RU1807439C - Способ аэрогамма - спектрометрической съемки - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет использовать метод аэрогамма-спектрометрической съемки дл  определени  загр зненности верхнего сло  почвы техногенными радионуклидами . Над участком, имеющим сходные с исследуемым ландшафтные услови  и загр зненным искомыми радионуклидами , предварительно выполн ют измерени  интенсивности гамма-излучени  в энергетических интервалах, расположенных в област х спектральных линий гамма- излучени  искомых радионулидов на различных высотах в пределах диапазона высот выполнени  съемки, вычисл ют дл  каждой высоты интенсивность излучени  каждого из искомых техногенных радионуклидов в соответствующих энергетических интервалах и с учетом предварительно полученной зависимости от высоты вычисл ют истинные значени  интенсивности гамма-излучени  искомых техногенных радионуклидов на уровне приведени  на исследуемом участке. 1-Г Ё

Description

Изобретение относитс  к гамма-спектрометрическому методу решени  экологических задач.

Целью изобретени   вл етс  снижение погрешностей АГС определени  интенсивности гамма-излучени  техногенных радионуклидов на фоне естественного гам- ма-излучени  горных пород.

Эта цель достигаетс  тем, что в АГС - способе, включающем измерение высоты полета и измерение интенсивности гамма- излучени  в энергетических интервалах, расположенных -в област х спектральных

линий гамма-излучени  искомых радионуклидов , на модел х ЕРЭ с последующим определением спектральных коэффициентов и коэффициентов уравнений, а также и на исследуемом участке с последующим расчетом по результатам этих измерений интенсивностей гамма-излучени  искомых элементов, приведенных к определенному уровню, предварительно над участком, загр зненным искомыми техногенными радионуклидами и с характерными дл  района съемки ландшафтными услови ми, выполн ют измерени  интенсивностей гамма-из00

о

2

со ю

лучени  во всех указанных выше энергетических интервалах на различных высотах в пределах диапазона высот выполнени  съемки. Дл  каждой высоты вычисл ют интенсивность гамма-излучени  каждого из иско- мых техногенных радионуклидов. Истинные значени  интенсивности гамма-излучени  искомых тёхногенных р адиЬн б исфёду емом районе на уровне приведени  вычисл ют с учетомполученной зависимости. ; С ;

. Дл  осуществлени  предлагаемого способа выполн ютс  следующие операций; . В ыбирают энергетические интервалы в област х спектральных линий гамма-излу- чени  искомых техногенных радионуклидов и ЕРЭ; количество выбранных интервалов должно быть не менее суммарного количества искомых техногенных радионуклидов и

. выбранных энергетических интерва- лах измер ют интенсивность гамма-излучени  моделей ЕРЭ, по результатам этих измерений определ ют значени  спект- ральных коэффициентов и коэффициентов уравнений дл  вычислени  искомых элемен- тов (вычислени  выполн ют в соответствии с имеющимис  нормативно-техническими ;дрку мёнтами).

Йа участкегорныхпород, загр зненном искомыми техногенными радионуклидами и с характерными дл  района съемки ландшафтными услови ми, измер ют наL раз- личных высотах (в пределах диапазона высот съемки) во всех ранее выбранных энергетических интервалах суммарную ин- тенсивность гамма-излучени  искомых техногенных радионуклидов и ЕРЭ; ; Путём исключени  из полученных ре зультатбв значени  интенсивности гамма- излучени  ЕРЭ вычисл ют дл  каждой

высоты, интенсивность гамма-излучени  каждого из искомых техногенных радионуклидов в соответствующих энергетических интервалах;

Над исследуемым участком (район съемки) измер ют во всех выбранных энергетических интервалах суммарную интенсивность гамма-излучени  искомых техногенных радионуклидов и ЕРЭ, а также высоту каждой точки Измерени  (полета);

Дл  каждой точки измерени  вычисл ют в соответствующих энергетических каналах интенсивность гамма-излучени  искомых техногенных радионуклидов и с учетом получений ранее высотной зависимости привод т результаты вычислений к заранее оговоренному уровню над земной поверхностью ./Шл; :.;: 1 Техногенные радионуклиды, как правило , выпадают из атмосферы на поверхность горных пород, а затем проникают в верхний слой почвы. Высотна  зависимость Интенсивности гамма-излучени  такого радионуклида существенно зависит от его распределени  по глубине, и от поглощающих свойств почвы и, естественно, воздуха.

