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技術(shù)文章

同位素示蹤測量地下水流速流向儀原理

發(fā)布時(shí)間:2021-04-01瀏覽:3124次

示蹤的是顯示蹤跡的意思,例如:人們對候鳥、野牛、角馬等動(dòng)物的遷徒追蹤是將微型無線電發(fā)射器捆綁在這些動(dòng)物身上,當(dāng)這些個(gè)體隨著種群一起動(dòng)動(dòng)時(shí),只要接收并對有關(guān)信號進(jìn)行處理后就能推知總體的位置、行動(dòng)速度、走過的區(qū)域等等人們想知道的信息。

地下水流速流向儀

放射性同位素示蹤的特點(diǎn)

同位素就是一種元素存在著質(zhì)子數(shù)相同而中子數(shù)不同的幾種原子。由于質(zhì)子數(shù)相同,所以它們的核電荷和核外電子數(shù)都是相同的(質(zhì)子數(shù)=核電荷數(shù)=核外電子數(shù)),并具有相同電子層結(jié)構(gòu)。因此,同位素的化學(xué)性質(zhì)是相同的,處于周期表的同一位置上,稱做同位素。放射性同位素是不穩(wěn)定的,它會。會不間斷地、自發(fā)地放射出射線。

為什么人們要使用放射性同位素作為示蹤劑?

放射性同位素發(fā)出的射線能被探測器測出,測量的靈敏度極高,所以示蹤劑的濃度可以很低,避免了示蹤劑濃度大引起下沉而造成的誤差,因此我們將某種同位素釋放在水中,它們就會隨著水一起流動(dòng),因此可以示蹤水的流動(dòng)速度和流動(dòng)方向,只要將它們檢測出來,我們就能得到地下水的多種性狀參數(shù),由于深層的地下水有很大的壓力,并且伴有泥沙等多種雜質(zhì),其它的測量方法如光學(xué),電磁,聲波等都會受到不同的干擾,而放射性同位素發(fā)出的放射線可穿過測量探頭的不銹鋼外殼被探測器接收到,隔絕各種惡劣的環(huán)境條件,工作可靠,這是其它測量方法無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。

放射性同位素示蹤水平流流向測量原理示意圖

水平流測量探頭的示意圖如左圖所示,在探頭的內(nèi)部均勻分布著6個(gè)射線探測器,當(dāng)投源器將放射性溶液從4個(gè)投源孔投放出來時(shí),對于探頭而言是四周均勻分布的,當(dāng)水流往一個(gè)方向流動(dòng)時(shí),放射性示蹤劑暈就會發(fā)生變化,這樣6個(gè)射線探測器接收到的射線量就不一樣,結(jié)合電子羅盤確定的角度,就能計(jì)算出水流的方向了。

CS901地下水流速流向儀

放射性同位素示蹤水平流流速測量原理示意圖

當(dāng)水流流入探頭附近時(shí),流入的水就會稀釋原來的放射同位素濃度,部分同位素流出,在開始和經(jīng)過一段時(shí)間各測量一段相同的時(shí)間,所得到的計(jì)數(shù)值一定是不斷減少的,在無垂向流或垂向流較小時(shí)(V v<1 mh ),可用點(diǎn)稀釋法測定地下水的滲透流速。濾水管(或裸孔)中的地下水被微量的放射性同位素標(biāo)記,并混合均勻,示蹤同位素隨著地下水的流動(dòng)而進(jìn)入到含水層??梢宰C明地下水為層流時(shí),放射性同位素計(jì)數(shù)值的變化和滲透流速Vf的關(guān)系服從如圖公式,N0是初始計(jì)數(shù),Nt時(shí)刻計(jì)數(shù),t是測量時(shí)間,r1是測管內(nèi)徑:r0是探頭半徑;α是校正系數(shù)。

放射性同位素垂向流流速流向的測量

由示意圖中可以看到,垂向流的射線探測器是垂直安放的,當(dāng)投源器投放出來放射性溶液,它先被最近的探測器接收到,然后隨水流的運(yùn)動(dòng),被另一個(gè)探測器接收,兩者相隔的時(shí)間可以測量出,距離也是確定的,這樣水流的速度就被測量出來了。

放射性同位素的選用

放射性同位素有很多種,我們選用的是碘-131口服液,這是醫(yī)院為了治療和檢查給病人口服的一種藥劑,它的半衰期為8天,為無色透明液體,各地市甲級醫(yī)院均有同位素科,來源較容易,安全性好,價(jià)格合理。碘-131按國家有關(guān)規(guī)定,在做了適當(dāng)?shù)姆派湫苑雷o(hù)包裝后,可由鐵路、航空作包裹行李運(yùn)輸。目前的包裝如圖所示,外殼是一個(gè)直徑27厘米的塑料容器,中間安放一個(gè)鐵殼鉛罐,由足夠厚度的鉛把射線給擋住出不來,打開鉛蓋,可以看到一個(gè)類似青霉素瓶的玻璃小瓶,里面有少量的透明液體,這就是放射性同位素,使用時(shí)需要加水進(jìn)行稀釋,然后再使用,碘-131每過8天, 就有一半通過衰變消失了,所以經(jīng)過10半衰期,就基本沒有放射性了。

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