利用γ射线对输油管道油垢检测的模拟实验

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【摘 要】 本文通过石蜡材料替代输油空管道中的油垢，利用γ射线透射法，模拟γ射线透射输油管道油垢进行检测，并通过实验测量给出了石蜡材料在1～5cm厚度范围内的γ射线衰减数据，通过分析得出结论厚度响应是非常灵敏的，说明这种模拟方法是具有可行性。

【关键词】 油垢 石蜡 γ射线 模拟

1 引言

油田内部及对外输送原油过程中，会在输油管道内壁上形成一定厚度的油垢，日积月累，油垢会愈积愈厚，这将严重影响到油田的输油能力，因而寻找一种能在管道外部检测油垢厚度的方法是非常必要的。γ射线具有很强的穿透力，并且穿过某种物质后会有一定的衰减，利用此衰减规律就可检测出油垢的厚度。而在输油过程中，原油中的含蜡量普遍较高，所以本文采用石蜡材料模拟输油管道中的油垢进行实验，并探讨了此种方法的可行性。

2 γ射线射线透射法原理

当一束强度为I0的γ射线透过厚度为d，密度为ρ，质量衰减系数为（μ/ρ）的被测物质之后，γ射线强度会衰减为I，它随被测物质的厚度变化关系为：

I=I0bexp[-（μ/ρ）dρ]

其中，b为积累因子，是由被测物质的成分、密度、厚度和大小等因素决定的，同时它也与装置的设计有关。对于选定的被测物质，只要选择的装置设计合理，b就可当做常数对待。因此存在：

Ln（I0/I）=ad-Lnb

其中，a=（μ/ρ）ρ=μ。对于密度不变的被测物质来说，它为常数。

3 实验过程

本实验装置包括放射源、石蜡样品、铅室、NaI晶体、光电倍增管等，装置图如（图1）所示。其中，放射源采用Cs-137，半衰期为30年，γ射线能量为0.662Mev，外径3.07cm，有效活性区0.5-0.7cm之间；自制铅准直器A和B内径2.1cm，厚1cm，高5cm。石蜡样品大小8cm×7cm×1cm。

本实验采用5块石蜡样品，用自制的阁式样品架放置石蜡样品，选择5块石蜡研究是为了方便研究γ射线在不同厚度下的衰减。同时回原现场，用厚度约为2mm的铁片模拟直径为160mm、厚度为2mm的输油小管道。（本实验模拟的是输油空管道）

当γ射线经过自制铅准直器A，不同厚度的石蜡样品，铅准直器B后，到达闪烁体上，先产生光电子、康普顿电子使闪烁体电离发光又在光阴极上打出光电子，后经光电倍增管倍增出大量电子，最终形成电压脉冲。将电压脉冲放大后落入S-35多道分析仪中进行测量，由于电压脉冲的幅值与γ光子在闪烁体内消耗的能量及产生的光强成正比，所以根据脉冲幅值就可以确定γ光子的能量，随后多道分析仪给出γ能谱，用计算机将结果存储起来。本模拟实验采用全能峰法确定γ射线强度，因散射及其他干扰辐射脉冲幅值较小，只取288-438道的全能峰内的积分计数为γ射线的强度。

4 测量结果及分析

表1给出了石蜡自放射源处从下往上累加的测量结果，表2给出了自探测器从上往下累加的结果。

从表1和表2的结果来看，这两种累加过程的实验测量结果差别不大，因而这两种累加测量在实际操作中都是可以的，此实验装置及设计是可用的。利用测量结果绘制Ln（I0/I）与d的关系曲线，及厚度响应曲线，发现曲线成线性关系，说明此结果是符合理论的，并且石蜡的厚度变化对γ计数的影响是非常敏感的。再对测量结果进行各种误差分析，结果总是

参考文献：

[1]王世亨，刘圣康.γ射线透射检测管道油垢方法的理论探讨.新疆大学学报，2000，17（4）.

[2]赵农校，艾尔肯.阿不列木.测量输油管道石蜡模拟油垢厚度的标定实验初探.核电子学与探测技术，2009，05.