Дл  бесконечной поверхности (тонка  пленка) интенсивность нерассе нного гам- ма-иэлучени  определ етс  как

i :- i« j ;;v;:;o|;-

где г - поверхностна  плотность загр знени ; ei - интегральна  показательна  функци  1-го рода... ; . При практических Измерени х интенсивность гамма-излучени  в некотором энергетическом интервале всегда есть сумма нерассе нного и рассе нного гамма-излучени . Тогда дл  пленки

Г1полн.(ип)0,5 т

|f И (1 +«1 )1 +TWfi1 h(1 .+ )}.

где Ai,ui. %- функций, завис щие от энергии гамма-квантрв и атгомного номера сре

ды.;члл... : ,.,;; -,., -.-. :-.-.,..-..

Расчеты и наши экспериментальные данные показывают; Что высотна  зависимость дл  полной интенсивности гамма-излучени  имеет более пологий вид, Чём дл  нерассе нного гамма-излучени . При этом Дл  пленки эти различи  существеннее, Чем дл  сло . Так, дл  области энергии 0,66 МэВ полна  интенсивность гамма-излучени  на высоте 50 м ослабл етс  вЗ раза, а нерассе нное почти в 8 раз, дл  высоты 100 м эти значени , соответственно, 6 и 20 раз. Дл 

(2)

полупространства эти значени  совершенно иные: полна  интенсивность на высоте

50 м ослабл етс  в 1,6 раза, нерассе нное в

2,2 раза, на высоте 100 м, соответственно,

2,5 и 4 раза.

При экспоненциальном распределении радионуклида в почве по глубине (z)

q(z)-q0e

rfr

(3)

где qo загр знение на поверхности; р- показатель распределени . Интенсивность, гамма-излучени  в этом случае определдет- с  как

А

Ј

iz (« h) |ei О h ) -e / -e,h( 1 + -Ј-) J

где//п -линейный коэффициент поглощени  гамма-излучени  в почве. Коэффициент приведени  интенсивности гамма-излучени  техногенного радионуклида к уровню земной поверхности в зависимости от распределени  его в почве может различатьс  в несколько раз. Распределение по глубине радионуклида, выпавшего на поверхность почвы, зависит от времени и ландшафтных условий (тип почвы, ее проницаемость, режим осадков и т.п.). Именно поэтому и получалась плоха  сопоставимость результатов аэро-и наземных определений цези -137 на разных участках и в разные годы при использовании способа-прототипа. Измерени , выполненные на различных участках, расположенных в различных регионах показали , что показатель степени (линейный коэффициент поглощени  /г) измен етс  в пределах 0,01-0,015. Следовательно, значение коэффициента приведени  дл  высоты 100 м может измен тьс  в пределах от 2,7 до 4,5, что практически исключает возможность корректных определений цези -137 без учета конкретного значени  дл  данного района съемки.

. Дальнейшие по снени  удобнее представить на примере аэрогамма-спектрометрических определений интенсивности гамма-излучени  цези -137 на фоне естественного гамма-излучени  горных пород с приведением результатов измерений к уровню земной поверхности.

Известно, что естественное гамма-излучение горных пород имеет, по крайней мере, три спектральные линии: Еу 2,62 МэВ (торий ), 1,76 МэВ (уран) и 1,46 Мэв (калий). Гамма-излучение цези -137 имеет спектральную линию Е 0.66 МэВ. Следовательно , энергетические Интервалы выбираютс 

biv niv/nav.... bics - О

b2v П2у/П2у 1 ...b2cs 0 (8) b4v n4v/n2v ...b4cs e П4сз/П4сз. 1

Полученные значени  пересчитываютс  50 к энергетическим спектрам npotfl eHHbtx объектов, дл  чего они умножаютс  на без- размерные коэффициенты Atj. Таким образом получаетс  матрица спектральных коэффициентов55

dij«b|jAij.

(9)

; Значени . Nij дл  естественных радиоактивных элементов определ ютс  как

А

Ј

/ -e,h( 1 + -Ј-) J

(4)

в област х именно этих спектральных линий . Конкретные значени  порогов этих интервалов завис т от используемого детектора гамма-излучени .

Дл  удобства примем нумерацию

интервалов по убыванию энергии: NI - 2,62 МэВ, N2- 1,76 МэВ, Мз- 1,46 МэВ и М«- 0,66 МэВ. Тогда

N4MC1C - Р4горн пород(п) N4rop -nopcw(0), (5) где Р4горн-поро - коэффициент приведени  дл  горных пород, т.е. результат изме рени  на высоте ) сначала приводитс  к уровню земной поверхности по алгоритму приведени  дл  горных пород. Интенсивность гамма-излучени  естественных радиоактивных элементов в этом интервале может быть представлена в виде суммы трёх составл ющих: ториёвой, урановой и калие - вой.

