DE1271412B

DE1271412B - Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserstroemen von einem Bohrloch aus mit Radionukliden

Info

Publication number: DE1271412B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Guenter Baur; Dr Rer Nat Wilhelm Kuehn
Original assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Current assignee: Gesellschaft fuer Kernforschung mbH
Priority date: 1964-02-24
Filing date: 1964-02-24
Publication date: 1968-06-27

Description

Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserströmen von einem Bohrloch aus mit Radionukliden Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserströmen durch über ein Bohrloch ins Grundwasser eingebrachte Radionuklide und eine einzige, in demselben Bohrloch angeordnete Sonde.
Die Filtergeschwindigkeit vp läßt sich aus der Abnahme der Konzentration einer in das Bohrloch eingebrachten Aktivität eines radioaktiven Nuklids bestimmen. Die Konzentrationsänderung soll dabei durch die horizontale Bewegung des Grundwassers verursacht werden. Ist Q die pro Zeiteinheit durch das Bohrloch fließende Wassermenge (Ergiebigkeit), F der vertikale Querschnitt des Bohrlochs, v die Geschwindigkeit des Grundwassers und W des Porenvolumens der umgebenden Formation, so ist vF durch die Beziehung Q = V.V.F= vF.F definiert. Setzt man voraus, daß nur Strahlung aus dem Bohrlochinneren registriert wird, so ergibt sich die Filtergeschwindigkeit als Funktion der Aktivitätsabnahme pro Zeiteinheit für ein zylindrisches Bohrloch wie folgt: mit d = Durchmesser des Bohrlochs, t = Meßzeit, A, = Anfangsaktivität, A = Aktivität zur Zeit t, 0,553 = Umrechnungs- und Geometriefaktor.
Zur Bestimmung der Richtung des Grundwasserstromes ist ein kollimierter Detektor bekannt, mit dem durch Drehung innerhalb des Bohrlochs ein Polardiagramm aufgenommen werden kann, aus welchem dann die Strahlungsintensität als Funktion des Drehwinkels entnommen werden kann.
Bei der oben beschriebenen Einrichtung zur Messung der Filtergeschwindigkeit muß ein Radionuklid Verwendung finden, das von der Bodenschicht, in deren Höhe der horizontale Wasserdurchsatz zu bestimmen ist, gar nicht oder nur geringfügig angelagert wird (meist J131 oder Bre2), da eine Adsorption des Radioisotops durch Bodenschichten in der Bohrlochnähe eine zu geringe Konzentrationsabnahme und damit eine zu geringe Grundwassergeschwindigkeit vortäuscht. Die Richtungsbestimmung ist dagegen möglichst mit einem radioaktiven Element durchzuführen, das von der betreffenden Schicht bevorzugt adsorbiert und daher in Flußrichtung angelagert wird.
Infolge dieser grundsätzlichen Voraussetzungen müssen die beiden Messungen mit verschiedenen Radionukliden und hintereinander durchgeführt werden. Bei niedrigen Grundwassergeschwindigkeiten können hierdurch Meßzeiten bis zu 2 Tagen erforderlich werden. Die bei der Richtungsmessung benutzten spezifischen Aktivitäten müssen außerdem relativ hoch sein, da die Adsorption des Tracers an der Bodenschicht erst außerhalb des Bohrlochs geschieht und daher die verhältnismäßig hohe Adsorption der Strahlung und, bei kurzen Halbwertszeiten des Strahlers, die Aktivitätsabnahme durch Zerfall durch erhöhte Quellstärke kompensiert werden müssen. Bei der Durchführung der Messungen vor Ort können sich diese Voraussetzungen hinsichtlich einer schnellen Abwicklung und der einzuhaltenden Strahlenschutzbestimmungen bezüglich des Grundwassers nachteilig auswirken.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung der Filtergeschwindigkeit und der Strömungsrichtung des Grundwassers zu finden, bei der die obengenannten Nachteile nicht auftreten und mit der es gelingt, beide Messungen gleichzeitig und mit ein- und demselben Radionuklid durchzuführen, das keine oder nur eine geringfügige Anlagerungsfähigkeit in der jeweiligen Schicht aufweisen muß. