一種原位探測水蝕土壤中¹³⁷Cs滲透深度的方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的方法和系統(tǒng)，其中，所述方法包括：從ISOCS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率；根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)；根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和137Cs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系求取質(zhì)量深度；根據(jù)質(zhì)量深度求取137Cs在土壤中的活度。本發(fā)明一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的方法和系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)137Cs滲透深度造成誤差大的問題。
【專利說明】
一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及就地測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度 的方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是世界上水土流失最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，嚴(yán)重的水土流失不僅造成土地生產(chǎn) 力長期退化，同時(shí)侵蝕徑流和泥沙所攜帶的農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)已對下游水體造成了嚴(yán)重的污 染，成為制約我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的首要環(huán)境問題。為了治理嚴(yán)重的水土流失，國家先后實(shí) 施了大面積的退耕還林工程和水土保持生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目。我國水土保持措施的多樣性、 實(shí)效性在國際上是罕有的，但我國水土保持學(xué)科的發(fā)展卻一直滯后于水土保持實(shí)踐，不能 對以往水土保持綜合治理的減沙效益方面的工作予以充分、客觀的評價(jià)。通過工程實(shí)施能 否解決工程區(qū)嚴(yán)重的水土流失問題，能否減輕下游河流的泥沙淤積問題，回答這些問題亟 需一種評價(jià)土壤水蝕速率及其對重大土壤保持工程響應(yīng)的快速、原位、動態(tài)監(jiān)測技術(shù)，為良 性生態(tài)環(huán)境重建等重大決策的制定提供科學(xué)技術(shù)支撐。目前，對于土壤水蝕速率的檢測主 要有以下方法：
[0003] 1. 土壤侵蝕環(huán)境放射性核素示蹤方法
[0004] 與一般的土壤侵蝕研究方法相比，環(huán)境放射性核素示蹤技術(shù)只需要一次或幾次采 集樣品，就能快速、定量地評價(jià)土壤水蝕侵蝕產(chǎn)沙物質(zhì)再分布空間格局 [1]。目前，傳統(tǒng)的土 壤侵蝕環(huán)境放射性核素示蹤，尤其是137Cs示蹤技術(shù)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。近年 來，在我國有關(guān)土壤水蝕的研究正在從注重于定向描述向定量研究轉(zhuǎn)變。中國土壤侵蝕的 核素示蹤法研究始于80年代后期，主要集中在應(yīng)用傳統(tǒng)的 mCs示蹤技術(shù)分析泥沙來源或 湖泊泥沙沉積。
[0005] mCs傳統(tǒng)土壤侵蝕示蹤技術(shù)應(yīng)用的原理，主要是通過測定采樣地點(diǎn)的單位面積環(huán) 境核素的總活度與該地點(diǎn)附近的參考點(diǎn)（沒有侵蝕或泥沙沉積的地區(qū)，用于估算當(dāng)?shù)卮髿?散落的環(huán)境核素的背景值)累積環(huán)境核素面積活度比較而獲得散落核素在空間的再分布情 況。通過測定采樣地點(diǎn)環(huán)境放射性核素的流失或堆積量與試驗(yàn)獲得的土壤流失量之間的關(guān) 系，可定量估算土壤侵蝕或堆積速率。傳統(tǒng)土壤水蝕的 mCs示蹤法是評價(jià)水蝕尤其是片狀 侵蝕和細(xì)構(gòu)間侵蝕最為有效的方法之一，但仍然存在幾個(gè)不足：（1)采樣的面積和參考點(diǎn)問 題。目前傳統(tǒng)的土壤水蝕的環(huán)境放射性核素示蹤如 mCs示蹤存在3方面不足:一是很小的采 集樣品面積(大多在150cm2)很難代表研究區(qū)域的空間微觀變異性;二是由于人類活動的劇 烈影響，尋找無侵蝕無堆積的參考點(diǎn)非常困難，而且在確定可靠參考點(diǎn)時(shí)土壤中 mCs活度 的小尺度異質(zhì)性也是尤為突出的問題。多數(shù)土樣采集方法中土樣表面積相對很小，為了建 立可靠的參考點(diǎn)就需要采集相當(dāng)數(shù)量的土樣;三是大量的鉆孔采集樣品不僅具有很大的破 壞性(尤其對自然保護(hù)地區(qū)），而且室內(nèi)土樣準(zhǔn)備和Gamma( γ )譜儀測量費(fèi)耗時(shí)間長，為了獲 取單個(gè)土樣可靠的測量值，γ譜儀中的標(biāo)準(zhǔn)高純鍺(HPGe)探測器所需要的計(jì)數(shù)時(shí)間為6到8 小時(shí)，如果γ譜儀效率< 30 %，需要時(shí)間甚至在48小時(shí)以上。