RU2085972C1 - Method for monitoring of vertical migration of radio nuclides in soil - Google Patents

Abstract

FIELD: methods for checking pollution of environment. SUBSTANCE: method involves continuous measuring of three-dimensional gamma- and beta- radiation in soil in layers without destruction of soil structure. Simultaneously method involves measuring moisture in monitored layers of soil and calculation of correlation between migration of nuclides in soil. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам контроля загрязненности природных сред, а именно к способам контроля вертикальной миграции радионуклидов в почво-грунтах, и может быть использовано для контроля вертикальной миграции радионуклидов в зонах, прилегающих к АЭС, местам захоронения радиоактивных отходов, комбинатам по производству радиоактивных материалов, а также в местностях, подвергшихся радиоактивному загрязнению в результате аварий на ядерных объектах, и на полигонах ядерных испытаний [1 и 2]
Известен способ контроля вертикальной миграции радионуклидов в почво-грунтах путем отбора проб с различных слоев почво-грунтов и последующего определения объемной активности отобранных проб радиохимическими методами; вертикальную миграцию радиолидов контролируют по изменению объемной активности в слоях почво-грунтов во времени [3]
Недостатками известного способа являются:
разрушение измеряемого слоя почво-грунтов в месте контроля, что не позволяет производить периодические определения объемной активности в одном и том же месте и, следовательно, получать полностью достоверные результаты;
невозможность точного определения глубины залегания и толщины слоя почво-грунтов, с которого отбирается проба, что не позволяет достаточно достоверно устанавливать распределение радионуклидов по слоям почво-грунтов;
невозможность непрерывного контроля за распределением радионуклидов по слоям почво-грунтов, что не позволяет определить динамические характеристики миграции;
сложная технология радиохимического анализа проб, что приводит к большим трудозатратам;
не обеспечивается безопасность персонала при отборе проб, так как в отобранной пробе, либо в месте отбора пробы могут оказаться радиоактивные частицы с большой активностью.The invention relates to methods for controlling environmental pollution, and in particular to methods for controlling the vertical migration of radionuclides in soils, and can be used to control the vertical migration of radionuclides in areas adjacent to nuclear power plants, radioactive waste burial sites, plants for the production of radioactive materials, and also in areas exposed to radioactive contamination as a result of accidents at nuclear facilities, and at nuclear test sites [1 and 2]
There is a method of controlling the vertical migration of radionuclides in soils by sampling from different layers of soils and then determining the volumetric activity of the samples taken by radiochemical methods; vertical migration of radiolides is controlled by the change in volumetric activity in soil layers over time [3]
The disadvantages of this method are:
the destruction of the measured soil layer in the control place, which does not allow periodic determination of volumetric activity in the same place and, therefore, to obtain completely reliable results;
the impossibility of accurately determining the depth and thickness of the soil layer from which the sample is taken, which does not allow reliable enough to establish the distribution of radionuclides in the soil layers;
the impossibility of continuous monitoring of the distribution of radionuclides over soil layers, which does not allow to determine the dynamic characteristics of migration;
sophisticated technology for radiochemical analysis of samples, which leads to high labor costs;
the safety of personnel during sampling is not ensured, since radioactive particles with high activity may appear in the selected sample or at the sampling location.

Существует необходимость одновременно с контролем миграции производить измерения влажности почво-грунтов для нахождения корреляции между миграцией радионуклидов и водным балансом в почво-грунтах в месте контроля. Цель изобретения повышение достоверности контроля вертикальной миграции радионуклидов в почво-грунтах, получение возможности определения динамических характеристик миграции, получение возможности определения корреляции между миграцией радионуклидов и водным балансом в почво-грунтах в месте контроля, снижение трудоемкости контроля и повышение безопасности персонала. There is a need, simultaneously with migration control, to measure soil moisture in order to find a correlation between the migration of radionuclides and the water balance in the soil at the control site. The purpose of the invention is to increase the reliability of monitoring vertical migration of radionuclides in soils, obtaining the ability to determine the dynamic characteristics of migration, gaining the ability to determine the correlation between migration of radionuclides and water balance in soils at the control site, reducing the complexity of control and increasing personnel safety.

