RU2470327C1 - Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте - Google Patents
Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте Download PDFInfo
- Publication number
- RU2470327C1 RU2470327C1 RU2011128256/28A RU2011128256A RU2470327C1 RU 2470327 C1 RU2470327 C1 RU 2470327C1 RU 2011128256/28 A RU2011128256/28 A RU 2011128256/28A RU 2011128256 A RU2011128256 A RU 2011128256A RU 2470327 C1 RU2470327 C1 RU 2470327C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- radon
- thoron
- diffusion
- toron
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте. Сущность изобретения заключается в том, что на исследуемом участке измеряют плотность потока торона с поверхности грунта, объемную активность торона в почвенном воздухе на глубине не менее 10 см, пористость грунта, а затем эффективный коэффициент диффузии радона и торона в грунте определяют из выражения
где qTn - плотность потока торона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1; АTn - объемная активность торона в почвенном воздухе, Бк м-3; De - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона и торона, м2 с-1; η - пористость грунта, отн. ед.; λTn - постоянная распада торона, с-1. Технический результат - повышение достоверности измерения и упрощение способа измерения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте, и может быть использовано в радиоэкологии, геоэкологии, геохимии, геофизике, в строительстве при инженерно-экологических изысканиях.
Известен способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона в грунте в полевых условиях [Булашевич Ю.П., Карташов Н.П. Определение коэффициента диффузии радона в горных породах методом мгновенного источника. // Изв. АН СССР. Сер. физика земли. 1967, №10, С.71-76], заключающийся во введении мощного мгновенного источника радона на определенную глубину с последующим измерением изменения во времени активности радона в точке детектирования. Затем фиксируют момент времени, в который измерена максимальная активность радона и рассчитывают эффективного коэффициента диффузии радона из выражения
h - глубина, на которую вводят мгновенный источник радона, м;
х, у, z - координаты точки детектирования, м;
tmax - промежуток времени, за который активность радона в точке детектирования достигает максимального значения.
Недостатками известного способа являются: 1) необходимость использования достаточно мощного источника радона; 2) использование специального устройства для мгновенного ведения радона на заданную глубину грунта; 3) большая длительность одного измерения (не менее суток); 4) большая погрешность определения коэффициента диффузии, связанная с конечными размерами используемых в опыте источника радона и детектора.
Известен способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах [Патент РФ №2332687, G01T 1/178, опубл. 27.08.2008], выбранный в качестве прототипа, основанный на диффузионной модели переноса радона в пористых средах и заключающийся в том, что одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 м до 1 м друг от друга, причем измерение в первой точке производят на глубине h1 от 0,2 м до 0,5 м, а во второй - на глубине h2=2h1, а затем эффективный коэффициент диффузии радона определяют из выражения
где A1 - объемная активность радона на глубине h1, Бк/м3;
A2 - объемная активность радона на глубине h2, Бк/м3;
h1 - глубина, на которой производят первое измерение, м;
De - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона, м2/с;
λ - постоянная распада радона, с-1.
Недостатками известного способа-прототипа являются: 1) ограниченность условий применения: только при скорости адвективного переноса радона υ=0 см/с, поскольку используется упрощенная диффузионная модель переноса и игнорируется адвективный процесс переноса, хотя в реальных условиях υ может достигать 4·10-4 см/с и более [Яковлева B.C., Рыжакова Н.К. Оценка скорости конвекции радона в грунтах по измеренным значениям поровой активности. // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2003, №5, с.466-469]; 2) огромная погрешность оценок эффективного коэффициента диффузии радона, например, при наличии адвективных потоков в грунте со скоростью υ=4·10-4 см/с оценки De по формуле (2) получаются заниженными в ~80 раз, по сравнению с истинным значением.
Задачей изобретения является разработка простого и достоверного способа измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте.
Поставленная задача решена за счет того, что способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте, также как и в прототипе, основан на диффузионной модели переноса радона в пористых средах.
Согласно изобретению измеряют на исследуемом участке плотность потока торона с поверхности грунта, объемную активность торона в почвенном воздухе на глубине не менее 10 см и пористость грунта, а затем эффективный коэффициент диффузии радона и торона в грунте определяют из выражения:
где qTn - плотность потока торона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;
АTn - объемная активность торона в почвенном воздухе, Бк м-3;
De - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона и торона, м2 с-1;
η - пористость грунта, отн. ед.;
λTn - постоянная распада торона, с-1.
Физико-химические свойства радиоактивных газов радона и торона практически не отличаются [Сердюкова А.С., Капитанов Ю.Т. Изотопы радона и короткоживущие продукты их распада в природе. - М.: Атомиздат, 1979. - 294 с.], поэтому коэффициенты диффузии радона и торона являются при одних и тех же условиях одинаковыми.
