DE1271412B

DE1271412B - Device for the simultaneous measurement of the filter speed and the direction of groundwater flows from a borehole with radionuclides

Info

Publication number: DE1271412B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Guenter Baur; Dr Rer Nat Wilhelm Kuehn
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1964-02-24
Filing date: 1964-02-24
Publication date: 1968-06-27

Description

Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserströmen von einem Bohrloch aus mit Radionukliden Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserströmen durch über ein Bohrloch ins Grundwasser eingebrachte Radionuklide und eine einzige, in demselben Bohrloch angeordnete Sonde.Device for simultaneous measurement of the filter speed and the direction of groundwater flows from a borehole with radionuclides Die The invention relates to a device for simultaneously measuring the filter speed and the direction of groundwater flows through a borehole into the groundwater introduced radionuclides and a single probe located in the same borehole.

Die Filtergeschwindigkeit vp läßt sich aus der Abnahme der Konzentration einer in das Bohrloch eingebrachten Aktivität eines radioaktiven Nuklids bestimmen. Die Konzentrationsänderung soll dabei durch die horizontale Bewegung des Grundwassers verursacht werden. Ist Q die pro Zeiteinheit durch das Bohrloch fließende Wassermenge (Ergiebigkeit), F der vertikale Querschnitt des Bohrlochs, v die Geschwindigkeit des Grundwassers und W des Porenvolumens der umgebenden Formation, so ist vF durch die Beziehung Q = V.V.F= vF.F definiert. Setzt man voraus, daß nur Strahlung aus dem Bohrlochinneren registriert wird, so ergibt sich die Filtergeschwindigkeit als Funktion der Aktivitätsabnahme pro Zeiteinheit für ein zylindrisches Bohrloch wie folgt: mit d = Durchmesser des Bohrlochs, t = Meßzeit, A, = Anfangsaktivität, A = Aktivität zur Zeit t, 0,553 = Umrechnungs- und Geometriefaktor.The filter speed vp can be determined from the decrease in the concentration of a radioactive nuclide activity introduced into the borehole. The change in concentration is supposed to be caused by the horizontal movement of the groundwater. If Q is the amount of water flowing through the borehole per unit of time (productivity), F is the vertical cross-section of the borehole, v is the velocity of the groundwater and W is the pore volume of the surrounding formation, then vF is defined by the relationship Q = VVF = vF.F. Assuming that only radiation from inside the borehole is registered, the filter speed as a function of the decrease in activity per unit of time for a cylindrical borehole is as follows: with d = diameter of the borehole, t = measuring time, A, = initial activity, A = activity at time t, 0.553 = conversion and geometry factor.

Zur Bestimmung der Richtung des Grundwasserstromes ist ein kollimierter Detektor bekannt, mit dem durch Drehung innerhalb des Bohrlochs ein Polardiagramm aufgenommen werden kann, aus welchem dann die Strahlungsintensität als Funktion des Drehwinkels entnommen werden kann.To determine the direction of the groundwater flow, a collimated Detector known, with which a polar diagram by rotation within the borehole can be recorded, from which the radiation intensity as a function the angle of rotation can be taken.

Bei der oben beschriebenen Einrichtung zur Messung der Filtergeschwindigkeit muß ein Radionuklid Verwendung finden, das von der Bodenschicht, in deren Höhe der horizontale Wasserdurchsatz zu bestimmen ist, gar nicht oder nur geringfügig angelagert wird (meist J131 oder Bre2), da eine Adsorption des Radioisotops durch Bodenschichten in der Bohrlochnähe eine zu geringe Konzentrationsabnahme und damit eine zu geringe Grundwassergeschwindigkeit vortäuscht. Die Richtungsbestimmung ist dagegen möglichst mit einem radioaktiven Element durchzuführen, das von der betreffenden Schicht bevorzugt adsorbiert und daher in Flußrichtung angelagert wird.With the device for measuring the filter speed described above a radionuclide must be used, which is from the soil layer, at the level of which the horizontal water throughput is to be determined, not at all or only slightly deposited (mostly J131 or Bre2), because the radioisotope is adsorbed by soil layers in the vicinity of the borehole too little decrease in concentration and thus too little Fakes groundwater velocity. The determination of the direction, on the other hand, is as possible to be carried out with a radioactive element preferred by the layer in question adsorbed and is therefore deposited in the direction of flow.