在同等計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)精度的前提 下，傳統(tǒng)方法實(shí)驗(yàn)室取樣分析還會花費(fèi)更長的時(shí)間，而且增加了取樣、制樣等大量工作和系 統(tǒng)誤差。（2)研究思路與研究方法?？焖佟⒃?、動態(tài)監(jiān)測和評價(jià)區(qū)域土壤水蝕速率及其與重 大土壤保持工程的關(guān)系應(yīng)當(dāng)成為未來土壤侵蝕的同位素示蹤領(lǐng)域的研究方向。但是，我國 在這方面的研究思路和研究手段仍值得進(jìn)一步探索。與國外比較，我國目前普遍采用的土 壤侵蝕的傳統(tǒng)環(huán)境放射性核素示蹤研究面臨更大挑戰(zhàn)。由于受強(qiáng)烈人類活動的影響，我國 在尋找過去50年沒有侵蝕或沉積的永久草地或農(nóng)地作為與鄰近侵蝕地點(diǎn)的參考點(diǎn)更加困 難。無法確定的參考點(diǎn)、很小的采樣面積(大多在150cm 2)、非常有限的樣本數(shù)目和長時(shí)間的 室內(nèi)測定，是mCs示蹤技術(shù)在我國土壤水蝕研究中應(yīng)用的最大困難，迫切需要尋求新的研 究方法和研究思路解決這一問題。
[0006] 2.現(xiàn)場譜儀野外原位示蹤法的優(yōu)勢與應(yīng)用難點(diǎn)
[0007]在傳統(tǒng)野外γ射線能譜測量中，人們普遍認(rèn)為低能γ射線是一種干擾因素，總是 設(shè)法將其消除或減弱，這種觀念較大地影響了對野外γ射線全譜信息的利用。我國自70年 代初開始進(jìn)行野外γ射線能譜測量技術(shù)及應(yīng)用的研究。有人將地面γ能譜儀成功地應(yīng)用于 地質(zhì)填圖，水文地質(zhì)，工程地質(zhì)等地球科學(xué)領(lǐng)域取得了顯著成績，但國內(nèi)目前還沒有關(guān)于 γ 射線全譜測量在野外土壤侵蝕應(yīng)用的報(bào)道。
[0008] IS0CS是現(xiàn)場物體計(jì)數(shù)系統(tǒng)的簡稱，它能夠在野外現(xiàn)場條件下直接進(jìn)行γ能譜測 量和分析，就地測定土壤中的環(huán)境放射性核素面積含量(Bq/n^hlSOCS系統(tǒng)通過探測器表 征，用戶輸入源的幾何數(shù)據(jù)及刻度軟件，實(shí)現(xiàn)環(huán)境樣品的無源刻度。與實(shí)驗(yàn)室測量系統(tǒng)相 比，IS0CS現(xiàn)場譜儀有以下優(yōu)點(diǎn)：一是結(jié)合無源刻度技術(shù)短時(shí)間內(nèi)可以對土壤中核素的比活 度進(jìn)行定性、定量分析。以往對土壤中核素的比活度進(jìn)行分析是通過野外取樣，在實(shí)驗(yàn)室分 析完成的。在同等計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)精度的前提下，實(shí)驗(yàn)室取樣分析需要花費(fèi)更長的時(shí)間，而且增加 了取樣、制樣等工作量和系統(tǒng)誤差。二是測量精度高。IS0CS系統(tǒng)可以在0~12m半徑范圍內(nèi) 進(jìn)行探測器的效率刻度，能探測到面積約0~500m 2范圍內(nèi)的γ射線，所測土壤重量多達(dá)幾 噸，而傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測量取樣不僅破壞地表、而且所測物品量一般為幾十克到幾百克 [11]。 與國內(nèi)外傳統(tǒng)室內(nèi)及野外γ射線測量技術(shù)相比，IS0CS使用ΒΕ5030寬能型高純鍺便攜式探 測器，具有以下特色：（1)兼?zhèn)渫SΡ型探測器和平面低能型探測器的特性，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了 野外地面γ射線全譜快速測量，可在現(xiàn)場及時(shí)獲得γ全譜曲線；（2)采用譜線擬合尋峰、計(jì) 算機(jī)軟件穩(wěn)譜技術(shù)，摒棄了放射性核素源，實(shí)現(xiàn)了野外無干擾現(xiàn)場放射性核素快速測定； (3)低能區(qū)域效率高于同樣效率的同軸Ρ型探測器，探測效率50% ; (4)在野外IS0CS現(xiàn)場獲 得γ射線全譜曲線，確定放射性核素種類及其分布概況，可實(shí)現(xiàn)資料處理的現(xiàn)場化。利用 IS0CS現(xiàn)場譜儀及現(xiàn)場效率刻度軟件，對野外獲得γ譜線進(jìn)行解譜、數(shù)據(jù)處理、定性分析，可 以獲取研究區(qū)的各放射性核素的含量文件，可繪制各核素含量分布的平面等值圖及核素含 量分布的三維立體圖。
[0009] 在土壤侵蝕環(huán)境測量中，IS0CS就地HPGe γ譜儀通過對γ能譜的測量和識別，根據(jù) 峰位可確定γ射線能量，即可判斷該樣品含有哪幾種放射性核素;通過峰面積能定量推算 出發(fā)射γ射線的放射性核素在土壤中的比活度。使用該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確確定譜 儀的全能峰計(jì)數(shù)率與土壤中不同核素比活度間的關(guān)系，測量前必須進(jìn)行能量刻度和效率刻 度。isocs刻度軟件采用模擬計(jì)算的方法計(jì)算環(huán)境樣品的探測效率，通過把蒙特卡羅(MCNP， Monte Carlo N-Particle)模型程序所產(chǎn)生的探測器特征、數(shù)學(xué)幾何樣板和實(shí)際樣品參數(shù) 結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)就地HPGe γ譜儀測量土壤中放射性核素活度的無源刻度。MCNP模擬計(jì)算 方法，模擬在土壤中呈不同分布的放射性核素產(chǎn)生的主要γ射線在HPGe γ譜儀上產(chǎn)生的全 能峰計(jì)數(shù)率，由大量全能沉積的γ光子的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，獲得刻度因子。該方法不受放射源的γ 光子能量及幾何形狀的限制，但它要求獲取準(zhǔn)確的探測器結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)和放射性核素隨土 壤深度的分布參數(shù)，正確的刻度及核素在土壤母體中的剖面分布特征的確定已成為它應(yīng)用 中的關(guān)鍵問題。