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Sonde einen Detektor zur Erfassung der die Grundwassergeschwindigkeit kennzeichnenden Konzentrationsabnahme des Radionuklids sowie eine Reihe von über den Umfang verteilten richtungsabhängigen Detektoren, die nacheinander abgefragt werden, enthält. Der Detektor zur Erfassung der Grundwassergeschwindigkeit ist nach einer Weiterbildung der Erfindung als Szintillationszähler mit nachgeschaltetem Impulshöhendiskriminator ausgeführt, wobei der Impulshöhendiskriminator auf die von dem Radionukhd ausgesandte Primärenergie eingestellt ist. Durch diese Anordnung werden die ungestreuten primären Gammaquanten allein der Messung zugänglich gemacht, da sich das Einzugsgebiet dieser primären Gammastrahlung hauptsächlich auf das Bohrlochvolumen beschränkt. Eine gewisse Adsorption des Radionukhds am Boden in Bohrlochnähe beeinflußt bei Verwendung der Impulshöhenanalyse die Konzentrationsbestimmung nicht wesentlich, da die meisten Quanten aus dem Adsorptionsgebiet auf dem Weg zum Szintillationszähler Compton-Streuprozesse erleiden und daher im Szintillationszähler nicht mehr mit ihrer primären Energie registriert werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als richtungsabhängige Detektoren in einer Bleiabschirmung angeordnete Geiger-Müller-Zählrohre vorgesehen. Mit dieser Einrichtung werden nun während der Messung der Filtergeschwindigkeit, die sich aus der Konzentrationsabnahme über die zeitliche Abnahme der Intensität der primären Gammastrahlung ergibt, die einzelnen, auf Grund ihrer radialen Anordnung richtungsabhängigen Detektoren unter Benutzung eines zweiten Zählgerätes nacheinander abgefragt. Hieraus erhält man schon während der Geschwindigkeitsmessung die Richtung der abfließenden Aktivitätswolke unter Verwendung nur eines Radionuklids. Die in bisher bekannten Verfahren und Anordnungen nötige Adsorption des radioaktiven Elements im Boden ist dabei nicht mehr nötig. Durch diese gleichzeitige Messung wird die relativ hohe Anfangsaktivität auch für die Richtungsbestimmung ausnutzbar, so daß die erforderliche spezifische Aktivität nicht höher sein muß, als die für die Geschwindigkeitsmessung erforderlich ist. Sie kann daher in vielen Fällen unterhalb der von der Strahlenschutzverordnung vorgeschriebenenFreigrenze bleiben. Infolge der gleichzeitigen Messung beider Größen wird dabei die Meßzeit auf wesentlich weniger als die Hälfte verringert. Da außerdem der Sondenkörper zur Bestimmung der FluBrichtung keine drehende Bewegung ausführen muß, wird im Gegensatz zum bisherigen Verfahren eine Beeinflussung der Wasserströmung vermieden.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben: F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch die Meßeinrichtung; F i g. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II von F i g. 1.
Die in F i g. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus einem Gehäuse 1 -aus Material niederer Atomordnungszahl, in dem ein Szintillationszähler 2 und in vertikaler Richtung darüber die für die Gammastrahlung empfindlichen, richtungsabhängigen Geiger-Müller-Zählrohre 3 in einem mit Aussparungen 10 versehenen Bleizylinder 4 untergebracht sind. Die Kammer 5 dient zur teilweisen Aufnahme der elektronischen Einrichtung. Die Messung der Filtergeschwindigkeit wird mit dem Impulshöhendiskriminator 6 und der Zähl- und Registriereinrichtung 7, die Richtungsmessung mit der Zähl- und Registriereinrichtung 8 mittels der Abfragevorrichtung 9 durchgeführt.
F i g. 2 zeigt die Anordnung der Geiger-Müller-Zählrohre 3 hinter auf dem Umfang der Bleiabschirmung 4 angebrachten Aussparungen 10.

Claims

Patentansprüche: 1. Einrichtung zum gleichzeitigen Messen der Filtergeschwindigkeit und der Richtung von Grundwasserströmen durch über ein Bohrloch ins Grundwasser eingebrachte Radionuklide und eine einzige, in demselben Bohrloch angeordnete Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) einen Detektor (2) zur Erfassung der die Grundwassergeschwindigkeit kennzeichnenden Konzentrationsabnahme des Radionuklids sowie eine Reihe von über den Umfang verteilten richtungsabhängigen Detektoren (3), die nacheinander abgefragt werden, enthält.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor (2) zur Erfassung der Grundwassergeschwindigkeit als Szintillationszähler mit nachgeschaltetem Impulshöhendiskriminator (6) ausgeführt ist und daß der Impulshöhendiskriminator (6) auf die von dem Radionuklid ausgesandte Primärenergie eingestellt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in einer Bleiabschirmung (4) angeordnete Geiger-Müller-Zählrohre (3) als richtungsabhängige Detektoren. In Betracht gezogene Druckschriften: F a ß b e n d e r, »Einführung in die Meßtechnik der Kernstrahlung und die Anwendung der Radioisotope«, Stuttgart 1958, S. 73; Atompraxis, 1963, Heft 1, S. 2 bis 4.