Это достигается за счет того, что объемную активность измеряют непосредственно в месте контроля непрерывно, послойно, без нарушения структуры почво-грунтов; причем одновременно измеряют влажность контролируемых слоев почво-грунтов и определяют корреляцию между миграцией радионуклидов и водным балансом в почво-грунтах в месте контроля. This is achieved due to the fact that volumetric activity is measured directly at the control site continuously, in layers, without disturbing the structure of soils; moreover, simultaneously measure the moisture content of the controlled soil layers and determine the correlation between the migration of radionuclides and the water balance in the soil at the control site.

Предлагаемый способ реализуется с помощью специально разработанной системы контроля вертикальной миграции радионуклидов в почво-грунтах (АСКМР). The proposed method is implemented using a specially designed system for monitoring the vertical migration of radionuclides in soils (ASKMR).

На фиг. 1 представлена упрощенная схема системы АСКМР, разработанной для осуществления предлагаемого способа. In FIG. 1 presents a simplified diagram of an ASKMR system designed to implement the proposed method.

Система содержит блок микропроцессорный 1, блок аккумуляторный 2, устройства детектирования 3, 4 и 5, влагомер нейтронный 6. The system comprises a microprocessor unit 1, a battery unit 2, detection devices 3, 4 and 5, a neutron hydrometer 6.

Устройство детектирования 3 предназначено для преобразования гамма-излучения гамма-излучающих нуклидов, содержащихся в почво-грунтах, в электрические сигналы и передачи этих сигналов в блок микропроцессорный 1. Detection device 3 is designed to convert gamma radiation of gamma-emitting nuclides contained in soils into electrical signals and transmit these signals to microprocessor unit 1.

Устройство детектирования 4 предназначено для преобразования бета-излучения бета-излучающих нуклидов, содержащихся в почво-грунтах, в электрические сигналы и передачи этих сигналов в блок микропроцессорный 1. Detection device 4 is designed to convert beta radiation of beta-emitting nuclides contained in soils into electrical signals and transmit these signals to microprocessor unit 1.

Устройство детектирования 5 выполняет те же функции, что и устройства детектирования 3 и 4, но располагается в водоносном горизонте. The detection device 5 performs the same functions as the detection device 3 and 4, but is located in the aquifer.

Устройства детектирования 3 и 4 выполнены так, что могут получать информацию послойно до глубины 2,5 м при толщине контролируемого слоя 10 мм, а устройство детектирования 5 получает информацию только с водоносного горизонта. Detection devices 3 and 4 are designed so that they can receive information in layers to a depth of 2.5 m with a thickness of the controlled layer of 10 mm, and detection device 5 receives information only from the aquifer.

Блок микропроцессорный 1 управляет работой всей системы, анализирует сигналы, приходящие с устройств детектирования, с целью определения объемной активности любого выбранного радионуклида, запоминает полученные значения объемной активности, влажности, даты и время всех измерений. Информация, хранящаяся в блоке микропроцессорном 1, может быть перенесена по окончании работы в память персональной ЭВМ типа IBM PC для представления в удобном для пользователя виде (таблицы, графики и т.д.). Microprocessor unit 1 controls the operation of the entire system, analyzes the signals coming from the detection devices in order to determine the volumetric activity of any selected radionuclide, remembers the obtained values of volumetric activity, humidity, date and time of all measurements. The information stored in microprocessor unit 1 can be transferred at the end of work to the memory of a personal computer such as IBM PC for presentation in a user-friendly form (tables, graphs, etc.).

Влагомер предназначен для измерения влажности в различных слоях почво-грунтов вплоть до водоносного горизонта. Измеренные значения влажности передаются в блок микропроцессорный. The moisture meter is designed to measure moisture in various layers of soil up to the aquifer. The measured humidity values are transmitted to the microprocessor unit.

