核密度測定

圧縮された基盤の圧縮率を測定するために、核密度計が使用されます。^{[ 2 ] [ 3 ]}フィールドテストを実行する前に、技術者はゲージの校正を行い、機械の「標準カウント」を記録します。標準カウントは、損失や漏洩のない、機械内部の 2 つの核源から放出される放射線の量です。これにより、機械は放出された放射線の量と受信された放射線の量を比較できます。直径 3/4 インチの棒を使用して、圧縮された基盤に穴を開けます。棒を基盤に打ち込んで穴を作り、そこに密度計のプローブを挿入します。密度計を穴の上に置き、プローブ上部のハンドルのロックを解除してプローブを穴に挿入します。一方の線源は、土壌中の原子と相互作用する放射線を生成し、それを標準カウントと比較して密度を計算します。もう一方の線源は、水素原子と相互作用して土壌中の水分の割合を計算します。

直接透過モードでは、線源はゲージの底部からあらかじめ開けられた穴まで伸びており、線源を所望の深さに配置します。この試験手順は、既知量の放射性物質を特定の深さに埋め、地表でガイガーカウンターを使用して、土壌の密度がガンマ線の土壌透過をどの程度効果的に遮断するかを測定するのと同様です。土壌の密度が増加すると、試験対象の土壌中の電子との衝突による散乱のため、土壌を透過できる放射線の量は減少します。

土壌の水分量はその現場密度に大きく影響するため、この水分計にはアメリシウム／ベリリウム高エネルギー中性子源と熱中性子検出器からなる中性子水分計も搭載されています。高エネルギー中性子は水素原子と衝突すると減速し、検出器はその減速された中性子を計測します。この計測値は土壌の水分量に比例します。なぜなら、土壌中の水素（H₂O _）は、ほとんどの土壌に含まれる水素のほぼ全てを占めているからです。水分計は水分量を計算し、それを土壌の現場（湿潤）密度から差し引いて、土壌の乾燥密度を算出します。

核密度計は、パイプ内の液体の密度を測定するためにも使用できます。線源をパイプの片側に、検出器をもう片側に取り付けると、検出器で観測される放射線の量は、パイプ内の液体によって提供される遮蔽に依存します。Tracercoは1950 年代に放射線を使用して密度を測定する方法を開拓し、Beer-Lambert の法則が光学だけでなく放射線にも適用されることを明らかにしました。ゲージは通常、既知の密度のガスと液体を使用して校正され、方程式の未知数を求めます。一度校正され、線源と検出器のアライメントが一定である限り、パイプ内の液体の密度を計算することができます。1 つの要因は放射性線源の半減期( ¹³⁷ Cs の場合は 30 年) であり、これはシステムを定期的に再校正する必要があることを意味します。最新のシステムには、線源の崩壊に対する補正が組み込まれています。^{[ 4 ]}

^{別の方法としては、 241}アメリシウム/ベリリウムのような強力な中性子源を用いて中性子放射線を発生させ、そこから戻ってくる中性子散乱のエネルギーを測定する方法がある。水素は中性子を減速させる性質があるため、センサーは水素の密度を計算し、地下水の存在、数メートルまでの湿度、水分含有量、アスファルト含有量などを検出できる。

中性子源は、同様の方法で分離器（石油生産装置）の性能評価にも利用できます。ガス、油、水、砂はそれぞれ水素原子の濃度が異なり、それが低速中性子の放出量の違いにつながります。この性質を利用して、 ²⁴¹ AmBe中性子源と低速中性子検出器を内蔵したヘッドを分離器内で上下に移動させることで、分離器内の界面レベルを測定することができます。