1. 總密度（濕密度）檢測(cè)原理

　　一個(gè)密封的10毫居里銫-137伽瑪源向土壤等被測(cè)材料放射伽瑪射線，穿透被檢測(cè)材料的射線會(huì)被儀器中的密度檢測(cè)管檢測(cè)到。如果材料的密度較低，材料吸收的伽瑪射線較少，那么在一定時(shí)間內(nèi)較多的伽瑪射線就會(huì)穿過(guò)材料，檢測(cè)管的計(jì)數(shù)將較高：反之，如果材料的密度較高，高密度的材料吸收了更多的伽瑪射線，那么在同樣時(shí)間內(nèi)就會(huì)有較少的伽瑪射線穿過(guò)材料，檢測(cè)管的計(jì)數(shù)將較低。

　　伽瑪射線在被測(cè)材料中的穿透、反射和被吸收等行為只與被測(cè)材料中的組成成分的所有原子的原子核的質(zhì)量相關(guān)。核子儀測(cè)量的總密度實(shí)際是單位體積的土工材料總的原子量。只有當(dāng)被測(cè)材料的總的原子量發(fā)生變化時(shí)，核子儀的檢測(cè)結(jié)果才相應(yīng)地發(fā)生變化。

2.水分（濕度）檢測(cè)原理

　　一個(gè)密封的50毫居里镅241/鈹中子源向土壤等被測(cè)材料放射高能中子射線，高能中子與氫原子碰撞后，迅速失去能量而變成低能中子，而其它任何種類的原子都不能象氫原子那樣顯著減少高能中子的能量。被測(cè)材料中的濕度越高，水分含量就越高，氫原子就越多，當(dāng)中子射線穿過(guò)時(shí)，將產(chǎn)生更多的低能中子；同樣的原因，當(dāng)被測(cè)材料較干時(shí)，產(chǎn)生的低能中子數(shù)目就較少。儀器中的濕度檢測(cè)管只檢測(cè)低能中子。低能中子計(jì)數(shù)越高，表示被測(cè)材料的濕度越高；反之，低能中子計(jì)數(shù)越低，表示濕度越低。核子儀測(cè)量的是地表到地表以下10公分的材料的平均含水率。

　　核子儀在進(jìn)行密度和水分測(cè)量時(shí)，分別使用不同的放射源，不同的射線接受器，不同的數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)，所以密度和水分兩個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，其檢測(cè)數(shù)據(jù)也互不影響。

核子儀的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)和檢定（標(biāo)定）

　　標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)—放射源衰減、周圍環(huán)境變化和本底輻射都會(huì)影響儀器的檢測(cè)數(shù)據(jù)。每天或檢測(cè)環(huán)境發(fā)生變化后，將儀器放置標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊上進(jìn)行計(jì)數(shù)，獲得新的計(jì)數(shù)參比結(jié)果，可以清除以上因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)使用的工具是標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊。標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊為一小型的長(zhǎng)方體塑料塊，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)塊。其密度和含有的氫元素都是穩(wěn)定不變的。標(biāo)準(zhǔn)塊厚度為5.1厘米或7.6厘米，面積相當(dāng)于核子儀底座的面積。每臺(tái)儀器都有自己對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)塊。

　　核子密度儀的檢定—核子儀之所以能夠準(zhǔn)確檢測(cè)材料的密度和濕度是因?yàn)楹俗觾x在制造時(shí)經(jīng)過(guò)了檢定。檢定的具體方法是將儀器依次對(duì)一組密度高低不同的標(biāo)準(zhǔn)材料塊（檢定塊）進(jìn)行檢測(cè)，建立射線數(shù)量和標(biāo)準(zhǔn)密度值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在坐標(biāo)圖上，將不同的射線計(jì)數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)密度之間的對(duì)應(yīng)的點(diǎn)連接起來(lái)就會(huì)得到一條檢定曲線，即在儀器的射線計(jì)數(shù)率與材料測(cè)試結(jié)果（密度和濕度）之間建立了適當(dāng)?shù)膶?duì)應(yīng)關(guān)系。檢定數(shù)據(jù)可以以圖、表和等效系數(shù)等方式表示出來(lái)或貯存在儀器里面，以用于將計(jì)數(shù)率換算成材料的密度值。

　　每一臺(tái)核子儀在出廠時(shí)，都應(yīng)該已經(jīng)檢定過(guò)了。現(xiàn)存儀器經(jīng)過(guò)可能影響儀器結(jié)構(gòu)的維修后，必須進(jìn)行檢定。所以zui多每隔一年就應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)密度和濕度材料對(duì)儀器的檢定進(jìn)行驗(yàn)證或重新建立檢定關(guān)系。如果驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)核子儀的檢測(cè)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)材料的密度或濕度之間的差異已經(jīng)不符合檢測(cè)要求，需要重新建立新的檢定關(guān)系。