Блок аккумуляторный 6 предназначен для обеспечения энергией всей системы в полевых условиях, что позволяет системе работать в автоматическом автономном режиме без участия оператора. Battery pack 6 is designed to provide energy for the entire system in the field, which allows the system to work in an automatic stand-alone mode without operator intervention.

Все устройства детектирования, а также влагомер устанавливаются стационарно в месте контроля, что обеспечивает контроль миграции в одном и том же месте, в то время, как при отборе проб необходимо пробурить столько скважин, сколько слоев почво-грунтов необходимо контролировать; причем при периодическом контроле это количество умножается на число операций контроля. All detection devices, as well as a moisture meter, are installed permanently in the control place, which provides migration control in the same place, while when sampling it is necessary to drill as many wells as there are soil layers to be controlled; moreover, with periodic monitoring, this number is multiplied by the number of control operations.

Точность контроля глубины залегания и толщины слоя почво-грунтов при использовании предлагаемого способа во много раз превышает точность контроля при отборе проб. Это объясняется тем, что система АСКМР устанавливается стационарно, следовательно, нулевой уровень, от которого производится отсчет глубины залегания расположен постоянно на одной отметке, необходимая точность установки датчиков устройств АСКМР при контроле слоев почво-грунтов обеспечивается конструкторскими решениями. The accuracy of control of the depth and thickness of the soil layer when using the proposed method is many times higher than the accuracy of control when sampling. This is due to the fact that the ASKMR system is installed stationary, therefore, the zero level from which the depth is counted is constantly at the same level, the required accuracy of the installation of ASKMR device sensors when monitoring soil layers is provided by design solutions.

Датчик устройства детектирования 3 по командам блока микропроцессорного перемещается к тому слою почво-грунтов, который необходимо контролировать. По окончании измерения объемной активности выбранного слоя датчик перемещается к следующему слою. По окончании измерения всех слоев цикл измерений повторяется. Так как время цикла во много раз меньше, чем время миграции радионуклидов от слоя к слою, то контроль практически является непрерывным. The sensor of the detection device 3, by commands of the microprocessor unit, moves to the soil layer that needs to be controlled. At the end of the measurement of the volumetric activity of the selected layer, the sensor moves to the next layer. Upon completion of the measurement of all layers, the measurement cycle is repeated. Since the cycle time is many times less than the time of migration of radionuclides from layer to layer, the control is practically continuous.

Датчик устройства детектирования 4 неподвижен. Он измеряет объемную активность одновременно во всех выбранных слоях почво-грунтов. Начало и конец цикла измерений задаются блоком микропроцессорным. Время цикла также, как и в предыдущем случае, много меньше времени миграции радионуклидов от слоя к слою. The sensor of the detection device 4 is stationary. It measures volumetric activity simultaneously in all selected soil layers. The beginning and end of the measurement cycle are set by the microprocessor unit. The cycle time, as in the previous case, is much shorter than the time of migration of radionuclides from layer to layer.

Датчик устройства детектирования 5 устанавливается в водоносном горизонте. Он неподвижен и измеряет объемную активность радионуклидов также непрерывно. Таким путем обеспечивается непрерывность контроля миграции радионуклидов. The sensor of the detection device 5 is installed in the aquifer. It is motionless and measures the volumetric activity of radionuclides also continuously. In this way, continuous monitoring of radionuclide migration is ensured.

Влагомер 6 перемещается по командам блока микропроцессорного по всем выбранным заранее слоям почво-грунтов, вплоть до водоносного горизонта. Он измеряет важность почво-грунтов одновременно с измерениями объемной активности устройствами детектирования. The moisture meter 6 moves according to the instructions of the microprocessor unit over all previously selected soil layers, up to the aquifer. It measures the importance of soil at the same time as volumetric measurements of detection devices.

Таким путем обеспечивается одновременное измерение объемной активности и влажности почво-грунтов. In this way, simultaneous measurement of volumetric activity and soil moisture is provided.

