RU1783396C - Способ измерени влажности органогенной почвы - Google Patents

Abstract

Использование: контроль влажности по- чвогрунтов. Сущность изобретени : облучают на требуемой глубине почву быстрыми нейтронами изотопного источника Регистрируют поток замедлившихс  нейтронов в надтепловой области спектра с последующим определением водородосодержани  почвы. Регистрируют рассе нное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов водородом в двух област х энергетического спектра: жесткой 0,4-0,3 МэВ с после дующим определением плотности почвы и м гкой 0,2-0,05 МэВ с последующим определением зольности почвы. По полученным значени м водородосодержани , плотности и зольности рассчитывают влажность почвы 3 ил., 2 табл.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к сельскому хоз йству и может быть использовано дл  контрол  водного режима почвогрунтов на орошаемых массивах

Известен способ измерени  влажности почвогрунтов, основанный на эффекте замедлени  быстрых нейтронов в процессе упругого рассе ни  на  драх водорода, со.- держащегос  во влаге материала, и регистрации потока медленных нейтронов.

Недостатком известного способа  вл ютс  отсутствие коррекции по плотности и непригодность дл  органогенных почв, содержащих водород в твердой фазе.

Наиболее близким к изобретению техническим решением  вл етс  способ измерений влажности органогенной почвы, закл ючающийс  в облучении почвы быстрыми нейтронами изотопного источника и регистрации потока медленных нейтронов вблизи источника и рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов

на инверсионном рассто нии от источника нейтронов с последующим расчетом влажности по отношению скоростей счета медленных нейтронов и гамма-квантов.

Однако на результаты измерений влажности вли ет химический состав органогенной почвы, в частности ее минеральной компоненты, а также различие в замедл ющей способности по отношению к нейтронам водорода свободной воды и водорода органических соединений, слагающих твердую фазу, что в совокупности снижает точность измерений, особенно в почвах малой влажности.

Цель изобретени  - повышение точности измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в известном способе измерени  влажности органогенной почвы, включающем облучение почвы быстрыми нейтронами изотопного источника и регистрацию nofOKa замедлившихс  нейтронов вблизи источних4

00

со

СдЭ

ю о

ка и рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов на инверсионном рассто нии от источника нейтронов с последующим расчетом влажности по отношению интенсивностей потоков замедлившихс  нейтронов и гамма-квантов, регистрируют интенсивность потока замедлившихс  нейтронов в надтепловой области энергетического Спектра, регистрируют рассе нное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов в двух област х энергетического спектра, жесткой 0,4-0,3 МэВ и м гкой 0,20-0,05 МэВ, по измеренной интенсивности потока гамма-излучени  в жесткой области определ ют плотность почвы, по измеренной интенсивности потока гамма- излучени  в м гкой области определ ют зольность почвы, по измеренной интенсивности потока надтепловых нейтронов определ ют водородосодержание почвы, а по полученным значени м водородосодержа- ни , плотности и зольности р ассчитывают влажность органогенной почвы.

Различие в замедл ющей способности по отношению к нейтронам водорода воды и органических соединений (твердой фазы) про вл етс  лишь в энергетическом интервале от ,0,1 до 0,025 эВ. Поэтому, осуществл   регистрацию интенсивности потока замедлившихс  нейтронов в надтепловой области энергетического спектра (0,1 + 1 эВ), можно полностью устранить вли ние на результаты измерений различий в замедл ющей способности водорода твердой фазы и влаги и тем самым повысить точность измерений влажности органогенной почвы.

Наличие в твердой фазе органогенной почвы не только органической, но и минеральной компоненты приводит к необходимости учета также и зольности торфа, характеризуемой весовым содержанием минеральных компонентов в сухом веществе Ас. С учетом этого фактора выведена следующа  расчетна  формула дл  содержани  водорода в единице объема среды Н, которое может быть измерено в результате применени  нейтронного метода1

H + K2p(1-W) (1-Ac),

0)

где р- плотность почвы, кг/м ,

W - относительна  весова  влажность,

%:

Ki.Ka - коэффициенты, учитывающие весовое содержание водорода соответственно в воде и твердой фазе почвы,

Из формулы (1) следует, что дл  определени  весовой влажности органогенной почвы необходимо знать ее плотность и зольность , Измерить плотность и зольность органогенной почвы нейтронным методом можно, осуществив разделение энергетических полос спектра рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов на жесткую (энерги  гамма-квантов 0,4- 0,3 МэВ) и м гкую (0,20-0,05 МэВ) составл ющие при его исходной энергии 2,2 МэВ.

При этом регистрируемое рассе нное гамма-излучение в полосе спектра от 0,4 до 0,3 МэВ определ етс  в основном плотностью почвы и не зависит от ее зольности, тек как в этом интервале энергии преобладающим процессом  вл етс  комптоновское рассе ние , На фиг.1 представлена зависимость интенсивности рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов от плотности торф ной почвы.

Начина  от энергии 0,2 МэВ и менее преобладающим процессом взаимодействи  гамма-квантов с веществом  вл етс  фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект ), и, как следствие, интенсивность рассе нного гамма-излучени  определ етс  зольностью почвы. На фиг.2 представлена зависимость интенсивности рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов от объемной зольности торф ной

почвы. В свою очередь, объемна  зольность св зана с зольностью на сухое вещество следующим выражением:

35

A Ac/o(1-W).

(2)

Преобразу  формулу (1) с учетом формулы (2), получают

H Ki pW + «2 p(1-W) x 40,,А ч,.

