1 研究目的

氯鹽在水泥制作過程中的應用廣泛，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程序模擬計算，初步提出一種檢測裝置對水泥中Cl元素的分布進行測量，并進行了分析討論。

2 研究方法及模型

通過MCNP程序進行模擬計算，設計了一種檢測裝置，對其中的慢化體與屏蔽體等結構進行了優化設計并對最后的測量效果進行了分析討論。

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。中子經過慢化吸收之后，縫隙處的熱中子數目遠大于周圍，因此，與水泥作用產生的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 結果與討論

慢化體厚度，調整慢化體的厚度記錄通過慢化體后表面的熱中子計數。結果如圖2所示，熱中子數目隨慢化體厚度增加先上升后下降，當慢化體厚度在5.5 cm附近時熱中子數目最大，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目并得到兩者的比值，結果如圖3所示。由圖3可知兩者的熱中子數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目的比值隨屏蔽體厚度增加下降。當屏蔽體厚度增加到70 cm附近后時比值已經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生的γ射線數目與水泥厚度關系，結果如圖4。選取Si、S和Ca元素，當水泥厚度為20 cm左右時，特征γ射線數目最大，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量百分比的Cl元素，Cl元素濃度與特征γ射線數目關系如圖5所示，從圖5中可以看出γ射線的數目與Cl元素的含量有良好的線性關系。

對一塊尺寸為20×20×20 cm的水泥用該裝置進行測量，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相對應，較好地反映出Cl元素濃度的分布。

通過MCNP程序模擬分析，結果表明，通過該測量裝置可以實現水泥Cl元素濃度分布的測量。本文對于該方向僅進行了初步的研究，對于結構以及反應都做了簡化處理，但在該方向提出了一些思路與信息，進一步的研究與工作還有待進行。

參考文獻

[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）.