利用飞行时间中子成像技术区分天然多孔介质相变过程中的冰与水

《Scientific Reports》：Time-of-flight neutron radiography for differentiating ice and water during phase transitions in natural porous media

　　

摘要

测定共存的液态水与冰的分布对于燃料电池、混凝土、雪和土壤等诸多材料及系统而言具有重要意义。利用低温中子能量下冰与水的中子截面差异，能量分辨中子成像技术为这类测量提供了有效手段。迄今为止，能量分辨中子成像技术仅被用于相对较薄且非天然的样品。鉴于液态水与冰的分布在许多天然多孔材料中的重要性，我们研究了将飞行时间中子射线照相技术应用于两种天然多孔材料的可行性。我们使用玻璃珠模型（简单的土壤替代物）以及厚度为5毫米的天然雪样进行了两次探索性实验。实验表明，相对衰减率可用于区分液态水与固态水相，还能动态追踪这些多孔材料中的相变过程。同时，研究也显示出，在厚样品中的散射问题、孔隙率空间变化导致的厚度不一致性，以及多孔基质结构随时间的变化，依然是需要克服的重大挑战。