[發明專利]一種靜電收集法測量土壤潛勢氡濃度的方法及裝置

有效

• 申請號: 201811041801.7
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109085632B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 譚延亮;袁紅志
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G01T1/167
• 分類號: G01T1/167
• 代理公司: 長沙楚為知識產權代理事務所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

1.一種靜電收集法測量土壤潛勢氡濃度的方法，其特征在于，它包括采樣過程和測量計算過程，

S1、采樣過程：

利用通過螺紋連接有環刀手柄、體積為V的鋼制環刀，切割自然狀態的土壤，使土樣充滿其中；不可左右搖動，以保持土壤自然結構不被破壞，直到環刀全部壓入土中；然后用小鏟將環刀從土中挖出，取下手柄，并用小刀仔細沿環刀兩端邊緣修整削平，切除多余的土壤；取好樣的環刀上端蓋上濾膜，下端蓋上密封蓋，然后再連接環刀手柄；將土壤切割裝置通過管道、氣泵以及測氡儀連接組成一個閉環氣路測量系統；

S2、測量計算過程：

在一維穩定狀態下，只考慮均勻土壤介質中氡的擴散作用，建立氡在土壤中運移與分布的微分方程如下：

式中，D_e為氡的有效擴散系數，單位為m²·s^-1；C(x)為土壤中深度為x處的氡濃度，單位為Bq·m^-3；x為土壤深度，單位為m；λ為氡的衰變常數，其值為2.1×10^-6s^-1；η為土壤孔隙率，其為無量綱數；A為土壤中氡的產生率，單位為Bq·m^-3·s^-1；

由于土壤表面空氣氡濃度很低，可近似認為為0，得到邊界條件：C|_x＝0＝0；土壤無窮深處，土壤氡濃度不可能為無窮大，得到邊界條件：C|_x＝∞有界；

對式(1)求解并帶入邊界條件得到：

土壤氡潛勢可以認為是在土壤無窮深處的氡濃度，即：

啟動泵，將測量系統內氡混合均勻，考慮泄漏和反擴散效應，測量系統中氡濃度的變化規律如下：

式中，V₁是采樣土壤的體積；V₃是測量系統氣路及測氡儀內空間總體積；C(t)為時間為t時測量系統內的氡濃度，單位為Bq·m^-3；λ_e為有效衰變常數，包含氡的衰變常數，泄漏系數及反擴散系數；

式(4)的解為：

式中a是任意常數；

采用靜電收集法測氡儀，測量Po-218的濃度，通過Po-218的濃度反推氡的濃度；根據放射性衰變規律有：

式中C_Po(t)是Po-218的濃度；λ_Po是Po-218的衰變常數；

將式(5)代入式(6)有：

初始條件為：

C_Po(0)＝0 (8)

式(7)的解為：

測氡儀以T為測量周期，T為2-20分鐘；測量n個測量周期，n大于等于3；每個測量周期的測量值認為是測量周期中點的測量值；

直接利用n個測量周期的值對式(9)進行非線性擬合，得到的值m：

式中，m為常數；

停止泵，在測量系統氣路中添加一個體積為V₄的空腔，啟動泵，將氡混合均勻，此時測量系統內Po-218濃度的變化規律為：

測氡儀以T為測量周期，T為2-20分鐘；測量n個測量周期，n大于等于3；每個測量周期的測量值認為是測量周期中點的測量值；

直接利用n個測量周期的值對式(11)進行非線性擬合，得到的值k；

式中，k為常數；

將相關參數代入式(10)、式(12)求解，得到土壤孔隙率η和土壤中氡的產生率A；

將土壤孔隙率η和土壤中氡產生率A的值代入式(3)得到土壤潛勢氡濃度。