CN103091472B - 一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法 - Google Patents

Abstract

一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法，将均匀土壤看成半无穷大均匀介质，土壤中氡的垂直分布能够采用一维方程计算，且均匀土壤中铀含量为一定值，那么土壤潜势氡浓度<i>C_P</i>、浅层土壤氡浓度<i>C</i>、土壤表面氡析出率<i>E</i>这三者之间必定存在一个确定的关系。在深入分析土壤氡运移规律的基础上确定这一关系，从而建立起由浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速确定土壤潜势氡浓度的理论模型，对理论模型进行求解，就能利用浅层土壤氡浓度<i>C</i>和土壤表面氡析出率<i>E</i>来快速获得土壤潜势氡浓度<i>C_P</i>。

Description

一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法

技术领域

本发明涉及一种辐射探测技术，特别是一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法。

背景技术

土壤氡浓度与低层建筑室内氡水平以及地下建筑氡水平息息相关，建筑工程的选址和建筑防氡设计过程中都需要对土壤氡浓度进行测量。

均匀土壤中，氡浓度随土壤深度的加深大致呈指数增加的趋势，最终达到最大值并趋于稳定，将土壤中潜在的最大氡浓度定义为土壤潜势氡浓度。各种不同地质类型的土壤基本都要在2~3m甚至更深处才能达到潜势氡浓度水平，与室内氡水平直接相关的正是土壤潜势氡浓度，因为房屋地基的混凝土覆盖到土壤表面后会形成氡的扩散垒，使浅层土壤氡浓度也达到潜势氡浓度水平。然而，目前土壤氡浓度的测量深度一般在0.5~0.8m之间，这个深度的土壤氡浓度用于评价室内氡水平是不可靠的，真正需要测量的是土壤潜势氡浓度。

直接对土壤潜势氡浓度进行测量难度较大，需要打洞勘探测量，勘探洞的深度达到2~3m甚至更深，费时费力且不经济，因此需要建立一种快速获得土壤潜势氡浓度的方法，降低测量难度，节约测量成本。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法。该方法大大方便了土壤潜势氡浓度的测量，更重要的是使土壤氡浓度的测量更具实际意义。

本发明的技术方案是：一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法，将均匀土壤看成半无穷大均匀介质，土壤中氡的垂直分布能够采用一维方程计算，且均匀土壤中铀含量为一定值，那么土壤潜势氡浓度、浅层土壤氡浓度、土壤表面氡析出率这三者之间必定存在一个确定的关系。在深入分析土壤氡运移规律的基础上确定这一关系，从而建立起由浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速确定土壤潜势氡浓度（双源法）的理论模型，对理论模型进行求解，就能利用浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速获得土壤潜势氡浓度。

其具体测量方法如下：

在一维稳定状态下只考虑土壤介质中氡的扩散作用，从而建立氡在土壤中运移与分布的微分方程：

  (1)

式(1)中，D _e 为氡的有效扩散系数，单位为m²/s；C为浅层土壤氡浓度，单位为Bq/m³；x为土壤深度，单位为m；λ为氡的衰变常数，λ为2.1×10^-6s^-1；η为土壤孔隙度，无量纲；A为土壤中氡的产生率，单位为Bq·m^-3·s^-1，A的表达式如下：

                          (2)

式(2)中，ρ为土壤容重，即土壤干重与土壤含水总体积的比值，单位为kg/m³；C _Ra 为单位质量土壤颗粒中的镭含量，单位为Bq/kg；S _e 为土壤的氡射气系数，无量纲；

给出式(1)的边界条件，，有界，在此边界条件下对其进行求解，可得：

         (3)

此时，由于只考虑了土壤中氡的扩散作用，所以土壤表面氡析出率E可用下式表示：

 (4)

将式(3)代入到式(4)中，可得：

(5)

由于C ₀ 通常很低，相比能忽略，式(5)可以变化为：

                                            (6)

将式(6)和式(2)代入到式(3)中，得到：

(7)

这样就建立了一个x米深处的浅层土壤氡浓度C和土壤表面氡析出率E之间的关系，还需要找到它们与土壤潜势氡浓度之间的关系。用C _P 来表示土壤潜势氡浓度，显然有：

                    (8)

联合式(7)和式(8)，就能得到双源法理论模型如下：

 (9)                                                                   

式(9)是一个超越方程，对其进行求解，就能利用浅层土壤氡浓度C和土壤表面氡析出率E来快速获得土壤潜势氡浓度C _P 。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明首次提出了土壤潜势氡浓度的概念，使土壤氡浓度的测量更具实际意义，不再局限于代表性不高的浅层土壤氡浓度，可以为快速准确地发现氡异常区域提供有效方法，为建筑工程选址、是否进行防氡设计及国家主管部门制定更为科学的室内氡控制规程提供技术支撑，具有重大的科学意义和实用价值。

