20 | 06 | 2019

Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung

 

Die Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung überprüft die Gleichförmigkeit der Hinterfüllungsdichte einer Erdwärmesonde

Das Prinzip der Gamma-Gamma-Dichte-Messung

Das Messverfahren misst die Elektronendichte einer Matrix auf der Basis der Wechselwirkung zwischen γ-Photonen (hier Photonen des Cäsium 137) und den Elektronen in der Außenhülle von Atomen der Compton-Streuung

comptonstreuung

  • Trifft ein γ-Photon (Lichtteilchen) auf ein Elektron, das nur leicht an den Atomkern gebunden ist, so kann ein Teil der Photonenenergie auf dieses Elektron übertragen werden. Das Elektron fliegt auf Grund dieser Energie aus dem Atomverbund. Das Photon γ‘ fliegt mit geringerer Energie in eine neue Richtung weiter. Es wurde gestreut.
  • Das gestreute γ‘ -Photon kann weitere Compton-Effekte hervorrufen, bis seine Energie so niedrig geworden ist, dass es durch einen Photoeffekt ganz aufgezehrt, das heißt absorbiert, wird.
Die von einer γ- Quelle (hier Cs 137) ausgehende Photonen-Strahlung wird in der umgebenden Matrix gestreut und von einem oberhalb der Quelle platzierten Detektor (hier: Geiger-Müller-Zähler) wieder registriert. Der Streuungsgrad ist dabei proportional zur Elektronendichte und damit zur Massenkonzentration der Matrix. Die am Detektor registrierte Zählrate ist ein über einen Radius von 360° integrierter Wert.
Da es innerhalb des Hohlraumes selbst unwahrscheinlich ist, dass das γ-Photon auf ein Elektron in der Außenhülle eines Atoms trifft, legt das γ-Photon einen längeren Weg bis zum ersten Streueffekt zurück. Dieser ist erst beim Erreichen der Matrix zu erwarten. Mit der zunehmend größeren radialen Entfernung von der γ-Quelle nimmt die Chance, dass das γ - Photon über weitere Streueffekte schließlich wieder zum Detektor umgelenkt wird, ab, so dass eine  verminderte Zählerrate am Detektor zu beobachten ist. (Beispiel hier: 3-Zählimpulse weniger) Im Log ist eine negative Signalwirkung zu beobachten. 
Für die Aufdeckung einer Dichteanomalie ist die relative Signaländerung am Detektor in Bezug auf ein Basissignal maßgeblich.

gamma-gamma-dichtemessung-prinzipgamma-gamma-dichtemessung-hohlraum-prinzip

Reproduzierbarkeit der Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung

Die gute Reproduzierbarkeit der Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung in einer Erdwärmesonde soll am Beispiel wie ein Hohlraum innerhalb der Hinterfüllung wächst, gezeigt werden:

Die Dichte-Anomalie-Messung mit der Gamma-Gamma-Messsonde in einer Erdwärmesonde drei Tage nach der Zementation weist einen Hohlraum zwischen 30 bis 36 m u. GOK auf. Dieser wächst innerhalb der weiteren 2:45 h um 2 Meter bis auf 38 m u. GOK. Die Dichte-Messung 6 Stunden später zeigt eine  kleinräumige Hinterfüllungsplombe bei 38 m unter der sich der Hohlraum bis 39 m u. GOK erweitert hat. 4 Tage später erfolgt eine Wiederholungsmessung. Der mit der Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messung aufgezeigte Hohlraum erstreckt sich nun von 30 - 40 m u.GOK. Die Hinterfüllungsplombe besteht weiterhin unverändert bei 38 m u. GOK. Es folgen weitere Gamma-Gamma-Dichte-Anomalie-Messungen 12, 30 und 56 Tage später, die alle nicht nur exakt die unveränderte Lage der Hinterfüllungsplombe bei 38 m aufzeigen sondern auch genau den Beginn und das Ende des Hohlraumes markieren.  reproduzierbarkeit hohlraum 30-40m

Stand der Messtechnik bei der Qualitätsüberprüfung der EWS-Hinterfüllung-Vegas.pdf