Способ измерения влажности органогенной почвы

Способ измерения влажности органогенной почвы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: контроль влажности почвогрунтов. Сущность изобретения: облучают на требуемой глубине почву быстрыми нейтронами изотопного источника Регистрируют поток замедлившихся нейтронов в надтепловой области спектра с последующим определением водородосодержания почвы. Регистрируют рассеянное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов водородом в двух областях энергетического спектра: жесткой 0,4-0,3 МэВ с после дующим определением плотности почвы и мягкой 0,2-0,05 МэВ с последующим определением зольности почвы. По полученным значениям водородосодержания, плотности и зольности рассчитывают влажность почвы 3 ил., 2 табл.

союз сОВ тских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК,, ЯЛÄÄ 1Т83396А1 (si)s G 01 N 23/00!

, 4 ) И < %

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР),gJ, „„

ОПИСАН И Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ вЂ” —.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к сельскому хо- на инверсионном расстояйии от источника а зяйствуиможетбытьиспользованодля кон- нейтронов с последующим расчетом влажтроля водного режима почвогрунтов на . ности по отношению скоростей счета медорошэемых массивах. . ", ленйых нейтронов и гамма-квантов.

Известен способ измерения влажности Однако нэ результаты йзмерейий влажпочвогруйтов, осноээнный на эффекте за- - ности влияет химический состав органогенмедления быстрых нейтронов в процессе ной почвы, в частности ее минеральной упругого рассеяния на ядрах водорода, со- компоненты, а также различие в замедляюдержащегося во влаге материала, и регист-. щей способности по отношейию к нейтрорации потока медленных нейтронов. нэм водорода свободной воды и водорода

Недостатком известного способа явля- органических соедийений, слагающих тверются отсутствие коррекции по плотности и . дую фазу, чтб в совокуйностй снижает точнепригодность для органогенных почв, со- "ность измерений, особенно в почвах малой держащих водород в твердой фазе, влажности. Наиболее близким к изобретению тех- Цель изобретения — повышение точноническим решением является способ изме- сти измерений. рений влажности органогенной почвы, Поставленная цель достигается тем, что заключающийся в облучении почвы быстры- в известном способе измерения влажности ми нейтронами изотопного источника и ре-. органогенной почвы, включающем облучегистрации потока медленных нейтронов ние почвы быстрыми нейтронами изотопновблизи источника и рассеянного гамма-из- ro источника и регистрацию по1ока лучения радиационного захвата нейтронов замедлившихся нейтронов вблизи источни(21) 4926797/25 (22) 09.04.91 (46) 23.12;92. Бюл. ¹ 47 (71) Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственного использования мелиорированных земель (72) И.П.Туманов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 165927, кл, G 01 N 23/12, 1964.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1394907, кл, 6 01 N 23/00, 1988. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ

ОРГАНОГЕННОЙ ПОЧВЫ (57) Использование: контроль влажности почвогрунтов, Сущность изобретения: облуча2 ют на требуемой глубине почву быстрыми нейтронами изотопного источника. Регист; рируют поток замедлившихся,нейтронов в надтепловой области спектра с последующим определением водородосодержания .почвы, Регистрируют рассеянное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов водородом в двух областях энергетического спектра; жесткой 0,4-0,3 МзВ с последующим определением плотности почвы и мягкой 0,2-0,05 МзВ с последующим определением зольности почвы. По полученным значениям водородосодержания, йлотйо-сти и зольности рассчитывают влажность почвы. 3 ил„2 табл.