Infolge dieser grundsätzlichen Voraussetzungen müssen die beiden Messungen mit verschiedenen Radionukliden und hintereinander durchgeführt werden. Bei niedrigen Grundwassergeschwindigkeiten können hierdurch Meßzeiten bis zu 2 Tagen erforderlich werden. Die bei der Richtungsmessung benutzten spezifischen Aktivitäten müssen außerdem relativ hoch sein, da die Adsorption des Tracers an der Bodenschicht erst außerhalb des Bohrlochs geschieht und daher die verhältnismäßig hohe Adsorption der Strahlung und, bei kurzen Halbwertszeiten des Strahlers, die Aktivitätsabnahme durch Zerfall durch erhöhte Quellstärke kompensiert werden müssen. Bei der Durchführung der Messungen vor Ort können sich diese Voraussetzungen hinsichtlich einer schnellen Abwicklung und der einzuhaltenden Strahlenschutzbestimmungen bezüglich des Grundwassers nachteilig auswirken.As a result of these basic requirements, the two measurements can be carried out with different radionuclides and one after the other. At low Groundwater velocities may require measurement times of up to 2 days will. The specific activities used in the direction measurement must also be relatively high, since the adsorption of the tracer to the soil layer only outside of the borehole and therefore the relatively high adsorption of the radiation and, with short half-lives of the emitter, the decrease in activity due to decay must be compensated by increased swelling strength. When taking measurements On-site, these requirements can be met with regard to a quick processing and the radiation protection regulations to be complied with with regard to the groundwater are disadvantageous impact.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der Filtergeschwindigkeit und der Strömungsrichtung des Grundwassers zu finden, bei der die obengenannten Nachteile nicht auftreten und mit der es gelingt, beide Messungen gleichzeitig und mit ein- und demselben Radionuklid durchzuführen, das keine oder nur eine geringfügige Anlagerungsfähigkeit in der jeweiligen Schicht aufweisen muß. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Sonde einen Detektor zur Erfassung der die Grundwassergeschwindigkeit kennzeichnenden Konzentrationsabnahme des Radionuklids sowie eine Reihe von über den Umfang verteilten richtungsabhängigen Detektoren, die nacheinander abgefragt werden, enthält. Der Detektor zur Erfassung der Grundwassergeschwindigkeit ist nach einer Weiterbildung der Erfindung als Szintillationszähler mit nachgeschaltetem Impulshöhendiskriminator ausgeführt, wobei der Impulshöhendiskriminator auf die von dem Radionukhd ausgesandte Primärenergie eingestellt ist. Durch diese Anordnung werden die ungestreuten primären Gammaquanten allein der Messung zugänglich gemacht, da sich das Einzugsgebiet dieser primären Gammastrahlung hauptsächlich auf das Bohrlochvolumen beschränkt. Eine gewisse Adsorption des Radionukhds am Boden in Bohrlochnähe beeinflußt bei Verwendung der Impulshöhenanalyse die Konzentrationsbestimmung nicht wesentlich, da die meisten Quanten aus dem Adsorptionsgebiet auf dem Weg zum Szintillationszähler Compton-Streuprozesse erleiden und daher im Szintillationszähler nicht mehr mit ihrer primären Energie registriert werden.The object of the invention is to provide a measuring device for simultaneous Determination of the filter speed and the direction of flow of the groundwater to find which does not suffer from the disadvantages mentioned above and with which it is possible to to carry out both measurements simultaneously and with one and the same radionuclide, that no or only a slight attachment capacity in the respective layer must have. This is achieved according to the invention in that the probe has a detector to record the decrease in concentration characteristic of the groundwater velocity of the radionuclide as well as a number of direction-dependent ones distributed over the circumference Detectors that are interrogated one after the other contains. The detector for detection the groundwater velocity is according to a development of the invention as a scintillation counter with downstream pulse height discriminator executed, wherein the pulse height discriminator on the primary energy emitted by the Radionukhd is set. This arrangement makes the unscattered primary gamma quanta only made available for measurement, since the catchment area of this primary Gamma radiation mainly limited to the borehole volume. Some adsorption of the Radionukhds on the ground near the borehole affects when using the pulse height analysis the determination of the concentration is not essential, since most of the quanta are from the adsorption area suffer Compton scattering processes on the way to the scintillation counter and therefore im Scintillation counters can no longer be registered with their primary energy.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als richtungsabhängige Detektoren in einer Bleiabschirmung angeordnete Geiger-Müller-Zählrohre vorgesehen. Mit dieser Einrichtung werden nun während der Messung der Filtergeschwindigkeit, die sich aus der Konzentrationsabnahme über die zeitliche Abnahme der Intensität der primären Gammastrahlung ergibt, die einzelnen, auf Grund ihrer radialen Anordnung richtungsabhängigen Detektoren unter Benutzung eines zweiten Zählgerätes nacheinander abgefragt. Hieraus erhält man schon während der Geschwindigkeitsmessung die Richtung der abfließenden Aktivitätswolke unter Verwendung nur eines Radionuklids. Die in bisher bekannten Verfahren und Anordnungen nötige Adsorption des radioaktiven Elements im Boden ist dabei nicht mehr nötig. Durch diese gleichzeitige Messung wird die relativ hohe Anfangsaktivität auch für die Richtungsbestimmung ausnutzbar, so daß die erforderliche spezifische Aktivität nicht höher sein muß, als die für die Geschwindigkeitsmessung erforderlich ist. Sie kann daher in vielen Fällen unterhalb der von der Strahlenschutzverordnung vorgeschriebenenFreigrenze bleiben. Infolge der gleichzeitigen Messung beider Größen wird dabei die Meßzeit auf wesentlich weniger als die Hälfte verringert. Da außerdem der Sondenkörper zur Bestimmung der FluBrichtung keine drehende Bewegung ausführen muß, wird im Gegensatz zum bisherigen Verfahren eine Beeinflussung der Wasserströmung vermieden.According to a further embodiment of the invention are as directional Detectors in a lead shield arranged Geiger-Müller counter tubes provided. With this device, during the measurement of the filter speed, resulting from the decrease in concentration over the decrease in intensity over time of the primary gamma radiation, the individual ones due to their radial arrangement Directional detectors using a second counter one after the other queried. The direction is obtained from this during the speed measurement of the outflowing activity cloud using only one radionuclide. In the previously known methods and arrangements required adsorption of the radioactive element in the ground is no longer necessary. Through this simultaneous measurement, the relatively high initial activity can also be used to determine the direction, so that the required specific activity need not be higher than that for the speed measurement is required. It can therefore in many cases be below that of the Radiation Protection Ordinance the prescribed exemption limit. As a result of the simultaneous measurement of both sizes the measuring time is reduced to significantly less than half. Since also the probe body to determine the direction of flow do not rotate must, in contrast to the previous method, an influence on the water flow avoided.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben: F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Meßeinrichtung; F i g. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II von F i g. 1.The measuring device according to the invention is based on the in the drawing illustrated embodiment described in more detail: F i g. 1 shows a longitudinal section by the measuring device; F i g. FIG. 2 shows a section along the line II-II from FIG F i g. 1.

Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus einem Gehäuse 1 -aus Material niederer Atomordnungszahl, in dem ein Szintillationszähler 2 und in vertikaler Richtung darüber die für die Gammastrahlung empfindlichen, richtungsabhängigen Geiger-Müller-Zählrohre 3 in einem mit Aussparungen 10 versehenen Bleizylinder 4 untergebracht sind. Die Kammer 5 dient zur teilweisen Aufnahme der elektronischen Einrichtung. Die Messung der Filtergeschwindigkeit wird mit dem Impulshöhendiskriminator 6 und der Zähl- und Registriereinrichtung 7, die Richtungsmessung mit der Zähl- und Registriereinrichtung 8 mittels der Abfragevorrichtung 9 durchgeführt.The in F i g. 1 device shown consists of a housing 1 - made of low atomic number material in which a scintillation counter 2 and in the vertical direction above that, the direction-dependent ones that are sensitive to the gamma radiation Geiger-Müller counter tubes 3 in a lead cylinder 4 provided with recesses 10 are housed. The chamber 5 is used to partially accommodate the electronic Furnishings. The measurement of the filter speed is done with the pulse height discriminator 6 and the counting and recording device 7, the direction measurement with the counting and registration device 8 carried out by means of the interrogation device 9.

F i g. 2 zeigt die Anordnung der Geiger-Müller-Zählrohre 3 hinter auf dem Umfang der Bleiabschirmung 4 angebrachten Aussparungen 10. F i g. 2 shows the arrangement of the Geiger-Müller counter tubes 3 behind recesses 10 made on the circumference of the lead shield 4.

Claims

Claims: 1. Device for simultaneous measurement of the filter speed and the direction of groundwater flows through a borehole into the groundwater introduced radionuclides and a single probe arranged in the same borehole, characterized in that the probe (1) has a detector (2) for detecting the the Radionuclide concentration characteristic of the decrease in the concentration of the radionuclide as well as a number of direction-dependent detectors (3) distributed over the circumference, which are queried one after the other.

2. Device according to claim 1, characterized characterized in that the detector (2) for detecting the groundwater velocity designed as a scintillation counter with a downstream pulse height discriminator (6) is and that the pulse height discriminator (6) on the emitted by the radionuclide Primary energy is set.

3. Device according to claim 1, characterized by in a lead shield (4) arranged Geiger-Müller counter tubes (3) as direction-dependent detectors. Considered publications: F a ß ben der, "Introduction to the measurement technology of nuclear radiation and the application of radioisotopes", Stuttgart 1958, p. 73; Atompraxis, 1963, issue 1, pp. 2 to 4.