快中子检测输油管道油垢厚度的实验研究

论文摘要

本论文是在查阅了大量的文献基础之上,利用聚乙烯模拟油垢,用241Am-Be中子源通过理论计算和实验研究了中子计数和油垢厚度之间的响应关系。发现快中子透射率倒数的对数与油垢厚度之间存在很好的线性关系,具有很高的灵敏度和探测精度。利用蒙特卡洛程序模拟计算了不同几何结构时中子透射法中源距对测量灵敏度的影响,以及不同情况下的中子计数。研究发现在不同的情况下源距对测量的灵敏度有影响,源距越小,灵敏度越大；源距对油垢厚度的测量精度也有影响,源距越小,精度越高,但影响不大,可满足实际的测量中mm级的测厚要求。由于保温层大多是有机材料,含有丰富的氢,通过实验研究发现,保温层对快中子透射法和散射法都存在着影响,但对散射法的影响比透射法要大；在散射法测量油垢厚度时,要标定油垢厚度为0时的中子计数,以确定相对散射计数,在散射法中对于较厚的保温层时,对相对散射计数应该用二次多项式标定,使油垢有效测量范围增加,更有利于较大厚度的油垢测量。同一截面法和同一轴线法中测量对土石方的开完量是不同的,通过实验和蒙特卡洛模拟计算发现,不管是中子计数、灵敏度还是测量精度,同一横截面法优于同一轴线法；实际测量时选择大角度散射优于小角度散射,同一横截面法时,应该采用大于90°作为探测角度,这样可以使土石方的挖掘量大幅减小。最后初步探讨了利用PGNAA法检测输油管道油垢厚度的可行性,并对进一步开展快中子检测输油管道油垢厚度的研究工作提出了相应的建议。本工作是对快中子测垢仪的原理性实验研究,为制造表面型快中子无损检测仪的研制提供了可行性方案和实验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 原油输运过程中的油垢问题
• 1.2 使用射线检测油垢的研究进展
• 1.2.1 γ射线检测管道油垢厚度的研究进展
• 1.2.2 中子检测管道油垢厚度的研究进展
• 1.3 本工作的主要内容和意义
• 第二章 中子与原子核的相互作用及中子探测
• 2.1 中子的基本特性
• 2.2 中子与核作用概述
• 2.3. 中子与物质的相互作用
• 2.3.1 中子与宏观物质的相互作用
• 2.3.2 宏观截面
• 2.3.3 平均自由程
• 2.3.4 中子的慢化
• 2.3.5 中子的扩散
• 2.4 中子探测
• 2.4.1 核反应法
• 2.4.2 核反冲法
• 2.4.3 核裂变法
• 2.4.4 活化法
• 第三章 快中子检测输油管道油垢厚度的实验研究
• 3.1 快中子检测输油管道油垢厚度的原理
• 3.1.1 透射原理
• 3.1.2 散射原理
• 3.2 快中子透射检测管道油垢厚度的理论与实验初探
• 3.2.1 参数计算
• 3.2.2 对管道油垢厚度响应计算
• 3.2.3 实验验证
• 3.2.4 讨论
• 3.3 源距对快中子透射检测油垢厚度的影响
• 3.3.1 实验测量
• 3.3.2 模拟计算
• 3.3.3 计算结果分析与讨论
• 3.3.4 结论
• 3.4 保温层对快中子检测油垢厚度响应的影响
• 3.4.1 实验
• 3.4.2 实验结果分析与讨论
• 3.4.3 结论
• 3.5 不同探测方式对快中子检测油垢的影响研究
• 3.5.1 实验
• 3.5.2 蒙特卡洛模拟
• 3.5.3 结果分析
• 3.5.4 结论
• 3.6 基于PGNAA法检测输油管道油垢厚度的初步实验研究
• 3.6.1 实验装置与测量参数的设置
• 3.6.2 实验方法
• 3.6.3 实验数据
• 3.6.4、分析与讨论
• 3.6.5、结论
• 第四章 总结和展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 在读期间发表的论文
• 致谢