1783396 ка и рассеянного гамма-излучения радиационного захвата нейтронов на инверсионном расстоянии от источника нейтронов с после-дующим расчетом влажности по отношению интенсивностей потоков замедлившихся неитронов и гамма-квантов, регистрируют . интенсивность потока замедлившихся нейтрайов в надтепловой области энергетического спектра, регистрируют рассеянное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов в двух областях энергетического спектра, жесткой 0,4-0,3 МэВ и. мягкой

0,20 — 0,05 МэВ, rio измеренной интенсивности йотока гамма-излучения в жесткой области определяют плотность почвы, по измеренной интенсивйости потока гаммаизлучения в мягкой области определяют зольность почвы, по измеренной интенсивнбсти потока надтепловых нейтронов определяют водородосодержание почвы, а по полученным. значениям водородосодержания, плотности и зольности рассчитывают влажность органогенной почвы.

Различие в замедляющей способности по отношению к нейтронам водорода воды и органических соединений (твердой фазы) проявляется Ыишь в энергетическом интервале от,0,1 до 0,025 эВ. Поэтому, осуществляя регистрацию интенсивности потока замедлившихся нейтронов в нэдтепловой области эйергетического спектра (0,1+ 1 эВ), можно полностью устранить влияние на результаты измерений разли, чий в замедляющей способности водорода твердой фазы и влаги и тем самым повысить точность измерений влажности органогенной почвы.

Наличие в твердой фазе органогенной почвы не только органической. но и минеральной компоненты приводит к необходимости учета также и зольности торфа, характеризуемой весовым содержанием минеральных компонентов в сухом веществе А . С учетом этого фактора выведена сйедующая расчетная формула для содержания водорода s единице обьема среды Н, которое может быть измерено в результате применения нейтронного метода:

Н = К1 p W + Kg p (1-W) (1-Ас), (") где p — плотность почвы, кгl м; з, W — относительная весовая влажность, о . К1,К вЂ” коэффициенты, учитывающие весовбе содержaниe водорода соответственно в воде и твердой фазе почвы.

Иэ формулы (1) следует, что для определения весовой влажности органогенной поA=А р(1-W). (2)

П реобразуя формулу (1) с учетом формулы (2), получают

H = K> p W + Kz p(1-W) х

А х (1- — — ) или

H = K> р /+ K> p (1-W) - К А . (3) (4) 45 Проведя соответствующие преобразования формулы (4) и заменяя K> - К на аи

К /(К1- Кг) íà Р, получают следующее выражение для определения относительной весовой влажности в процентах:

50 — — . 00 . (5) Таким образом, используя поток бйст 55 рых нейтронов, одновременно измеряют в одном и том же объеме органогенной почвы водородосодержание. плотность и зольность и определяют ее относительную весовую влажность. чвы необходимо знать ее IllloTHOGTb и зольность, Измерить плотность и зольность органогенной почвы нейтронным методом можно, осуществив разделение энергетиче5 ских полос спектра рассеянного гамма-излучения радиационного захвата нейтронов на жесткую (энергия гамма-квантов 0,40,3 МэВ) и мягкую(0,20 — 0,05 МэВ) составляющие при его исходной энергии 2,2 МэВ.

10 При этом регистрируемое рассеянное гамма-излучение в полосе спектра от 0,4 до

0,3 МэВ определяется в основном плотностью почвы и не зависит от ее зольности, так как в этом интервале энергии преобладаю15"щим процессом является комптоновское рассеяние, На фиг.1 представлена зависимость интенсивности рассеянного гамма-излучения радиационного захвата нейтронов от плотности торфяной почвы, 20 Начиная от энергии 0,2 МэВ и менее преобладающим процессом взаимодействия гамма-квантов с веществом является фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), и, как следствие, интенсивность рас25 сеянйого гамма-излучения ойределяется зольностью почвы. Нэ фиг,2 представлена зависимость: интенсивности рассеянного гамма-излучения радиацйонного захвата нейтронов от объемной зольности торфяной

30 почвы. В свою очередь, объемная зольность связана с зольностью на сухое вещество следующим выражением:

1783396

Изобретение осуществляется с помощью устройства, показанного на фиг.3.

