采样测量表层土壤氡析出率获得土壤潜势氡浓度的方法及装置

摘要

一种采样测量表层土壤氡析出率获得土壤潜势氡浓度的方法及装置，先用土壤切割装置切割自然状态的土壤，再将土壤切割装置从自然状态的土壤中取出，卸下土壤切割装置上的环刀连接器，切除多余的土壤，将环刀内环两端的土壤修整削平。修整完成后，将取好样的环刀与环刀连接器相连的一端盖上滤膜，将环刀与环刀连接器通过螺纹连接在一起，然后再将土壤切割装置通过管道与气泵及测氡仪连接组合成测量装置，利用测量装置对土壤中氡的产生率进行测量，然后通过计算获得土壤潜势氡浓度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核辐射探测技术，特别是一种采样测量表层土壤氡析出率来获得土壤潜势氡浓度的方法及装置。 

背景技术

土壤中潜在的最大氡浓度就是土壤潜势氡浓度，土壤氡浓度与低层建筑室内氡水平以及地下建筑氡水平息息相关，建筑工程的选址和建筑防氡设计过程中都需要对土壤氡浓度进行测量，各种不同地质类型的土壤基本都要在2m 甚至更深处才能达到潜势氡浓度水平。然而，目前土壤氡浓度的测量深度一般在0.5- 0.8m 之间，这个深度的土壤氡浓度远低于土壤潜势氡浓度，而直接对土壤潜势氡浓度进行测量，需要打洞2-3m才能直接测量，难度较大。因此，需要一种对表层土壤采样测量获得土壤潜势氡浓度的方法。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采样测量表层土壤氡析出率来获得土壤潜势氡浓度的方法及装置，采用该方法能够快速通过简单的计算方法得到的较准确的土壤潜势氡浓度。 

本发明的技术方案是：一种采样测量表层土壤氡析出率获得土壤潜势氡浓度的方法，它包括采样测量过程和计算过程； 

一、采样测量过程：

将土壤切割装置上的环刀与环刀连接器通过螺纹连接在一起，然后将环刀全部压入土中切割自然状态的土壤，使环刀的内环充满土壤，并保持土壤自然结构不被破坏，再将环刀从自然状态的土壤中取出，卸下环刀连接器，切除环刀上多余的土壤，将环刀内环两端的土壤修整削平。

修整完成后，将取好样的环刀的与环刀连接器相连的一端盖上滤膜，将环刀与环刀连接器通过螺纹连接在一起，然后再将环刀连接器通过管道与气泵及测氡仪连接组合成测量装置。 

测量时开启气泵，空气从环刀内环的土壤进入，通过管道进入测氡仪排出，由测氡仪对环刀内环土壤中氡的产生率进行测量。 

  二、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，并建立氡在土壤中运移与分布的微分方程：

              (1)

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为土壤孔隙度，无量纲，不同的土壤类型对应不同的孔隙度η，根据土壤的类型查表近似得到，或者将环刀内的土壤带回实验室准确测量得到；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，能够近似认为为0，边界条件：；土壤无穷深处，土壤氡浓度仍然不能为无穷大，边界条件：有界。 

    对式（1）求解并带入边界条件得到： 

         （2）

    土壤氡潜势能够认为是在土壤无穷深处的氡浓度，即：

         （3）

    利用测量装置对土壤中氡的产生率进行测量，稳定后测氡仪的读数C为：

           (4)

F是泵的流率； V为采样土壤的体积，单位为m³；

将相关参数代入式（4）就能够得到A的值。

再将A、η的值代入式（3）就能够得到土壤的潜势氡浓度。 

上述测量方法采用的测量装置由土壤切割装置、气泵及测氡仪通过管道连接后组成，土壤切割装置上的直管手柄排气孔通过管道与气泵的一端连接，气泵的另一端通过管道与测氡仪连接。 

所述的土壤切割装置由环刀连接器和环刀组成。所述的环刀连接器的一端设有环形开口腔，环形开口腔的端口设有台阶孔，台阶孔的端口设有与环刀连接的内螺纹，环形开口腔的底部中心设有中心孔，环刀连接器的另一端焊接有一根与中心孔相通的直通管，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，直管手柄上的排气孔与直通管的内孔相通。所述的环刀的一端设有刀口，环刀的另一端设有与环刀手柄连接的外螺纹。 

