СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСТАНОВИВШЕЙСЯ РАВНОВЕСНОЙ ОБЪЕМНОЙ АКТИВНОСТИ РАДОНА В ПОЧВЕННОМ ВОЗДУХЕ Российский патент 2003 года по МПК G01T1/167 

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений, а именно к измерению установившейся равновесной (когда радиоактивный газ радон (²²²Rn) находится в радиоактивном равновесии с радием (²²⁶Ra)) объемной активности радона (A_∞) в почвенном воздухе, и может быть использовано для оценки радоноопасности территорий при инженерно-экологических изысканиях, а также при поиске урановых руд с применением ядерно-физических методов.

Существующий способ измерения установившейся равновесной объемной активности радона в почвенном воздухе основан на измерении искомой величины на одной фиксированной для каждой используемой стандартной методики измерения глубине до 1 м (обычно 50-70 см) [Титов В.К., Дашков Б.П., Черник Д.А. Экспрессные определения радона в почвах и зданиях. - СПб. ВИРГ, 1992. 40 с.] .

Недостатком существующего способа является то, что равновесная объемная активность радона в почве (A_∞) устанавливается на разных глубинах в зависимости от типа грунта, погодных и климатических условий, а измеряемая величина может составлять от 30 до 100% от A_∞. Таким образом погрешность измерения A_∞ может достигать 200% и более (плюс погрешность используемого прибора).

Задачей изобретения является разработка дешевого, простого и достоверного способа измерения установившейся равновесной объемной активности радона в почвенном воздухе, результаты которого не зависят от геологических особенностей исследуемой местности и погодных условий на период измерений.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения установившейся равновесной объемной активности радона в почвенном воздухе согласно изобретению одновременно производят два измерения объемной активности 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 установившуюся равновесную объемную активность радона (A_∞) по формуле:

где А₁ - объемная активность радона на глубине h₁, Бк/м³;
А₂ - объемная активность радона на глубине h₂, Бк/м³.

Погрешность измерения A_∞ при этом определяется только погрешностью используемого прибора.

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 до 1 м обусловлены следующими причинами: 1) на таких глубинах объемная активность радона изменяется достаточно быстро (фиг.1), что позволяет снизить погрешность определения A_∞; 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.

На основе диффузионно-конвективной модели переноса радона в грунтах получено выражение, описывающее распределение объемной активности радона по глубине [Новиков Г.Ф. Радиометрическая разведка. Л., 1975. 406 с.]:

где z - глубина, м;
A_∞ - установившееся равновесное значение объемной активности радона, Бк/м³;
D_е - эффективный коэффициент диффузии радона, м²/с;
υ - скорость конвекции радона, м/с;
λ - постоянная распада радона, с^-1.

На чертеже представлены кривые, описывающие распределение объемной активности радона по глубине в суглинке (А_Rа=26 Бк/кг, ρ_s = 2,71г/см³, η = 0,45, К_еm= 0,18, D_e=3,2•10^-2 см²/с) при различных значениях скорости конвективного переноса. Видно, что глубина z_∞, на которой устанавливается равновесное значение A_∞, для суглинка составляет не менее 0,8 м, а изменение только одного параметра - скорости конвекции (во многом зависящей от климата и погодных условий) приводит к изменению z_∞ от 0,8 до 6 м и более.

Измеряемые значения объемной активности радона А₁ и А₂ согласно заявленному способу автоматически учитывают свойства грунтов, погодные и климатические условия и не требуют дополнительных измерений, связанных с определением z_∞, а использование глубин измерения, отличающихся в два раза, позволяет определить A_∞ из простого аналитического выражения (1).

Таким образом, предлагаемый способ измерения установившейся равновесной объемной активности радона (A_∞) является достоверным и точным, т.к. не требует производить измерения на неизвестной заранее глубине z_∞, где устанавливается равновесное значение ОА радона. Предлагаемый способ является дешевым, т. к. не требует проведения измерений на больших глубинах (заведомо больших (z_∞).
На чертеже представлены кривые, описывающие распределение объемной активности радона по глубине при разных значениях скорости конвекции.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Для измерения установившейся равновесной 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 (2h₁) 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, а A_∞, рассчитанная по формуле (1), составила 21,0 кБк/м³, что почти в два раза больше величины А₂, измеренной на глубине 70 см, которая рекомендуется для измерения A_∞ в способе-прототипе.

Использование: для оценки радоноопасности территорий при инженерно-экологических изысканиях, а также при поиске урановых руд с применением ядерно-физических методов. 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 установившуюся равновесную объемную активность радона. Технический результат: упрощение способа, повышение его достоверности. 1 ил.

Способ измерения установившейся равновесной объемной активности радона (A_∞) в почвенном воздухе, 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 определяют установившуюся равновесную объемную активность радона (A_∞) по формуле

где А₁ - объемная активность радона на глубине h₁, Бк/м³;
А₂ - объемная активность радона на глубине h₂, Бк/м³.