Устройство включает измерительный преобразователь 1, контрольно-защитный блок 2 и программно-вычислительное устройство 3. Измерител ьн ый преобразователь 1 содержит источник 4 быстрых нейтронов, детектор 5 замедлившихся нейтронов, детектор 6 гамма-квантов, ампли10 тудные дискриминаторы 7 — 9. Детектор 5 замедлившихся нейтронов расположен в непосредственной близости от источника 4 быстрых нейтронов ("нулевой" зонд), а детектор 6 гамма-квантов удален от него на инверсионное расстояние {ъ20 см), Измери- 15 тельный преобразователь 1 конструктивно совмещен с контрольно-защитным блоком 2 и посредством кабеля соединен с программно-вычислительным устройством 3.

Измерительный преобразователь 1 извлекают из контрольно-защитного блока 2 и вводят в органогенную почву на требуемую глубину. Поток быстрых нейтронов от источника 4, замедляясь на ядрах водорода, 25 преобразуется в поток замедлившихся нейтронов, которые регистрируются детектором 5. Зэмедлившись до тепловой энергии, нейтроны захватываются ядрами элементов, которые возбуждаются и, переходя затем в основное состояние, испускают гамма-кванты, которые в свою очередь претерпевают рассеяние, поглощение и т.ll, акты взаимодействия с веществом, в данном случае с почвой, и их интенсивность регистрируют детектором 6. Сигналы с выходов детекторов замедлившихся нейтронов и гамма-квантов, прошедшие через ампли- тудные дискриминаторы 7-9 и несущие информацию об интенсивностях надтепло40 вых нейтронов, жестких и мягких гаммаквантов радиационного захвата нейтронов, т.е. соответственно. с вод6родосодер>кания, плотности и зольности одного и того же объема органогенной почвы, одновременно поступают на соответствующие 45 входы программно-вычислительного устройства 3, где. по соответствующему алго ритму(см. формулу 5) происходит обработка полученной информации и определяется отзольности). Коэффициенты Q и Р, учитывающие содержанке водорода в твердой фазе почвы, принимались равными 0,05 и 1,2.

Для получения сравнительных данных параллельно в точках, где проводились измерения влажности способом-прототипом, носительная весовая влажность органоген- 50 ной почвы, П р и м " р 1. Проводили измерение . . влажности осушенной почвы (торф различного типа и вида, степени разложения и

I отбирались пробы почвы с последующим определением их влажности термостатновесовым методом (ГОСТ 11305 — 65). Данные приведены в табл,1.

Из табл.1 следует; что результаты измерения влажности торфяной почвы предлагаемым способом более близки к результатам, полученным методом термостатной сушки, чем результаты, полученные с помощью способа-прототипа. Следовательно, использование предлагаемого способа значительно повышает точность измерений в торфяных почвах малой влажности.

Пример 2. Предлагаемым способом производили измерения влажности неосушенной торфяной почвы, сравнивая полученные значения с результатами, определенными способом-прототипом и методом отбора проб с последующей термостатной сушкой. Полученные данные приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что результаты измерений вла>кности предлагаемым спбсобом и способом-прототипом близки к результатам, полученным методом отбора проб с последующей термостатной сушкой, и незначительно различаются между собой, Это можно объяснить тем, что s области высоких водородосодержэний (большой влажности), характерных для неосушенной торфяной почвы, водород твердой фазы и зольность оказывают менее заметное влияние на результат измерений влажности нейтронными методами. Однако применение предлагаемого способа все же предпоч- тительней; так как его относительная погрешность меньше погрешностй способа-прототипа, Использование предлагаемого способа измерения влажности органоген ной почвы позволяет по сравнению с существующим " повысить точность измерений, что, в свою очередь, обеспечивает надежность и достоверность получаемых результатов, Формула изобретения"