х (1-p(1-W))(3)

или

H KipW+K2p(1-W)-K2A.(4)

Провед  соответствующие преобразовани  формулы (4) и замен   Ki - Ка на аи K2/(Ki - К2) на Д получают следующее выражение дл  определени  относительной весовой влажности в процентах:

л

100%. (5)

W

Таким образом, использу  поток быст- рых нейтронов, одновременно измер ют в одном и том же объеме органогенной почвы водородосодержание, плотность и зольность и определ ют ее относительную весовую влажность.

Изобретение осуществл етс  с помощью устройства, показанного на фиг.З.

Устройство включает измерительный преобразователь 1, контрольно-защитный блок 2 и программно-вычислительное устройство 3. Измерительный преобразователь 1 содержит источник 4 быстрых нейтронов, детектор 5 замедлившихс  нейтронов , детектор 6 гамма-квантов, амплитудные дискриминаторы 7-9 Детектор 5 замедлившихс  нейтронов расположен в непосредственной близости от источника 4 быстрых нейтронов (нулевой зонд), а детектор 6 гамма-квантов удален от него на инверсионное рассто ние (ъ20 см). Измерительный преобразователь 1 конструктивно совмещен с контрольно-защитным блоком 2 и посредством кабел  соединен с программно-вычислительным устройством 3.

Измерительный преобразователь 1 извлекают из контрольно-защитного блока 2 и ввод т в органогенную почву на требуемую глубину. Поток быстрых нейтронов от источника 4, замедл  сь на  драх водорода, преобразуетс  в поток замедлившихс  нейтронов , которые регистрируютс  детектором 5. Замедлившись до тепловой энергии, нейтроны захватываютс   драми элементов , которые возбуждаютс  и, переход  затем в основное состо ние, испускают гамма-кванты, которые в свою очередь претерпевают рассе ние, поглощение и т.п. акты взаимодействи  с веществом, в данном случае с почвой, и их интенсивность регистрируют детектором 6. Сигналы с выходов детекторов замедлившихс  нейтронов и гамма-квантов, прошедшие через амплитудные дискриминаторы 7-9 и несущие информацию об интенсивност х надтепло- вых нейтронов, жестких и м гких гамма- квантов радиационного захвата нейтронов, т.е. соответственно с водйродосодержа- ни , плотности и зольности одного и того же объема органогенной почвы, одновременно поступают на соответствующие входы программно-вычислительного устройства 3, где по соответствующему алго1- ритму (см. формулу 5) происходит обработка полученной информации и определ етс  относительна  весова  влажность органогенной почвы.

П р и м с р 1 Проводили измерение влажности осушенной почвы (торф различного типа м вида, степени разложени  и зольности). Коэффициенты а и /3, учитывающие содержание водорода в твердой фазе почвы, принимались равными 0,05 и 1,2.

Дл  получени  сравнительных данных параллельно в точках, где проводились измерени  влажности способом-прототипом,

отбирались пробы почвы с последующим определением их влажности гермостатно- весовым методом (ГОСТ 11305-65). Данные

приведены в табл.1.

5Из табл.1 следует, что результаты измерени  влажности торф ной почвы предлагаемым способом более близки к результатам, полученным методом термостатной сушки, чем результаты, полученные с помощью

0 способа-прототипа. Следовательно, использование предлагаемого способа значительно повышает точность измерений в торф ных почвах малой влажности.

П р и м е р 2. Предлагаемым способом

5 производили измерени  влажности неосушенной торф ной почвы, сравнива  полученные значени  с результатами, определенными способом-прототипом и методом отбора проб с последующей термостатной

0 сушкой. Полученные данные приведены R табл.2.

Из табл 2 видно, что результаты измерений влажности предлагаемым способом и способом-прототипом близки к результэ5 там, полученным методом отбора проб с последующей термостатной сушкой, и незначительно различаютс  между собой. Это можно объ снить тем, что в области высоких водородосодержаний (большой

0 влажности), характерных дл  неосушенной торф ной почвы, водород твердой фазы и зольность оказывают менее заметное вли ние на результат измерений влажности нейтронными методами. Однако примене5 ние предлагаемого способа все же предпочтительней , так как его относительна  погрешность меньше погрешности способа-прототипа .

Использование предлагаемого способа

0 измерени  влажности органогенной почвы позвол ет по сравнению с существующим повысить точность измерений, что, в свою очередь, обеспечивает надежность и достоверность получаемых результатов

5

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ измерени  влажности органогенной почвы, включающий облучение на требуемой глубине почвы быстрыми нейтро0 нами изотопного источника, регистрацию потока замедлившихс  нейтронов вблизи источника и потока рассе нного гамма-излучени  радиационного захвата нейтронов водородом на инверсионном рассто нии

   5 от источника нейтронов с последующим расчетом значени  влажности по измеренным величинам потоков излучений, отличающийс  тем, что с целью повышени  точности измерений, регистрируют поток замедлившихс  нейтронов в надтепловой

   области их энергетического спектра, регистрируют рассе нное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов водородом в двух област х энергетического спектра, жесткой 0,4-0,3 МэВ и м гкой 0,20-0,05 МэВ, по измеренной интенсивности потока гамма-излучени  в жесткой области определ ют плотность почвы, по измеренной

   Таблица 1

   Сравнение результатов определени  влажности осушенной торф ной почвы различными

   методами

   интенсивности потока гамма-излучени  в м гкой области определ ют зольность почвы , по измеренной интенсивности потока надтепловых нейтронов определ ют водо- родосодержание почвы, а по полученным значени м водородосодержани , плотности и зольности рассчитывают влажность органогенной почвы.

   Таблица 2

   Сравнение результатов определени  влажности неосушенной торф ной почвы различными

   методами

   А/ Ш3 им/с

   -0,4-О.ЬМэб

   57

   Фиг i

   р-Ю кг/мМ10 . имп/с

   в

   20

   40

   иг 2

   ,г-0.05Мэ6

   BO A,KS/M