核子儀的安全性

　　由于核子儀采用了放射原理測(cè)量密度和濕度，很多人因?yàn)椴涣私夥派湓吹幕疃却笮『腿梭w允許接受的劑量多少和正確理解，只要一聽(tīng)說(shuō)是放射源，就產(chǎn)生恐懼感，不敢使用儀器。其實(shí)我們無(wú)論身處何地，環(huán)境中都有本底輻射，我們?cè)谌粘Ｉ钪?都不可能避免輻射。

　　手提式核子秘密/濕度土壤檢測(cè)儀的商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)超過(guò)35年之久，目前大約有數(shù)萬(wàn)臺(tái)核子儀在*范圍內(nèi)應(yīng)用于土木工程、地質(zhì)學(xué)、農(nóng)業(yè)和環(huán)境檢測(cè)中。

　　核子儀的擁有者和使用者要遵守政府主管部門制定的法律和規(guī)定。這可能包括需要獲得許可證以及操作員要學(xué)習(xí)如何正確使用儀器。核子儀操作人員可以使用個(gè)人劑量檢測(cè)裝置監(jiān)測(cè)受到的劑量，zui常用的是劑量膠片。沒(méi)有任何核子儀操作人員受到的放射線劑量超過(guò)輻射防護(hù)委員會(huì)的5雷姆/年的職業(yè)界限。實(shí)際上，操作員受到的只是這個(gè)界限的很小的一部分，少于我們從自然界獲得本底輻射的年平均值。從未有案例表明由于使用核子密度儀而受到長(zhǎng)期或短期輻射傷害。與我們經(jīng)常忽視的吸煙、飲酒等日常行為給我們帶來(lái)的危害相比，核子儀對(duì)身體的影響是微乎其微的。從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)密封放射源由于物理?yè)p壞或火災(zāi)等原因產(chǎn)生泄漏，即使每年都有一些核子儀在野外施工中被意外嚴(yán)重毀壞，從沒(méi)有發(fā)生過(guò)對(duì)操作人員和普通公眾發(fā)生污染的事故。

　　通過(guò)專門的設(shè)計(jì)，核子儀的表面劑量率低于操作人員或是公眾需進(jìn)行特別防護(hù)的水平，運(yùn)輸車輛或檢測(cè)的位置不需要進(jìn)行公告。不需要配備任何附加的防護(hù)衣服和裝置。

　　每個(gè)國(guó)家都會(huì)有主管的政府部門對(duì)放射性產(chǎn)品進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)，已確認(rèn)其安全性。中國(guó)環(huán)保部門和商檢部門對(duì)每臺(tái)正規(guī)進(jìn)口到中國(guó)的儀器都要進(jìn)行嚴(yán)格檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)的儀器必然符合安全規(guī)定和要求，用戶可以放心使用。只要購(gòu)置的是政府主管部門批準(zhǔn)和認(rèn)可的核子儀并且是將儀器用于正常的檢測(cè)，絕不可能對(duì)操作人員造成任何危害。

核子儀檢測(cè)法與其它密度濕度檢測(cè)方法

　　核子儀檢測(cè)方法適應(yīng)于檢測(cè)任何粒徑、級(jí)配、組成成分和組成結(jié)構(gòu)的土壤、石頭等材料。美國(guó)ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D2922-04《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)土和土石混合物密度的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法（淺層）》規(guī)定：本試驗(yàn)方法可快速、無(wú)損地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土壤和巖石的密度。適用于施工質(zhì)量控制、土壤和巖石等工程的驗(yàn)收試驗(yàn)，并可用于研究和開(kāi)發(fā)。試驗(yàn)的無(wú)損特性允許在同一個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行多次重復(fù)檢測(cè)。

　　ASTM D2922、D2950《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)瀝青混凝土的密度的標(biāo)準(zhǔn)方法》和C1040《用核子法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土密度的標(biāo)準(zhǔn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為目前并沒(méi)有任何其它檢測(cè)土壤、巖石、瀝青混合料、混凝土等材料的密度檢測(cè)方法具有足夠高的準(zhǔn)確度可以與核子法進(jìn)行對(duì)比。如果被檢測(cè)材料的化學(xué)成分與常規(guī)材料有非常顯著的不同，可以采用這種材料按照規(guī)定制備一個(gè)用于現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)的材料塊，按照嚴(yán)格的步驟進(jìn)行檢測(cè)、稱重并計(jì)算后用于對(duì)核子儀的實(shí)際檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

　　ASTM 標(biāo)準(zhǔn)D3017《用核子法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定土壤和巖石含水量（淺層） 》規(guī)定：核子儀適用于在現(xiàn)場(chǎng)采用快速、非破壞性技術(shù)測(cè)量土壤和巖石中的含水量。可應(yīng)用于建設(shè)、研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中對(duì)壓實(shí)的土壤及巖石進(jìn)行質(zhì)量控制和驗(yàn)收檢驗(yàn)。本方法的非破壞性的特性允許對(duì)單個(gè)檢測(cè)點(diǎn)上進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。如果被檢測(cè)材料含有的結(jié)合水或有機(jī)質(zhì)比常規(guī)的土壤多，需要與烘干法等進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