[001 0 ] ISOCS原位測量技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用MCNP模型程序進(jìn)行就地測量時(shí)面臨的問題和難點(diǎn) 是:測量土壤中的放射性核素活度時(shí)，首先必須知道這些核素隨土壤深度的分布情況，測量 前要對放射性核素隨土壤深度的分布參數(shù)進(jìn)行選擇，目前的方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)深度進(jìn)行 就地測量，但這種方法往往造成很大誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方 法和系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè) 137Cs滲透深度造成誤差大的問題。
[0012] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透 深度的方法，包括：
[0013] S1，用于從IS0CS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率；
[0014] S2,根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)；
[0015] S3,根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系獲取質(zhì)量深度；
[0016] S4，根據(jù)質(zhì)量深度獲取mCs在土壤中的活度。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是:通過采用IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源效率刻度測量，得到全能峰計(jì) 數(shù)率;根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù);根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和 mCs在土壤中的穿透深 度之間的關(guān)系獲取質(zhì)量深度;根據(jù)質(zhì)量深度獲取mCs在土壤中的活度，從而能夠更加精確 地估計(jì) 137Cs在土壤中的活度，避免了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)假設(shè)估計(jì)造成誤差大的問題。
[0018] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做出如下改進(jìn):所述S2中光譜推導(dǎo)系數(shù) 按照以下方法求?。?br>[0019] S21，獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的 全能峰計(jì)數(shù)率差值；
[0020] S12,將mCs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì) 數(shù)率差值的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。
[0021] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過全能峰面積能定量且準(zhǔn)確地推算出發(fā) 射γ射線的放射性核素在土壤中的比活度。
[0022]進(jìn)一步，所述光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系：
[0023] Qc^Qc^^ . 9
[0024] 式中，為就地測量土壤中散落核素mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為mCs在土壤中的 穿透質(zhì)量深度，單位為kg πΓ2;θ為就地測量坡地的坡度，Dcos9為質(zhì)量深度校正系數(shù)和a 為常數(shù)。
[0025]進(jìn)一步，所述S4中按照以下方法求取mCs在土壤中的活度：
[0026] Αι = Αι〇θΚΟ；
[0027] 式中，Α!為散落mCs的活度，單位為Bq m-2;C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率， 單位為S4，D為 mCs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kg nf2;A1Q和β是常數(shù)。
[0028] 進(jìn)一步，所述S1之前還包括：
[0029]采用IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源刻度測量。
[0030]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的另一種技術(shù)方案如下:一種原位探測水蝕土壤中mCs 滲透深度的系統(tǒng)，包括：
