[发明专利]一种利用静电收集测氡仪测量土壤孔隙率的方法及装置

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孔隙率的方法及装置，本发明利用闭环气路测量装置内氡浓度的变化规律计算得出准确的土壤孔隙率η，对采样的土壤的土壤孔隙率进行计算时，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。本发明采样测量过程及计算方法简单，考虑了影响测量结果的各个因素，提高了测量准确性。

主权项

1.一种利用静电收集测氡仪测量土壤孔隙率的方法，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，下端盖上带密封垫的端盖，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；环刀手柄与环刀连接后可作为把手用于采样，当组合成测量系统后，其与环刀内采样的土壤间有较大的空隙；S2、测量计算过程：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；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；η为土壤孔隙度，其为无量纲数；A为土壤中氡的产生率，单位为Bq·m‑3·s‑1。式(1)的解为：式中a是任意常数。对于静电收集法测氡仪，其测量的是Po‑218的浓度，认为氡与Po‑218达到放射性平衡，然后通过Po‑218的浓度反推氡的浓度。根据放射性衰变规律有：式中CPo(t)是Po‑218的浓度；λPo是Po‑218的衰变常数。将式(2)代入式(3)有：初始条件为：CPo(0)＝0     (5)式(4)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(6)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(8)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(7)、式(9)求解，就可以得到土壤孔隙率η。