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,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,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;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;
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CPo(t)是Po-218的浓度;λPo是Po-218的衰变常数;
将式(5)代入式(6)有:
初始条件为:
CPo(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。
2.一种根据权利要求1所述的静电收集法测量土壤潜势氡浓度方法的检测装置,其特征在于,所述测量装置为闭环气路装置,其由土壤切割装置、密封盖、气泵及测氡仪通过气路管道连接后组成;
所述土壤切割装置由环刀手柄、环刀组成;所述环刀手柄的一端设有环形开口腔,所述环形开口腔的端口设有台阶孔,所述台阶孔的端口设有与所述环刀连接的内螺纹,所述环形开口腔的底部中心设有中心孔,所述环刀手柄的另一端焊接有一根与中心孔相通的直通管,所述直通管的另一端焊接有一根一端封闭一端开口的直管手柄,所述直管手柄上的排气孔与所述直通管的内孔相通;所述环刀的一端设有刀口,所述刀口外壁设置有与密封盖配合的外螺纹,所述环刀的另一端外壁设有与所述环刀手柄连接的外螺纹;所述土壤切割装置上的直管手柄排气孔通过气路管道与所述气泵的一端连接,所述气泵的另一端通过气路管道与所述测氡仪连接组成测量装置,气路测氡仪为静电收集测氡仪。
3.根据权利要求2所述的检测装置,其特征在于,所述密封盖中心设有中心孔,所述中心孔焊接有直通管,所述直通管通过气路管道与所述测氡仪连接,所述密封盖盖在环刀有刀口的一端。
4.根据权利要求2所述的检测装置,其特征在于,所述密封盖带有密封垫。
5.根据权利要求2所述的检测装置,其特征在于:所述外螺纹不高于环刀外表面。
6.根据权利要求2所述的检测装置,其特征在于:所述环刀手柄与所述环刀连接处是一斜面。