[0031 ]全能峰計(jì)數(shù)率獲取模塊，用于從IS0CS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率；
[0032]光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)；
[0033]質(zhì)量深度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān) 系求取質(zhì)量深度；
[0034]活度計(jì)算模塊，用于根據(jù)質(zhì)量深度求取mCs在土壤中的活度。
[0035] 本發(fā)明的有益效果是:通過利用IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源效率刻度測量，進(jìn)而采用全能 峰計(jì)數(shù)率獲取模塊從IS0CS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率;根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)； 根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和 mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系獲取質(zhì)量深度;根據(jù)質(zhì)量深度獲 取mCs在土壤中的活度，從而能夠更加精確地估計(jì) mCs在土壤中的活度，避免了傳統(tǒng)的經(jīng) 驗(yàn)假設(shè)估計(jì)造成誤差大的問題。
[0036] 在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做出如下改進(jìn):所述光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取 模塊中光譜推導(dǎo)系數(shù)按照以下方法求?。?br>[0037] 獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的全能 峰計(jì)數(shù)率差值；
[0038] 將mCs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì)數(shù)率 差值的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。
[0039] 采用上述進(jìn)一步方案的有益效果是:通過全能峰面積能定量且準(zhǔn)確地推算出發(fā)射 Y射線的放射性核素在土壤中的比活度。
[0040] 進(jìn)一步，所述光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系為：
[0041] Qc=Qcs^e. 9
[0042] 式中，民為就地測量土壤中散落核素mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為mCs在土壤中的 穿透質(zhì)量深度，單位為kg πΓ2; Θ為就地測量坡地的坡度，Dcos9為質(zhì)量深度校正系數(shù)；β；。和a 為常數(shù)。
[0043] 進(jìn)一步，所述質(zhì)量深度計(jì)算模塊按照以下方法求取mCs在土壤中的活度：
[0044] Αι = Αι〇θκο；
[0045] 式中，Ai為散落mCs的活度，單位為Bq m-2;C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率， 單位為S4，D為 137Cs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kg nf2;A1Q和β是常數(shù)。
[0046] 進(jìn)一步，還包括:IS0CS系統(tǒng)，用于進(jìn)行無源刻度測量。
【附圖說明】
[0047] 圖1為本發(fā)明一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法的流程示意圖圖；
[0048] 圖2為本發(fā)明中采用IS0CS系統(tǒng)獲取的全能峰技術(shù)率的曲線圖；
[0049] 圖3為本發(fā)明一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0051 ]本發(fā)明根據(jù)γ能譜分析的理論基礎(chǔ)及IS0CS的刻度原理，分析土壤中散落mCs的 質(zhì)量深度對其光譜前向散射幅度的影響，基于mCs的γ光譜中用來補(bǔ)償mCs垂直分布變化 的前向散射的量與源和探測器之間光子軌跡的作用概率，提出根據(jù)IS0CS系統(tǒng)便攜式γ譜 儀獲得的 137Cs全能峰的前向散射率估計(jì)137Cs隨土壤深度的分布的方法。
[0052]圖1為本發(fā)明一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法的流程示意圖。
[0053]如圖1所示，一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法，包括：
[0054] S1，采用IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源效率刻度測量，和從IS0CS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率；
[0055] 其中，測量用的IS0CS系統(tǒng)主要包括以下部件:HPGe探測器、一組調(diào)節(jié)探測角度的 屏蔽鉛石、便攜式Inspector2000多道分析器系統(tǒng)、裝有Genie2000譜分析軟件的筆記本電 腦、IS0CS刻度軟件。
