Opublikowano: 22 11.1966 50923 KI. 42 1, 9/51 MKP G 01 n 23/Cjl UKD ' i Wspóltwórcy wynalazku: mgr Jerzy Grabczak, mgr inz. Andrzej Zuber Wlasciciel patentu: Akademia Górniczo-Hutnicza (Katedra Fizyki II), Kraków (Polska) Urzadzenie do pomiaru ciezaru objetosciowego i (lub) zmian wilgotnosci bardzo cienkich warstw gleby Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do po¬ miaru ciezaru objetosciowego i (lub) zmian wilgot¬ nosci bardzo cienkich warstw gleby, gruntów, a tak¬ ze innych osrodków za pomoca pomiaru zmian na¬ tezenia pierwotnego promieniowania gamma wy¬ sylanego przez zastosowany izotop.Pomiar ciezaru objetosciowego bardzo cienkich, okolo 2 cm warstw gruntu znajduje zastosowanie w badaniach modelowych z zakresu mechaniki gruntów, w specjalnych zagadnieniach geologii in¬ zynierskiej na przyklad w badaniach przewar- stwien w naturalnych przegrodach wodnych i okreslaniu polozenia przepuszczalnych wkladek jak równiez przy wyznaczaniu parametrów betonu w zelazobetonie. Pomiar wilgotnosci cienkich warstw gleby, mozliwy, do przeprowadzenia przy nieulegajacym zmianie ciezarze objetosciowym szkieletu gruntu, stosuje sie w badaniach stref we¬ getacyjnych roslin.Znane metody przeprowadzania pomiarów cie¬ zaru objetosciowego lub wilgotnosci wymagaja po¬ biegania próbek, wskutek czego badany osrodek ulega naruszeniu i obserwacja zmian w czasie sta¬ je sie praktycznie niemozliwa. Równiez znane urza¬ dzenia izotopowe sluzace do badania ciezaru obje¬ tosciowego w oparciu o zjawisko absorpcji lub roz¬ proszenia promieniowania gamma, a takze urza¬ dzenia stosujace do tego celu metody neutronowe nie daja zadowalajacych wyników w zastosowaniu do badania cienkich warstw gleby. Tak jest dlate¬ go, ze daja one srednie wartosci mierzonych wiel¬ kosci z warstw o miazszosci rzedu 30 cm. Ponadto wszystkie te znane urzadzenia wymagaja cecho¬ wania.Wady i niedogodnosci dotychczasowych urzadzen usuwa urzadzenie do pomiaru ciezaru objetosciowe¬ go i (lub) zmian wilgotnosci bardzo cienkich warstw gleby wedlug wynalazku, w którym jest mierzone promieniowanie odpowiadajace energii pierwotnej kwantów, wysylanych przez zastosowany izotop, z pominieciem sygnalu od promieniowania rozpro¬ szonego.Dzieki temu miazszosc warstwy badanej jest okreslona przez wymiary ampulki zawierajacej izotop oraz wielkosc detektora. Dla typowych zró¬ del i krysztalów scyntylacyjnych wysokosc ta wy¬ nosi 20 mm, tak wiec miazszosc mierzonych warstw jest rzedu 20 mm. Dzieki temu, ze mierzone jes<; tylko promieniowanie pierwotne, nie jest koniecz¬ ne doswiadczalne wyznaczanie krzywej cechowa¬ nia, gdyz w takim przypadku obliczenie zmian ciezaru objetosciowego wzglednie zmian wilgotno¬ sci z wielkosci zmian rejestrowanego natezenia promieniowania nie przedstawia trudnosci.Na rysunku fig. 1 przedstawi- urzadzenie wedlug wynalazku w przekroju pionowym wzdluznym, a fig. 2 — urzadzenie umieszczone w glebie w cza¬ sie pomiaru.Urzadzenie zwane równiez sonda sklada §ie z ru¬ ry oslonnej 12 zakonczonej wodoszczelna glowica 8. 