Безопасность персонала обеспечивается тем, что система АСКМР работает без участия оператора. Вся полученная информация может быть передана в пункт контроля по кабелю связи, либо по радиоканалу. Personnel safety is ensured by the fact that the ASKMR system works without operator participation. All information received can be transmitted to the control point via a communication cable or by radio.

Отсутствие прототипов заявляемого способа позволяет сделать вывод о том, что этот способ соответствует критерию "новизна". The lack of prototypes of the proposed method allows us to conclude that this method meets the criterion of "novelty."

Анализ известного способа позволяет сделать вывод об отсутствии в нем принципов, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом способе, и признать предлагаемое изобретение соответствующим критерию "существенные отличия". Analysis of the known method allows us to conclude that it lacks principles similar to the essential distinguishing features in the claimed method, and to recognize the invention in accordance with the criterion of "significant differences".

Практическое применение способ может иметь в зоне Чернобыльской АЭС, в Челябинской области, на Семипалатинском ядерном полигоне и т.д. The method may have practical application in the zone of the Chernobyl nuclear power plant, in the Chelyabinsk region, at the Semipalatinsk nuclear test site, etc.

Материалы, использованные при составлении заявки:
1. Gillard I; Flemal I.M. Demorm I.P. Slegel W. Измерение естественной радиации на территории Бельгии, 1989. Указатель отечественных и зарубежных материалов. 1990. вып. 3, номер 32 (9).Materials used in the preparation of the application:
1. Gillard I; Flemal IM Demorm IP Slegel W. Measurement of natural radiation in Belgium, 1989. Index of domestic and foreign materials. 1990. issue. 3, number 32 (9).

2. Ariete M.G. Belvisi M. и др. Результаты осуществления широкой национальной программы по радиологическому контролю окружающей среды. 1989. Указатель отечественных и зарубежных материалов. 1990, вып. 2, номер 135 (45). 2. Ariete M.G. Belvisi M. et al. Results of a broad national program on radiological environmental control. 1989. Index of domestic and foreign materials. 1990, no. 2, number 135 (45).

3. Aarkrog A. Boetter-Iensen L. Hansen H. Радиоактивное загрязнение окружающей среды в Дании в 1987 г. 1989. Указатель отечественных и зарубежных материалов. 1991, вып.2, номер 130 (44). 3. Aarkrog A. Boetter-Iensen L. Hansen H. Radioactive pollution in Denmark in 1987. 1989. Index of domestic and foreign materials. 1991, issue 2, number 130 (44).

Claims (1)

Способ контроля вертикальной миграции радионуклидов в почвогрунтах путем измерения изменения объемных гамма- и бета-активностей почвогрунтов во времени, отличающийся тем, что объемные гамма- и бета-активности почвогрунтов измеряют с определенной цикличностью без нарушения структуры почвогрунтов во время измерения, при этом объемную гамма-активность измеряют послойно, а объемную бета-активность одновременно во всех выбранных слоях, вертикальную миграцию радионуклидов в почвогрунтах определяют по изменению объемных гамма- и бета-активностей слоев почвогрунтов во времени, причем одновременно измеряют влажность контролируемых слоев почвогрунтов нейтронным влагомером и определяют корреляцию между миграцией радионуклидов и влажностью почвогрунтов путем сравнения изменений объемных гамма- и бета-активностей слоев почвогрунтов с изменениями влажности этих же слоев в течение определенного промежутка времени. A method of controlling the vertical migration of radionuclides in soils by measuring the change in volumetric gamma and beta activities of soils over time, characterized in that the volume gamma and beta activities of soils are measured with a certain periodicity without disturbing the structure of soils during measurement, while volumetric gamma activity is measured in layers, and volumetric beta activity simultaneously in all selected layers, the vertical migration of radionuclides in soil is determined by the change in volumetric gamma and beta of soil layers in time, and at the same time, the moisture content of the controlled soil layers is measured with a neutron moisture meter and the correlation between the migration of radionuclides and soil moisture is determined by comparing the changes in volumetric gamma and beta activities of soil layers with moisture changes in the same layers over a certain period of time.