[发明专利]一种静电收集法测量土壤潜势氡浓度的方法及装置

摘要

本发明提供一种利用静电收集测氡仪对表层土壤采样测量得到土壤潜势氡浓度的方法及装置，该方法包括采样过程和测量计算过程，能够通过简单的计算方法快速得到准确的土壤潜势氡浓度。通过密封盖封闭测量系统，组成闭环气路测量装置，提高测量的准确性；对采样的土壤的氡的产生率及土壤孔隙率进行测量时，考虑氡的衰变、泄漏和反扩散效应，采用静电收集测氡仪，通过Po‑218的浓度反推氡的浓度，运用非线性拟合算法快速计算得到准确的土壤氡的产生率及土壤孔隙率，无需等测量装置内氡浓度稳定，节省了测量时间。

主权项

1.一种静电收集法测量土壤潜势氡浓度的方法，其特征在于，它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，以保持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；取好样的环刀上端盖上滤膜，下端盖上密封盖，然后再连接环刀手柄；将土壤切割装置通过管道、气泵以及测氡仪连接组成一个闭环气路测量系统；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，D_e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，可近似认为为0，得到边界条件：C|_x＝0＝0；土壤无穷深处，土壤氡浓度不可能为无穷大，得到边界条件：C|_x＝∞有界；对式(1)求解并带入边界条件得到：土壤氡潜势可以认为是在土壤无穷深处的氡浓度，即：启动泵，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是测量系统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；λ_e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；采用静电收集法测氡仪，测量Po‑218的浓度，通过Po‑218的浓度反推氡的浓度；根据放射性衰变规律有：式中C_Po(t)是Po‑218的浓度；λ_Po是Po‑218的衰变常数；将式(5)代入式(6)有：初始条件为：C_Po(0)＝0             (8)式(7)的解为：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；直接利用n个测量周期的值对式(9)进行非线性拟合，得到的值m：式中，m为常数；停止泵，在测量系统气路中添加一个体积为V₄的空腔，启动泵，将氡混合均匀，此时测量系统内Po‑218浓度的变化规律为：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；直接利用n个测量周期的值对式(11)进行非线性拟合，得到的值k；式中，k为常数；将相关参数代入式(10)、式(12)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和土壤中氡产生率A的值代入式(3)得到土壤潜势氡浓度。