509233 Wodoszczelnosc zapewnia uszczelka gumowa 9.Wewnatrz rury 12 znajduje sie scyntylacyjny de¬ tektor promieniowania 3 wraz z fotopowielaczem elektronowym 5. Przy fotopowielaczu umieszczony jest dzielnik napiecia 6 oraz w razie potrzeby tak¬ ze tranzystorowy wtórnik katodowy. Polaczenie z przyrzadem rejestrujacym uzyskane jest za po¬ moca kabli 10. Sprezyna 7 zapewnia staly i pewny kontakt fotopowielacza 5 ze scyntylatorem 3. Scyn¬ tylator 3 ma dokladnie ustalona pozycje dzieki pierscieniowi 4 i glowicy dociskajacej 1. Wodo¬ szczelnosc przy glowicy dociskajacej 1 uzyskuje sie dzieki uszczelce 2. Zródlo promieniowania o malej aktywnosci umieszczone w podstawce 11 sluzy do standaryzacji wykonywanych pomiarów.Scyntylator 3 moze stanowic krysztal CsJ (Tl).Fig. 2 pokazuje urzadzenie wedlug wynalazku umieszczone w glebie. W glebe wprowadzone sa rury z duraluminium 15 zabezpieczajace otwory.Rury 15 zakonczone sa u dolu ostrzami stalowy¬ mi 20 dla ulatwienia wykonania otworów. Równo¬ legle ulozenie rur zabezpieczajacych 15 zapewnio¬ ne jest dzieki ramie 16, która wykonana jest w ten sposób, ze mozna rury zabezpieczajace 15 umieszczac w zaleznosci od potrzeby w trzech róz¬ nych odstepach: 15 cm, 22,5 cm i 27 cm. Rame 16 umieszcza sie na powierzchni gleby 17. Sonde umieszczona na oslonie 12 wpuszcza sie do jedne¬ go otworu, a zródlo promieniowania 19, najlepiej 137 Cs do drugiego.Umieszczenie detektora 3 i zródla 19 na tej sa¬ mej wybranej glebokosci zapewnione jest dzieki kalibrowanym pretom 13, które unieruchamiane sa uchwytami 14. Odpowiednie wyciecie w jednym z uchwytów 14 pozwala na wyprowadzenie z otwo¬ ru przewodów 10. Dokladne prowadzenie zródla 19 po osi otworu uzyskuje sie dzieki odpowiedniemu prowadnikowi 18. Pomiarowi podlega warstwa gleby 21 znajdujaca sie miedzy detektorem 3 a zródlem 19.Dla wykonania pomiaru niezbedne jest polacze¬ nie urzadzenia wedlug wynalazku z aparatura za- silajaco-rejestrujaca. Jako aparatura zasilajaco- -rejestrujaca moze sluzyc typowy laboratoryjny przelicznik impulsów i zasilacz wysokiego napie¬ cia. W terenie korzystniej jednak jest stosowac od¬ powiednia aparature o zasilaniu bateryjnym lub akumulatorowym. Parametry calego ukladu detek¬ cyjnego musza byc tak dobrane, aby nie byly re¬ jestrowane kwanty rozproszone czyli w przypad¬ ku 187Cs, kwanty o energiach mniejszych niz 4 0,66 MeV. Dobór parametrów musi byc wykonywa¬ ny indywidualnie dla kazdego egzemplarza urza¬ dzenia.Pomiar profilu ciezaru objetosciowego gleby uzy- 5 skuje sie przez kolejne pomiary na róznych glebo¬ kosciach natezenia promieniowania przechodzacego przez glebe. Rejestrowane natezenie jest w tym pnzypadku eksponencjalna tfutnkcja ciezaru objetos¬ ciowego gleby. Pomiar zmian wilgotnosci gleby w 10 czasie przeprowadzony jest posrednio przez pomiar zmian ciezaru objetosciowego. Pomiary moga byc wykonywane do glebokosci nie wiekszych niz kilka metrów ze wzgledu na trudnosci równoleglego wprowadzenia na wieksze glebokosci rur oslon- 15 nych 15. Przyrzad wedlug wynalazku umozliwia przeprowadzenie pomiaru ciezaru objetosciowego * lub wilgotnosci w cienkich warstwach gleb bez po¬ bierania próbek, przy czym przyrzad nie wymaga pracochlonnego cechowania, co skraca czas pomia- 20 ru nie zmieniajac dokladnosci wyników pomiaru. PL