[发明专利]一种利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的方法及装置

摘要

一种利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的方法及装置，通过建立氡在土壤中运移与分布的微分方程，对表层土壤采样，再利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律，建立变化规律算式，改变测量装置体积得到不同测量体积下测量装置内氡浓度的变化，计算得出氡的产生率A和土壤孔隙率η，再利用计算得出的氡的产生率A和土壤孔隙率η计算出土壤潜势氡浓度。本发明利用测量装置内n个测量周期的值进行非线性拟合，无需等装置内氡浓度稳定，节省了测量时间，采样测量过程及计算方法简单，降低了测量难度，节约了测量成本。

主权项

1.一种利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的方法，其特征在于：包括采样过程和测量计算过程；S1、采样过程：利用通过螺纹连接有环刀手柄、体积为V的钢制环刀，切割自然状态的土壤，使土样充满其中，不可左右摇动，以使土壤自然结构不被破坏，直到环刀全部压入土中，然后用小铲将环刀从土中挖出，取下手柄，并用小刀仔细沿环刀两端边缘修整削平，切除多余的土壤；修整完成后，将取好样的环刀上端盖上滤膜，下端盖上密封盖，然后再通过螺纹连接环刀手柄，将土壤切割装置通过管道与测氡仪和气泵连接，组成一个闭环气路测量装置；S2、测量计算过程：在一维稳定状态下，只考虑均匀土壤介质中氡的扩散作用，建立氡在土壤中运移与分布的微分方程如下：式中，De为氡的有效扩散系数，单位为m2·s‑1；C(x)为土壤中深度为x处的氡浓度，单位为Bq·m‑3；x为土壤深度，单位为m；λ为氡的衰变常数，其值为2.1×10‑6s‑1；η为土壤孔隙率，其为无量纲数；A为土壤中氡的产生率，单位为Bq·m‑3·s‑1；由于土壤表面空气氡浓度很低，得到边界条件：C|x＝0＝0.土壤无穷深处，土壤氡浓度仍然不可能为无穷大，得到边界条件：C|x＝∞有界；对式(1)求解并带入边界条件得到：土壤氡潜势为土壤无穷深处的氡浓度，即：启动气泵，将测量系统内氡混合均匀，考虑泄漏和反扩散效应，测量系统中氡浓度的变化规律如下：式中，V1是采样土壤的体积；V3是测量装置气路及测氡仪内空间总体积；C(t)为时间为t时测量系统内的氡浓度，单位为Bq·m‑3；λe为有效衰变常数，包含氡的衰变常数，泄漏系数及反扩散系数；式(4)的解为：式中a是任意常数；测氡仪以T为测量周期，T为2‑20分钟，测量n个测量周期，n大于等于3；每个测量周期的测量值认为是测量周期中点的测量值；式中，m为常数，m的值可以通过下面任意一种算法计算得出：算法1：利用第一个测量周期的值，反推得到式(5)中a的值，然后利用n个测量周期的值对式(5)进行非线性拟合，得到的值m；算法2：直接利用n个测量周期的值对式(5)进行非线性拟合，得到的值m；停止气泵，在测量装置气路中添加一个体积为V4的空腔，启动气泵，将氡混合均匀，此时测量装置内氡浓度的变化规律为：式中a是任意常数；测氡仪以T为测量周期，T为2‑20分钟；测量n个测量周期，n大于等于3；每个测量周期的测量值认为是测量周期中点的测量值；式中，k为常数，k的值可以通过以下两种算法中任意一种计算得出：算法1：利用第一个测量周期的值，反推得到式(7)中a的值，然后利用n个测量周期的值对式(7)进行非线性拟合，得到的值k：算法2：直接利用n个测量周期的值对式(7)进行非线性拟合，得到的值k；将相关参数代入式(6)、式(8)求解，得到土壤孔隙率η和土壤中氡的产生率A；将土壤孔隙率η和土壤中氡的产生率A的值代入式(3)，得到土壤潜势氡浓度。