在环刀连接器上设置环形开口腔的作用是使得气流能均匀通过土壤，将土壤中的氡通过气流均匀带出来，提高测量的准确性。 

本发明与现有技术相比具有如下特点： 

采用本发明提供的方法能够利用表层土壤氡析出率来获得土壤潜势氡浓度，其采样测量过程及计算方法简单，并能够获得较准确的土壤潜势氡浓度。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。 

附图说明

附图1为本发明提供的测量系统示意图，图中P1为进气方向，P2为出气方向； 

附图2为测量装置的结构示意图；

附图3为附图2中的A-A剖视图；

附图4为环刀连接器的结构示意图；

附图5为附图4中的B-B剖视图；

附图6为环刀的结构示意图；

附图7为附图6中的C-C剖视图。

具体实施方式

一种采样测量表层土壤氡析出率获得土壤潜势氡浓度的方法，它包括采样测量过程和计算过程； 

一、采样测量过程：

将土壤切割装置1上的环刀1-2与环刀连接器1-1通过螺纹连接在一起，然后将环刀1-2全部压入土中切割自然状态的土壤，使环刀1-2的内环充满土壤4，并保持土壤4自然结构不被破坏，再将环刀1-2从自然状态的土壤中取出，卸下环刀连接器，切除环刀1-2上多余的土壤，将环刀1-2内环两端的土壤4修整削平。

修整完成后，将取好样的环刀1-2的与环刀连接器相连的一端盖上滤膜5，将环刀1-2与环刀连接器1-1通过螺纹连接在一起，然后再将土壤切割装置1通过管道与气泵2及测氡仪3连接组合成测量装置。 

测量时开启气泵2，空气从环刀1-2内环的土壤4进入，通过管道进入测氡仪3排出，由测氡仪3对环刀1-2内环土壤4中氡的产生率进行测量 

  二、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，并建立氡在土壤中运移与分布的微分方程：

              (1)

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为土壤孔隙度，无量纲，不同的土壤类型对应不同的孔隙度η，根据土壤的类型查表近似得到，或者将环刀1-2内的土壤4带回实验室准确测量得到；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，能够近似认为为0，边界条件：；土壤无穷深处，土壤氡浓度仍然不能为无穷大，边界条件：有界。 

    对式（1）求解并带入边界条件得到： 

         （2）

    土壤氡潜势能够认为是在土壤无穷深处的氡浓度，即：

         （3）

    利用测量装置对土壤4中氡的产生率进行测量，稳定后测氡仪3的读数C为：

                (4)

F是泵的流率； V为采样土壤的体积，单位为m³；

将相关参数代入式（4）就能够得到A的值。

再将A、η的值代入式（3）就能够得到土壤的潜势氡浓度。 

上述测量方法采用的测量装置由土壤切割装置1、气泵2及测氡仪3通过管道连接后组成，土壤切割装置1上的直管手柄1-1-6排气孔通过管道与气泵2的一端连接，气泵2的另一端通过管道与测氡仪3连接。 

所述的土壤切割装置1由环刀连接器1-1和环刀1-2组成。所述的环刀连接器1-1的一端设有环形开口腔1-1-1，环形开口腔1-1-1的端口设有台阶孔1-1-2，台阶孔1-1-2的端口设有与环刀1-2连接的内螺纹1-1-3，环形开口腔1-1-1的底部中心设有中心孔1-1-4，环刀连接器1-1的另一端焊接有一根与中心孔1-1-4相通的直通管1-1-5，直通管1-1-5的另一端焊接有一根一端封闭一端开口的直管手柄1-1-6，直管手柄1-1-6上的排气孔与直通管1-1-5的内孔相通。所述的环刀1-2的一端设有刀口1-2-1，环刀1-2的另一端设有与环刀手柄1-1连接的外螺纹1-2-2。 

在环刀连接器1-1上设置环形开口腔1-1-1的作用是使得气流能均匀通过土壤4，将土壤4中的氡通过气流均匀带出来，提高测量的准确性。