Из-за различий в ядерно-физических характеристиках радона и торона, а именно в периодах полураспада, торон обладает большим преимуществом для использования его в предлагаемом способе, по сравнению с радоном. Согласно исследованиям [Яковлева B.C. Моделирование влияния состояния атмосферы и литосферы на динамику плотности потока радона и торона с поверхности земли. // Известия ТПУ. 2010, Т. 317, №2, С.162-166] было получено, что плотность потока торона с поверхности грунта практически не зависит от скорости адвекции υ почвенных газов (не более 2,6% в широком диапазоне значений 0<υ<10-3 см/с) и изменяется только с изменением коэффициента диффузии. Это проиллюстрировано графиками, изображенными на фиг.1, где видно, что плотность потока торона (кривая 1) практически не изменяется при изменении скорости адвекции в широком диапазоне значений, так же как и объемная активность торона на глубине 10 см (кривая 2). Таким образом, для определения De можно использовать диффузионную модель переноса изотопов радона в пористых средах и рассчитывать эффективный коэффициент диффузии радона и торона в грунте из простого аналитического выражения (3).
Ограничение на минимальную глубину измерения обусловлено тем, что объемная активность торона в почвенном воздухе на глубине ~10 см достигает своего равновесного значения, при котором торон находится в радиоактивном равновесии с материнским радионуклидом 224Ra, образующимся в природной цепочке 232Th, и далее не изменяется с глубиной и не зависит от скорости адвекции υ (фиг.1, кривая 2). При измерениях на меньших глубинах увеличивается погрешность оценки эффективного коэффициента диффузии.
Таким образом, предлагаемый способ является: 1) простым, постольку не требует использования мощного источника радона и специального устройства для мгновенного ведения радона на заданную глубину грунта; 2) достоверным, поскольку не содержит погрешностей, связанных с влиянием скорости адвективного переноса почвенных газов на результат измерения.
На фиг.1 представлена зависимость плотности потока торона с поверхности грунта и объемной активности торона в почвенном воздухе на глубине 10 см от скорости адвекции почвенных газов, где кривая 1 соответствует плотности потока торона с поверхности грунта, а кривая 2 соответствует объемной активности торона в почвенном воздухе на глубине 10 см.
Изобретение иллюстрируется следующим примером:
Для измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте выбрали площадку, расположенную около института мониторинга климатических и экологических систем г.Томска. На грунт установили устройство (патент РФ №97540), содержащее накопительную камеру объемом 3,14 л, высотой 0,1 м и площадью основания S=3,14·10-2 м2, с расположенным внутри нее сцинтилляционным альфа-детектором БДПА-01 (НТЦ «Радэк»), который регистрирует электрические импульсы от попавшего внутрь него альфа-излучения. Импульсы усиливаются блоком усиления сигнала и передаются в счетчик для подсчета и затем передаются в ЭВМ для программной обработки. ЭВМ содержит программу для перевода количества зарегистрированных импульсов от альфа-излучения в скорость счета импульсов и определения плотности потоков радона и торона по алгоритму, основанному на анализе кривой роста скорости счета импульсов от альфа-излучения внутри накопительной камеры, а также на расчетных данных, полученных при решении системы уравнений баланса объемной активности радона, торона и продуктов их распада внутри накопительной камеры [Яковлева B.C., Зюбин С.А., Каратаев В.Д. Динамика радона и продуктов его распада внутри накопительной камеры для измерения плотности потока с поверхности земли. // Становление и развитие научных исследований в высшей школе: Сборник трудов международной научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора А.А.Воробьева. - Томск: ТПУ, 2009 - T.1. - С.214-221]. Определенное программой значение плотности потока торона с поверхности исследуемой площадки составило 2,5 Бк м-2 с-1. Затем произвели измерение объемной активности торона в почвенном воздухе на глубине 15 см с помощью радиометра радона и торона RTM 2200 (SARAD GmbH, Германия) в соответствии с инструкцией по измерению радона и торона в грунте, прилагаемой к данному радиометру. Измеренное радиометром радона и торона RTM 2200 значение объемной активности торона ATn составило 30,7 кБк м-3. Затем был произведен отбор пробы поверхностного грунта и произведено измерение пористости грунта в лабораторных условиях в соответствии со стандартной методикой [Механика грунтов. / Под общ. ред. проф. Б.И.Далматова. - М.: Изд-во АСВ, СПб.; СПбГАСУ, 2000. 201 с.], при этом измеренное значение пористости грунта η составило 0,42. Эффективный коэффициент диффузии радона и торона в грунте De, рассчитанный из выражения (3), составил 3,02·10-6 м-1.