[0056] IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源刻度測量分為4個(gè)步驟:①HPGe探測器表征;②能量刻度;③無 源效率刻度;④γ能譜測量與分析。在IS0CS系統(tǒng)使用之前，系統(tǒng)中使用的HPGe探測器必須 進(jìn)行無源刻度表征。就地HPGe γ譜儀對土壤中放射性核素比活度的效率刻度，即為土壤中 單位比活度放射性核素發(fā)射的一種主要能量的γ射線在譜儀上全能峰計(jì)數(shù)率。
[0057] S2，根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)；
[0058] 圖2為利用IS0CS系統(tǒng)獲取的隨能量分布的全能峰技術(shù)率的曲線圖；
[0059] 根據(jù)圖2獲取的全能峰技術(shù)率的曲線圖，可以求出全能峰面積Α和譜線步長ΒΤ，具 體地，光譜推導(dǎo)系數(shù)按照以下方法求取：
[0060] S21，獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的 全能峰計(jì)數(shù)率差值；
[0061 ] S12,將mCs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì) 數(shù)率差值的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。
[0062]由于通過土壤時(shí)的散射作用，土壤剖面中可進(jìn)入探測器的mCs的γ射線能量會減 少，mCs全能峰的左側(cè)峰計(jì)數(shù)率比右側(cè)峰計(jì)數(shù)率高，這樣，mCs在能量661.6keV的全能峰的 形狀和在609.3keV( 214Bi)和727.2keV(212Bi)之間的全能峰計(jì)數(shù)率可以反應(yīng)出mCs隨土壤 深度的分布，土壤中散落 mCs的質(zhì)量深度會影響到其光譜前向散射的幅度，mCs的γ光譜 中用來補(bǔ)償mCs垂直分布變化的前向散射的量( mCs全能峰(661.6keV)與康普頓邊((^為 478.keV)之間的谷區(qū)）與源和探測器之間光子軌跡的作用概率緊密相關(guān)。通過把與 mCs隨 土壤深度的分布緊密相關(guān)的參數(shù)定義為光譜推導(dǎo)系數(shù)Q，對于穩(wěn)定的被探測核素源和相對 平整的探測地面，隨著核素質(zhì)量深度的增加，土壤中γ光子的前向散射對谷區(qū)的貢獻(xiàn)隨全 能峰的面積而增加，譜線步長Βτ就會峰面積的增加而增加。因此，光譜推導(dǎo)系數(shù)Q可以定義 為全能峰Α與譜線步長ΒΚ?Γ 1)的比率，具體如下：
[0064] 譜線步長Βτ為mCs峰(661.6keV)和214Bi峰(609.3keV)之間的計(jì)數(shù)平均值(1^)和 137Cs峰(661.6keV)和212Bi峰(727.2keV)之間的計(jì)數(shù)平均值(b2)之間的差;BTibi-b^
[0066] S3,根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系求取質(zhì)量深度；
[0067]光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系為：
[0068] Qc^Qc^-^ . f
[0069] 式中，民為就地測量土壤中散落核素mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為mCs在土壤中的 穿透質(zhì)量深度，單位為kg πΓ2; Θ為就地測量坡地的坡度，Dcos9為質(zhì)量深度校正系數(shù)；。和a 為常數(shù)。
[0070] S4,根據(jù)質(zhì)量深度求取mCs在土壤中的活度。具體為按照以下方法求取mCs在土 壤中的活度：
[0071] Αι = Αι〇θΚΟ；
[0072] 式中，Ai為散落mCs的活度，單位為Bq m-2;C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率， 單位為S4，D為 137Cs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kg nf2;A1Q和β是常數(shù)。
[0073] 圖3是本發(fā)明一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0074] 如圖3所示，一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)，包括：
[0075] IS0CS系統(tǒng)，用于進(jìn)行無源刻度測量；
[0076] 全能峰計(jì)數(shù)率獲取模塊，用于從IS0CS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率；
[0077] 光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)；
[0078] 質(zhì)量深度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān) 系求取質(zhì)量深度；
[0079] 活度計(jì)算模塊，用于根據(jù)質(zhì)量深度求取mCs在土壤中的活度。