2、利用浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速获得土壤潜势氡浓度，使土壤潜势氡浓度的测量简便易行。

3、利用土壤潜势氡浓度快速测量方法的理论模型可研制一套快速测量土壤潜势氡浓度的装置。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述。

具体实施方式

实施例、一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法，用mathematica软件对双源法理论模型                          式(9)进行求解，就能利用土壤浅层氡浓度C和土壤表面氡析出率E来快速获得土壤潜势氡浓度C _P 。

式(9)中C为浅层土壤氡浓度，单位为Bq/m³；E为土壤表面氡析出率，单位为Bq·m^-2·s；x为土壤深度，单位为m；λ为氡的衰变常数，λ为2.1×10^-6s^-1；η为土壤孔隙度，无量纲，不同的土壤类型对应不同的孔隙度，如表1所示。

表1 土壤孔隙度取值表

土壤类型

黏土

亚黏土

亚砂土

黏土质砂土

砂土

坡积碎屑物

颗粒粒径(mm)

0.005~0.02

0.02~0.05

0.05~0.25

0.25~0.5

0.5~2

＞2

孔隙度

0.50

0.45

0.43

0.41

0.39

0.37

本实施例实验选用的土壤类型为砂土，砂土均匀分布，由表1可以知道砂土的孔隙度为0.39。采用RAD7测氡仪测量土壤潜势氡浓度、浅层土壤氡浓度，采用局部静态法测量土壤表面氡析出率。把浅层土壤氡浓度、土壤表面氡析出率和砂土孔隙度代入到双源法理论模型式(9)中，计算出土壤潜势氡浓度理论值。测量验证结果见表2所示。

表2土壤潜势氡浓度理论值与实测值的比较

表2中：x为土层深度，C为土壤x米深处的浅层土壤氡浓度，E为土壤表面氡析出率，C _P (实)为土壤潜势氡浓度实测值，C _P (理)为双源法理论模型计算值，相对误差=│理论值-实测值│/实测值。

从表2中可以看出，将0.6m和1.2m两个深度的浅层土壤氡浓度代入到理论模型式(9)中计算得到的理论值与实测值之间的相对误差均在10%以内，理论值与实测值符合得较好，证明了双源法理论模型的可靠性。

Claims (1)

1.一种快速测量土壤潜势氡浓度的方法，其特征是：将均匀土壤看成半无穷大均匀介质，土壤中氡的垂直分布能够采用一维方程计算，且均匀土壤中铀含量为一定值，那么土壤潜势氡浓度、浅层土壤氡浓度、土壤表面氡析出率这三者之间必定存在一个确定的关系，在深入分析土壤氡运移规律的基础上确定这一关系，从而建立起由浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速确定土壤潜势氡浓度的理论模型，对理论模型进行求解，就能利用浅层土壤氡浓度和土壤表面氡析出率来快速获得土壤潜势氡浓度即土壤中潜在的最大氡浓度；

其具体测量方法如下：

在一维稳定状态下只考虑土壤介质中氡的扩散作用，从而建立氡在土壤中运移与分布的微分方程：

  (1)

式(1)中，D _e 为氡的有效扩散系数，单位为m²/s；C为浅层土壤氡浓度，单位为Bq/m³；x为土壤深度，单位为m；λ为氡的衰变常数，λ为2.1×10^-6s^-1；η为土壤孔隙度，无量纲；A为土壤中氡的产生率，单位为Bq·m^-3·s^-1，A的表达式如下：

                        (2)

式(2)中，ρ为土壤容重，即土壤干重与土壤含水总体积的比值，单位为kg/m³；C _Ra 为单位质量土壤颗粒中的镭含量，单位为Bq/kg；S _e 为土壤的氡射气系数，无量纲；

给出式(1)的边界条件，，有界，在此边界条件下对其进行求解，可得：

 (3)

此时，由于只考虑了土壤中氡的扩散作用，所以土壤表面氡析出率E可用下式表示：

                                                                                                              (4)

将式(3)代入到式(4)中，可得：

(5)

由于C ₀ 通常很低，相比能忽略，式(5)可以变化为：

                                           (6)

将式(6)和式(2)代入到式(3)中，得到：

 (7)

这样就建立了一个x米深处的浅层土壤氡浓度C和土壤表面氡析出率E之间的关系，还需要找到它们与土壤潜势氡浓度之间的关系，用C _P 来表示土壤潜势氡浓度，显然有：

                     (8)

联合式(7)和式(8)，就能得到双源法理论模型如下：

(9)                                                                   

式(9)是一个超越方程，对其进行求解，就能利用浅层土壤氡浓度C和土壤表面氡析出率E来快速获得土壤潜势氡浓度C _P 。