N /орн.пород(0) + ,y4v(0) + N4k(0j fgj

Или

Г горн-поро (0) d4iNlT + d4yN2v.+ d4kN3k (7)

где d4j безразмерные коэффициенты, определ емые по результатам измерений на модел х. Значени  d4j и NIJ определ ютс  следующим образом.

, Во всех выбранных энергетических ин- тер валах измер етс  интенсивность гамма-излучени  моделей естественных

радиоактивных элементов. По результатам этих измерений вычисл ютс  спектральные коэффициенты, как отношени  приращени  интенсивностей гамма-излучени  данной модели 0) в каждом интервале (I) щ к приращению интенсивности гамма-излучени  этой модели в своем интервале (2,62 МзВ - ториева  и т.д.). Таким образом образуетсй матрица модельных спектральных коэффи циентов- ; . ,:. ...- .;, ;. .....; ....:; , .-;. ; .щ (Ю)

SBjiNi,

./... ..-....

где BIJ- элементы матрицы, обратной исходной (9).

Значени  BJI вычисл ютс  обычным способом (например, по уравнени м Крамера). Дл  определени  значений Nit, №v и Nsk достаточно воспользоватьс  измерени ми в первых трех каналах.

После того, как определен вклад естественных радиоактивных элементов не представл ет труда определить и интенсивность гамма-излучени  искомого техногенного радионуклида на данной высоте. Выполнив измерени  на нескольких высотах, можно определить и высотную зависимость интенсивности гамма-излучени  искомого радионуклида дл  данного энергетического интервала дл  данных ландшафтных условий.

Р|иск(г,) (п).

(11)

Полученную зависимость можно использовать при приведении результатов аэрогамма-спектрометрических определений искомого техногенного радионуклида на участке съемки с подобными ландшафтными услови ми.

Приведение результатов аэрогамма-спектрометрических определений техногенных радионуклидов к уровню земной поверхности может быть осуществлено либо на стадии обработки результатов съемки на ЭВМ, либо непосредственно на борту летательного аппарата. Первый метод предполагает запись и внесение в пам ть ЭВМ высотной зависимости1 интенсивности гамма-излучени  техногенного радионуклида с последующим использованием этой зависимости при обработке материалов съемки. Второй метод требует введени  в аэрогамма-спектрометр дополнительных узлов и дополнительной настройки прибора. В спектрометр вводитс  еще один измерительный канал дл  измерени  интенсивности гамма-излучени  в области спектральной линии це- зи -137 Е - 0.66 МэВ (0,6-0,74 МэВ), который по своему составу ничем не отличалс  от уже имевшихс  измерительных каналов . В счетно-решающее устройство добавл етс  звено, обеспечивающее исключение из сигнала этого дополнительного измерительного канала составл ющей, обусловленной гамма-излучением горных „пород. Выходной сигнал этого звена проходит через дополнительное множительное устройство, коэффициент передачи которого регулируетс  сигналом радиовысотомера через блок согласовани  и функциональный преобразователь.

Сопоставление результатов аэрогамма- спектрометрической съемки с использованием предлагаемого способа с известными данными по загр зненности территории це- зием-137 дали хорошую сходимость. Так, дл  полигона Левобережье Днепра (площадь 100 кв.км) коэффициент коррел ции аэроданных и наземных по цезию-137 составил 0,94.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ аэрогамма-спектрометрической съемки, включающий измерение

   высоты полета, интенсивности гамма-излучени  в энергетических интервалах спектральных линий гамма-излучени  искомых радионуклидов на модел х естественных радиоактивных элементов с последующим

   определением спектральных коэффициентов и коэффициентов уравнений и на исследуе- мом участке с последующим расчетом по результатам выполненных измерений интенсивности гамма-излучени  искомых радионуклидов , приведенной к определенному уровню надземной поверхностью (уровень приведени ), от л и ч а ю щи йс  тем, что, с целью повышени  точности определени  интенсивности гамма-излучени 

   техногенных радионуклидов на фоне естественного гамма-излучени  горных пород, предварительно выполн ют измерени  интенсивности гамма-излучени  в указанных энергетических интервалах на различных

   высотах в пределах диапазона высот выполнени  съемки над участком, загр зненным искомыми техногенными радионуклидами и с характерным дл  района съемки ландшафтом, вычисл ют дл  каждои высоты интенсивность гамма-излучени  каждого из искомых радионуклидов в соответствующих энергетических интервалах и с учетом предварительно полученных зависимостей от высоты вычисл ют истинные значени  интенсивности гамма-излучени  искомых техногенных радионуклидов на уровне приведени  на исследуемом участке .