Claims (1)
- Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте, основанный на диффузионной модели переноса радона в пористых средах, отличающийся тем, что на исследуемом участке измеряют плотность потока торона с поверхности грунта, объемную активность торона в почвенном воздухе на глубине не менее 10 см, пористость грунта, а затем эффективный коэффициент диффузии радона и торона в грунте определяют из выражения:
где qTn - плотность потока торона с поверхности грунта, Бк м-2 с-1;
АTn - объемная активность торона в почвенном воздухе, Бк м-3;
De - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона и торона, м2 с-1;
η - пористость грунта, отн. ед.;
λTn - постоянная распада торона, с-1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011128256/28A RU2470327C1 (ru) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011128256/28A RU2470327C1 (ru) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2470327C1 true RU2470327C1 (ru) | 2012-12-20 |
Family
ID=49256636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011128256/28A RU2470327C1 (ru) | 2011-07-07 | 2011-07-07 | Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2470327C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2106641A (en) * | 1981-08-03 | 1983-04-13 | Enea | Monitoring radon and thoron daughters |
JPH0755950A (ja) * | 1993-08-18 | 1995-03-03 | Harumi Araki | ラドン・エマネーションの測定方法及び地中探査方法 |
RU2068186C1 (ru) * | 1992-10-16 | 1996-10-20 | Евгений Борисович Чинский | Способ выявления современного геодинамического состояния горного массива |
RU2093857C1 (ru) * | 1992-10-07 | 1997-10-20 | Сергей Яковлевич Шевченко | Способ определения радиоактивности газа и устройство для его осуществления |
RU2332687C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах |
-
2011
- 2011-07-07 RU RU2011128256/28A patent/RU2470327C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2106641A (en) * | 1981-08-03 | 1983-04-13 | Enea | Monitoring radon and thoron daughters |
RU2093857C1 (ru) * | 1992-10-07 | 1997-10-20 | Сергей Яковлевич Шевченко | Способ определения радиоактивности газа и устройство для его осуществления |
RU2068186C1 (ru) * | 1992-10-16 | 1996-10-20 | Евгений Борисович Чинский | Способ выявления современного геодинамического состояния горного массива |
JPH0755950A (ja) * | 1993-08-18 | 1995-03-03 | Harumi Araki | ラドン・エマネーションの測定方法及び地中探査方法 |
RU2332687C1 (ru) * | 2007-05-14 | 2008-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Köhli et al. | Footprint characteristics revised for field‐scale soil moisture monitoring with cosmic‐ray neutrons | |
Benmansour et al. | Assessment of soil erosion and deposition rates in a Moroccan agricultural field using fallout 137Cs and 210Pbex | |
Koike et al. | Increased radon-222 in soil gas because of cumulative seismicity at active faults | |
Andreasen et al. | Modeling cosmic ray neutron field measurements | |
Sabbarese et al. | Development of radon transport model in different types of dwellings to assess indoor activity concentration | |
CZ28361U1 (cs) | Zařízení pro sledování a vyhodnocování změn v zemské litosféře a atmosféře | |
Tsabaris et al. | An in-situ gamma-ray spectrometer for the deep ocean | |
WO2013155075A1 (en) | Heap monitoring | |
CN103678778A (zh) | 一种放射性物化探信息综合方法 | |
Haas et al. | The science case for 37Ar as a monitor for underground nuclear explosions | |
Khodadadi et al. | Understanding deforestation impacts on soil erosion rates using 137Cs, 239+ 240Pu, and 210Pbex and soil physicochemical properties in western Iran | |
Przylibski et al. | Testing of 222Rn application for recognizing tectonic events observed on water-tube tiltmeters in underground Geodynamic Laboratory of Space Research Centre at Książ (the Sudetes, SW Poland) | |
Taniguchi et al. | Assessment methodologies of submarine groundwater discharge | |
CN105842426B (zh) | 一种利用石林来计算喀斯特地区土壤侵蚀或堆积量的方法 | |
Huxtable et al. | Measuring radon-222 in soil gas with high spatial and temporal resolution | |
RU2470327C1 (ru) | Способ измерения эффективного коэффициента диффузии радона и торона в грунте | |
RU2332687C1 (ru) | Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах | |
He et al. | Alternative methods and radionuclides for use in soil-erosion and sedimentation investigations | |
Carlo et al. | Testing the radon-in-water probe set-up for the measurement of radon in water bodies | |
Cosma et al. | Measurement of radon potential from soil using a special method of sampling | |
Haquin et al. | Monte Carlo modeling of scintillation detectors for continuous underground radon monitoring | |
Benkovitz et al. | The dynamics of Rn-222 cyclic flow within the shallow geological subsurface media as a daily temporal variated source for exhalation into the air | |
Galeriu et al. | Radon, as a tracer for mixing height dynamics-an overview and RADO perspectives | |
Gianessi et al. | Assessment of a new non-invasive soil moisture sensor based on cosmic-ray neutrons | |
Kumar et al. | Soil gas survey in and around Shanchiao fault of northern Taiwan for establishing continuous monitoring station |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130708 |