Способ измерения влажности органогенной почвы, включающйй облучение на требуемой глубине почвы быстрыми нейтронами изотопного источника, регистрацию потока замедлившихся нейтронов вблизи источника и потока рассеянного гамма-из- . лучения радиационного захвата нейтронов водородом на инверсионном расстоянии от источника нейтронов с последующим раСчетом значения влажности по измеренным величинам потоков излучений, о т л ич а ю шийся тем, что с целью повышения точности измерений, регистрируют поток замедлившихся нейтронов в надтепловой

1783396 области их эйергетического сйектра, регистрируют рассеянное гамма-излучение радиационного захвата нейтронов водородом в двух областях энергетического спектра, жесткой 0,4-0,3 МзВ и мягкой 0,20-0,05 МэВ, 5 по измеренной интенсивности потока гамма-излучения в жесткой области определяют плотность почвы, по измеренной интенсивности потока гамма-излучения. в мягкой области определяют зольность почвы, по измеренной интенсивности потока надтепловых нейтронов определяют водородосодержание почвы, а по полученным значениям водородосодержания, плотности и зольности рассчитывают влажность органогенной почвы.

Таблица 1

Характеристика торфа

Ошибка измерения влажности

Ошибка измерения влажности

Влажность, определенная способомпротот-. ипомм, Влажность, определенная

ТВМ (ГОСТ

11305—

65) %

Влажность, определенная предлагаемым спосоом %

Тип, вид отн. лт %

ЛМ/, Зольн ость на сухое вещество, %

Степень разложения, абс. отн.

AW,% AW„

6Г " абс, Др %

43,5 44,1 +0,6

Верховой медиум

Верховой шейхцериевосфагновый

Нйзи нный Geрезовый

Низинный древесно-осоковый

Переходн. сосново-пушициевый

Йизинный древесный

Верховой шейхцериевосфагновый

Низинный осоковый

Переходн. сосново †сфагвый

Низинный древесно †сфагвый

1,3

0,6

1,3

43,8 +0,3

36,5 -0.7

+0.1

37,2 38,2

47,8 46,4

2,6

1.8

31 12,0

48,0

-1,4

2,9

+0,2

38,1 41,7 +3,6

40 15,2

38,8

+0,7

1,8

40,1 41,5 +1,4

3,5

0,2

9,8

40,0

-0,1

316 38 1 -3 5 111

30,5

23,4

3,5

15 29,3

251 288 +37 147

24,8

-0,3

2,1

4,2

41,4

42,9

3,6

+1,5

42,3 +0,9

30,4 28,3

30,9 +0,5

45 37

-2,1

6.9

1.6

27,9

270

35,1

+08 300

28,1

+1,1

4,0

С едние отклонения;, +.2,7

8,7

1,7

Сравнение результатов определения влажности осушенной торфяной почвы. различными методами

1783396

Таблица 2

Сравнение результатов определения влажности неосушенной торфяной почвы различными методами

Ошибка измерения влажности

Ошибка измерения влажности

Характеристика торфа

Тип, вид абс.

Д д % абс.

Дщ %

Степень разложения.

% отн.

ДW

7Г.% отн, ДW

Д !

91,8 92,5

0;8

91,1

-1,7

0,8

+0,7

4.0

0,5

1,5

93,0

93,5

91,6

+0,5

-1,4

3,0

-2,1

2,4 84,3

85,3

87,8

+1,0

83,1

24.0

90,1

-0,9

1,4 86,9

+1,3

1,0

12,0

89,2 87,0

-..1,0

-2,2

2,5 90,2

17,3

«+ 1,5

Средние отклонения

4-0,8

0,9

1,7

Верховой шейхцериевый

Верховой медиум

Низинный древесный

Низинный 6ерезовый

Низинный осоковый

Зольность на сухое вещество, %

Влажность, определенная

ТВМ (ГОСТ

1130565), %

Влажность, определенная способомпрототипом, Влаж- ность, определенная предлагаемым способом, %

1783396

Фиг. 3

Составитель Н. Антипова

Редактор Г. Бельская Техред М.Моргентал Корректор О. Юрковецкая

Заказ 4510 Тираж. Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР:

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10t