СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ПОТОКА РАДОНА С ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ Российский патент 2003 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к определению плотности потока радона (ППР) с поверхности земли, и может быть использовано для оценки радоноопасности территорий при инженерно-экологических изысканиях.

Существующие способы определения ППР основаны на диффузионно-конвективной модели переноса радона в грунтах, требуют подробной информации о физико-геологических параметрах грунтов и различаются методами расчета необходимого параметра модели - скорости конвекции, не измеряемой в опыте.

Известен способ определения ППР с поверхности земли, выбранный в качестве прототипа и заключающийся в том, что в соответствии с диффузионно-конвективной моделью ППР определяют из выражения [Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л., 1975, 406 с.]:

где D_е= D/η - эффективный коэффициент диффузии радона (D - истинный коэффициент диффузии), м²/с;
λ - постоянная распада радона, с^-1;
K_еm - коэффициент эманировання радона, отн. ед.;
А_Ra - удельная активность ²²⁶Ra в грунте, Бк/кг;
ρ_s - плотность твердых частиц грунта, кг/м³;
η - пористость грунта, отн. ед.;
v - скорость конвекции радона, м/с.

Физико-геологические параметры исследуемых грунтов (D,K_em,A_Ra,η,ρ_s) измеряют стандартными приборами и методами, а скорость конвекции рассчитывают по формуле (закон Дарси) [van der Spoeel W.H. et al. // Health Phys. 1999, V.77(2), pp.163-177]:

где k - газопроницаемость породы, м²;
μ - динамическая вязкость воздуха (1,83•10^-5 Па•с при Т=20^oС);
P_a - давление воздуха, Па;
ρ_a - плотность воздуха, кг/м³;
g - ускорение силы тяжести, м/с².

Газопроницаемость (k) и градиент давления (▿P_a) для исследуемых грунтов также измеряют с помощью стандартных приборов и методик.

Недостатками известного способа являются: 1) необходимость измерения семи параметров, характеризующих физико-геологические свойства грунтов, каждый из которых определяется с соответствующей погрешностью, увеличивая тем самым погрешность определения ППР; 2) скорость конвекции (v) определяется заведомо с большой погрешностью, т.к. формула (2) не учитывает процессов теплообмена и влагооборота в системе "атмосфера-суша", влияющих на величину v.

Задачей изобретения является разработка простого, дешевого и достоверного способа определения плотности потока радона с поверхности земли.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения ППР с поверхности земли, основанном, так же как и в прототипе, на диффузионно-конвективной модели, согласно изобретению, одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 м до 1 м друг от друга, причем, измерение в одной точке производят на глубине h₁ от 0,2 м до 0,5 м, а в другой - на глубине h₂=2h₁, а затем плотность потока радона (ППР) определяют из выражения:

где А₁ - объемная активность радона на глубине h₁, Бк/м³;
А₂ - объемная активность радона на глубине h₂, Бк/м³;
h₁ - глубина, на которой производят первое измерение, м;
D - истинный коэффициент диффузии радона, м²/с.

Ограничение на максимальное расстояние между двумя точками измерения, равное 1 м, обусловлено тем, что свойства грунтов при измерениях должны быть одинаковыми. Минимальное расстояние, равное 0,2 м, связано с техническими сложностями проведения измерений на меньших расстояниях. Рекомендуемые глубины измерений от 0,2 м до 1 м обусловлены следующими причинами: 1) на таких глубинах объемная активность радона изменяется достаточно быстро, что позволяет снизить погрешность определения ППР; 2) глубина h₁, на которой производится первое измерение, не должна быть меньше 0,2 м, т.к. на меньших глубинах велико влияние атмосферных условий, что приводит к снижению достоверности полученных результатов; 3) с увеличением глубины измерений больше 1 м повышается их стоимость и снижается точность определения ППР.

Измеряемые значения объемной активности радона автоматически учитывают конвективный перенос радона в реальных климатических и погодных условиях и физико-геологические свойства грунтов. Поэтому предлагаемый способ не требует дополнительных измерений, связанных с расчетом скорости конвекции v (формула 2) и определением параметров грунтов (формула 1), а использование глубин, отличающихся в 2 раза, позволяет определить ППР из простого аналитического выражения (3).

Таким образом, предлагаемый способ определения ППР с поверхности земли является простым и дешевым, т.к. не требует проведения измерений, связанных с определением физико-геологических параметров грунтов (кроме коэффициента диффузии, значения которого измерены с высокой точностью для всех типов грунтов) и расчета скорости конвекции. Предлагаемый способ является достоверным, т.к. найденные из выражения (3) значения ППР не содержат погрешностей, связанных с определением параметров грунтов и модельными расчетами скорости конвекции.

Изобретение иллюстрируется следующим примером:
Для измерений объемной активности радона в почвенном воздухе выбрали площадку, расположенную в "Лагерном саду" г. Томска, на которой пробурили два шпура на расстоянии 0,5 м друг от друга специально изготовленным буром. Первый шпур глубиной 35 см (h₁), второй глубиной 70 см (h₂) и оба диаметром 5,5 см. В каждый шпур помещали индивидуальный пассивный радиометр радона (ИПРР) с нитроцеллюлозным трековым детектором α-частиц, входящий в комплекс средств измерений интегральной объемной активности ²²²Rn в воздухе трековым методом (АИСТ-ТРАЛ), (Санкт-Петербург). Шпуры герметично закрывали сверху и выдерживали в течение 3 суток. Затем ИПРР вынимали и определяли объемную активность радона первого (А₁) и второго (А₂) трековых детекторов согласно инструкции по эксплуатации комплекса АИСТ-ТРАЛ. Измеренное значение А₁ составило 6,8 кБк/м³, А₂ - 11,4 кБк/м³. Плотность потока радона с поверхности исследуемой площадки, рассчитанная по формуле (3), составила 33,8 мБк/(м²с) при коэффициенте диффузии D=0,0144 см²/с.

Использование: для оценки радоноопасности территорий при инженерно-экологических изысканиях. Сущность: в способе одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1 м друг от друга, причем измерение в одной точке производят на глубине h₁ от 0,2 до 0,5 м, а в другой - на глубине h₂=2h₁, а затем определяют плотность потока радона. Технический результат: упрощение способа, повышение его достоверности.

Способ определения плотности потока радона с поверхности земли, основанный на диффузионно-конвективной модели, отличающийся тем, что одновременно измеряют объемную активность радона в двух точках, расположенных на расстоянии от 0,2 до 1 м друг от друга, причем, измерение в одной точке производят на глубине h₁ от 0,2 до 0,5 м, а в другой - на глубине h₂= 2h₁, а затем плотность потока радона (ППР) определяют из выражения

где A₁ - объемная активность радона на глубине h₁, Бк/м³;
А₂ - объемная активность радона на глубине h₂, Бк/м³;
h₁ - глубина, на которой производят первое измерение, м;
D - истинный коэффициент диффузии радона, м²/с.