　　所以通常情況下，檢定合格的核子儀可以準(zhǔn)確檢測(cè)材料的密度和濕度，并不需要與其它檢測(cè)方法進(jìn)行對(duì)比。由于對(duì)一些不確定因素的疑慮和歷史等各個(gè)方面的原因，我國(guó)的一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求使用核子儀時(shí)，無(wú)論是密度檢測(cè)還是濕度檢測(cè)，都要求使用傳統(tǒng)的密度、濕度檢測(cè)方法對(duì)核子儀的檢測(cè)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。 但是對(duì)試樣獲取方法、對(duì)比試驗(yàn)的具體程序等方面沒(méi)有具體的要求和指導(dǎo)。所以不同的領(lǐng)域，不同的技術(shù)人員按照自己對(duì)對(duì)比試驗(yàn)的理解進(jìn)行的對(duì)比試驗(yàn)往往各不相同，其中很多情況都是不正確的。測(cè)量密度和濕度的傳統(tǒng)方法有很多，各自適用于不同的檢測(cè)材料，所以對(duì)于不同的檢測(cè)材料，必須選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄅc核子儀進(jìn)行對(duì)比。比如對(duì)細(xì)粒土、粗粒土、土石混合物、瀝青混合料、水泥混合料以及巖石等不同的材料必須根據(jù)情況選擇適當(dāng)?shù)恼_的方法與核子儀進(jìn)行對(duì)比。進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)時(shí)，核子儀法和傳統(tǒng)方法檢測(cè)的試樣必須*。如果被檢測(cè)材料的試樣不同，即使用同一種方法讓不同的操作人員進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，兩個(gè)人的檢測(cè)結(jié)果可能相差很遠(yuǎn)。

核子密度儀優(yōu)勢(shì)

　　將核子密度儀與灌沙法或其它破壞性檢測(cè)方法相比較，其優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的，主要包括：

無(wú)損檢測(cè)

　　A.核子儀檢測(cè)土壤，只需要檢測(cè)表面平滑，鉆一個(gè)直徑為20毫米的檢測(cè)孔。這樣小的孔不需要修補(bǔ)。對(duì)于灌沙法的檢測(cè)，需要挖一個(gè)直徑為150毫米的洞， 這樣大的洞必需回填修補(bǔ)。

　　B.對(duì)于瀝青路面，只需要路面平整，核子儀就可以用反射法進(jìn)行檢測(cè)。但取芯法，一定會(huì)給路面留下一個(gè)必須修補(bǔ)的孔洞。

準(zhǔn)確性

　　A.核子儀對(duì)位于放射源與探測(cè)器之間的材料總重量進(jìn)行響應(yīng)，檢測(cè)不受被檢測(cè)材料中的化學(xué)的、礦物的或質(zhì)地成分的影響。檢測(cè)非常正確性，無(wú)論材料是否均勻，或顆粒是粗是細(xì)。

　　B.被檢測(cè)的土壤土壤體積很大，檢測(cè)結(jié)果的代表性更好。對(duì)于檢測(cè)深度為8英寸（20CM）透射密度檢測(cè)，試樣體積大約為25立方英尺。而灌沙法檢測(cè)，試樣體積大約為10立方英尺。

　　C.核子儀在標(biāo)準(zhǔn)的、固定的、數(shù)值不變的土壤和巖石校準(zhǔn)塊或可以溯源到真實(shí)土壤的其它標(biāo)準(zhǔn)的密度、濕度材料塊上進(jìn)行校準(zhǔn)。檢測(cè)規(guī)程推薦每隔一到二年進(jìn)行一次校準(zhǔn)。操作員可以每天用標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)塊進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)計(jì)數(shù)，以檢測(cè)儀器的校準(zhǔn)狀況和檢測(cè)功能。

檢測(cè)的速度

　　一次儀器檢測(cè)的全部過(guò)程耗時(shí)不到5分鐘，相對(duì)于灌沙法或取芯法大約30分鐘完成一次檢測(cè)，核子儀允許進(jìn)行更多的檢測(cè)并對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

　　簡(jiǎn)單和安全的操作

　　A.操作員幾乎不可能有潛在的錯(cuò)誤。儀器進(jìn)行檢測(cè)只需要zui低限度的指令。儀器自動(dòng)計(jì)算和顯示檢測(cè)結(jié)果并給出單位。不同于灌沙法檢測(cè)，高濕度和施工設(shè)備的震動(dòng)不會(huì)影響在附近的核子儀的準(zhǔn)確性。

　　B.不同于灌沙法操作員，核子儀操作員所有時(shí)間可以站立，如果有危險(xiǎn)接近，他能安全地觀察正在移動(dòng)的施工設(shè)備，如果有危險(xiǎn)，可以迅速離開(kāi)。

“實(shí)時(shí)”檢測(cè)

　　核子儀在壓路機(jī)通過(guò)后幾分鐘就可以顯示檢測(cè)結(jié)果?？梢粤⒓磳?duì)是否需要增加碾壓進(jìn)行指導(dǎo)，可以幫助及時(shí)調(diào)整施工方法以保證獲得所需要結(jié)果。