1.一种利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的方法,其特征在于: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,以使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;
修整完成后,将取好样的环刀上端盖上滤膜,下端盖上密封盖,然后再通过螺纹连接环刀手柄,将土壤切割装置通过管道与测氡仪和气泵连接,组成一个闭环气路测量装置;
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,得到边界条件:C|x=0=0.土壤无穷深处,土壤氡浓度仍然不可能为无穷大,得到边界条件:C|x=∞有界;
对式(1)求解并带入边界条件得到:
土壤氡潜势为土壤无穷深处的氡浓度,即:
启动气泵,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是测量装置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;
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;
式中,m为常数,m的值可以通过下面任意一种算法计算得出:算法1:利用第一个测量周期的值,反推得到式(5)中a的值,然后利用n个测量周期的值对式(5)进行非线性拟合,得到 的值m;
算法2:直接利用n个测量周期的值对式(5)进行非线性拟合,得到 的值m;
停止气泵,在测量装置气路中添加一个体积为V4的空腔,启动气泵,将氡混合均匀,此时测量装置内氡浓度的变化规律为:式中a是任意常数;
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;
式中,k为常数,k的值可以通过以下两种算法中任意一种计算得出:算法1:利用第一个测量周期的值,反推得到式(7)中a的值,然后利用n个测量周期的值对式(7)进行非线性拟合,得到 的值k:算法2:直接利用n个测量周期的值对式(7)进行非线性拟合,得到 的值k;
将相关参数代入式(6)、式(8)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和土壤中氡的产生率A的值代入式(3),得到土壤潜势氡浓度。
2.一种利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的装置,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所述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,所述环刀的另一端设有与所述环刀手柄连接的外螺纹;所述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的一端连接,所述测氡仪的另一端通过气路管道与所述密封盖连接。
3.根据权利要求2所述的利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的装置,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,所述密封盖盖在所述环刀有刀口的一端。
4.根据权利要求2所述的利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的装置,其特征在于:所述密封盖带有密封垫。
5.根据权利要求2所述的利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的装置,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所述的利用表层土壤动态测量土壤潜势氡浓度的装置,其特征在于:所述环刀手柄与所述环刀连接处是一斜面。