Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений и может быть использовано в геохимии, в геофизике, в сейсмологии при краткосрочном прогнозировании землетрясений, в радиоэкологии при инженерно-экологических изысканиях. Техническим результатом при использовании данного изобретения является упрощение способа, повышение достоверности измерений. Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах основан на модельных представлениях о переносе радона в пористых средах, причем одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1 м друг от друга. Измерения в одной точке производят на глубине h₁ от 0,2 до 0,5 м, а в другой - на глубине h₂=2h₁, а затем определяют эффективный коэффициент диффузии радона.

 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к определению эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах, и может быть использовано в геохимии, в геофизике, в сейсмологии при краткосрочном прогнозировании землетрясений, в радиоэкологии при инженерно-экологических изысканиях.

Существующие способы определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах основаны на диффузионном уравнении переноса и измерении концентрации радона, требуют при измерении в натурных условиях достаточно мощного источника радона, а в лабораторных условиях - конструирования специальной герметичной установки и длительного времени измерения (3-4 недели).

Известен способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах в натурных условиях, выбранный в качестве прототипа, и заключающийся в том, что в грунте создают мгновенный источник радона, измеряют через определенные промежутки времени поровую концентрацию радона в точке наблюдения, определяют момент времени, когда концентрация радона достигает в этой точке максимального значения и рассчитывают эффективный коэффициент диффузии радона по формуле, полученной в работе (Ю.П.Булашевич, Н.П.Карташов. Определение коэффициента диффузии радона в горных породах методом мгновенного источника. Изв. АН СССР. Сер. физика земли, N10, 1967, с.71-76) для точечных источника радона и детектора

где h - глубина, на которой создается мгновенный точечный источник радона;

{х, у, z} - координаты точки наблюдения, где располагается детектор; ;

t_max - промежуток времени, за который концентрация радона в точке наблюдения достигает максимального значения.

Недостатками известного способа являются: 1) необходимость использования достаточно мощного источника радона; 2) изготовление специального устройства для мгновенного ведения радона на заданную глубину почвогрунта; 3) проведение измерений поровой концентрации радона через каждый час в течение сравнительно продолжительного времени (не менее суток); 4) достаточно большая (до 40% и более) погрешность определения коэффициента диффузии, обусловленная, главным образом, конечными размерами используемых в опыте источника радона и детектора.

Задачей изобретения является разработка простого, дешевого и достоверного способа определения эффективного коэффициента диффузии радона.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения эффективного коэффициента диффузии радона, основанном на диффузионной модели переноса радона в пористых средах [Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л., 1975, 406 с.], согласно изобретению 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;

А₂ - объемная активность радона на глубине h₂, Бк/м³;

h₁ - глубина измерения в первой точке, м;

D_e - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона, м²/с;

λ - постоянная распада радона, с^-1.

Ограничение на максимальное расстояние между двумя точками измерения, равное 1 м, обусловлено тем, что свойства грунтов при измерениях должны быть одинаковыми. Минимальное расстояние, равное 0,2 м, связано с техническими сложностями проведения измерений на меньших расстояниях. Рекомендуемые глубины измерений от 0,2 до 1 м обусловлены следующими причинами: 1) на таких глубинах объемная активность радона изменяется достаточно быстро, что позволяет снизить погрешность определения эффективного коэффициента диффузии радона; 2) глубина h₁, на которой производится первое измерение, не должна быть меньше 0,2 м, т.к. на меньших глубинах велико влияние атмосферных условий, что приводит к снижению достоверности полученных результатов; 3) с увеличением глубины измерений больше 1 м повышается их стоимость и снижается точность определения эффективного коэффициента диффузии радона.

Измеряемые значения объемной активности радона автоматически учитывают конвективный перенос почвенных газов в реальных климатических и погодных условиях и физико-геологические свойства грунтов, не требуют изготовления специального источника радона, а использование глубин, отличающихся в 2 раза, позволяет определить эффективный коэффициент диффузии радона из простого аналитического выражения (2).

Таким образом, предлагаемый способ определения эффективного коэффициента диффузии радона является простым и дешевым, т.к. не требует проведения непрерывных и достаточно длительных измерений, связанных с определением момента времени, когда концентрация радона достигает максимального значения. Предлагаемый способ является достоверным, т.к. найденные из выражения (2) значения эффективного коэффициента диффузии радона не содержат погрешностей, связанных с конечными размерами источника и детектора, а также автоматически учитывают конвективный перенос радона и геофизические параметры грунта, влияющие на величину эффективного коэффициента диффузии радона.

Для описания переноса радона в почвогрунтах разработана диффузионная модель [Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л., 1975, 406 с.], которая хорошо апробирована на практике и широко используется при поиске урановых руд и оценках радоноопасности территорий. В соответствии с этой моделью распределение объемной активности радона по глубине описывается выражением

где z - глубина, м;

А_∞ - равновесная объемная активность радона, Бк/м³;

D_e - эффективный коэффициент диффузии радона, м²/с;

λ - постоянная распада радона, с^-1.

Если известны значения объемной активности радона на двух различающихся в два раза глубинах, то, используя выражение (3), можно получить формулу (2) для определения эффективного коэффициента диффузии радона.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для измерений объемной активности радона в почвенном воздухе выбрали площадку, расположенную в пригороде г.Томска, на которой прорубили два шпура на расстоянии 0,5 м друг от друга специально изготовленным буром. Первый шпур глубиной 20 см (h₁), второй глубиной 40 см (h₂) и оба диаметром 5,5 см. В каждый шпур помещали индивидуальный пассивный радиометр радона (ИПРР) с нитроцеллюлозным трековым детектором α-частиц, входящий в комплекс средств измерений интегральной объемной активности Rn²²² в воздухе трековым методом (АИСТ-ТРАЛ, Санкт-Петербург). Шпуры герметично закрывали сверху и выдерживали в течение трех суток. Затем ИПРР вынимали и определяли объемную активность радона первого (A₁) и второго (А₂) трековых детекторов согласно инструкции по эксплуатации комплекса АИСТ-ТРАЛ. Измеренное значение A₁=3,88 кБк/м³, А₂=8,32 кБк/м³. Эффективный коэффициент диффузии радона, рассчитанный по формуле (2), составил 4,44·10^-7 м²/с.

Способ определения эффективного коэффициента диффузии радона в почвогрунтах (D_e), основанный на модельных представлениях о переносе радона в пористых средах, отличающийся тем, что одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1 м друг от друга, причем, измерение в одной точке производят на глубине h₁ от 0,2 до 0,5 м, а в другой - 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;

D_e - эффективный (объемный) коэффициент диффузии радона, м²/с;

λ - постоянная распада радона, с^-1.