[0080] 其中，IS0CS系統(tǒng)進(jìn)行無源刻度測量分為4個(gè)步驟:①HPGe探測器表征；②能量刻 度;③無源效率刻度;④γ能譜測量與分析。在IS0CS系統(tǒng)使用之前，系統(tǒng)中使用的HPGe探測 器必須進(jìn)行無源刻度表征。就地HPGe γ譜儀對土壤中放射性核素比活度的效率刻度，即為 土壤中單位比活度放射性核素發(fā)射的一種主要能量的γ射線在譜儀上全能峰計(jì)數(shù)率。 [0081 ]其中，光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取模塊中光譜推導(dǎo)系數(shù)按照以下方法求?。?br>[0082] 獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的全能 峰計(jì)數(shù)率差值；
[0083] 將mCs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì)數(shù)率 差值的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。
[0084] 其中，所述光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系為：
[0085] H 產(chǎn)' 9
[0086] 式中，&為就地測量土壤中散落核素mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為mCs在土壤中的 穿透質(zhì)量深度，單位為kg πΓ2;θ為就地測量坡地的坡度，Dcos9為質(zhì)量深度校正系數(shù);〇；〇和a 為常數(shù)。
[0087]其中，質(zhì)量深度計(jì)算模塊按照以下方法求取mCs在土壤中的活度：
[0088] Αι = Αι〇θΚΟ；
[0089] 式中，Α!為散落mCs的活度，單位為Bq m-2;C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率， 單位為S4，D為 mCs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kg nf2;A1Q和β是常數(shù)。
[0090] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的方法，其特征在于，包括： Sl，從ISOCS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率； S2，根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)； S3,根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和137Cs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系獲取質(zhì)量深度； S4，根據(jù)質(zhì)量深度獲取137Cs在土壤中的活度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法，其特征在于，所 述S2中光譜推導(dǎo)系數(shù)按照以下方法求?。?S21，獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的全能 峰計(jì)數(shù)率差值； S12，將137Cs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì)數(shù)率 差值的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法，其特征在于，所 述光譜推導(dǎo)系數(shù)和 137Cs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系：式中，為就地測量土壤中散落核素 mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為137Cs在土壤中的穿透 質(zhì)量深度，單位為kgnf2; Θ為就地測量坡地的坡度，DcosQ為質(zhì)量深度校正系數(shù);Qe, 〇和a為常 數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的方法，其特征在于，所 述S4中按照以下方法求取 137Cs在土壤中的活度： Ai=Aioeec0; 式中，A1為散落137Cs的活度，單位為Bq πΓ2; C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率，單位 為s'D為137Cs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kgnf2;A1Q和β是常數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的方法，其特征在于， 所述Sl之前還包括： 采用ISOCS系統(tǒng)進(jìn)行無源刻度測量。6. -種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 全能峰計(jì)數(shù)率獲取模塊，用于從ISOCS系統(tǒng)獲取全能峰計(jì)數(shù)率； 光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取模塊，用于根據(jù)全能峰技術(shù)率獲取光譜推導(dǎo)系數(shù)； 質(zhì)量深度計(jì)算模塊，用于根據(jù)光譜推導(dǎo)系數(shù)和mCs在土壤中的穿透深度之間的關(guān)系求 取質(zhì)量深度； 活度計(jì)算模塊，用于根據(jù)質(zhì)量深度求取137Cs在土壤中的活度。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)，其特征在于，所 述光譜推導(dǎo)系數(shù)獲取模塊中光譜推導(dǎo)系數(shù)按照以下方法求取： 獲取mCs在能量為661.6keV的全能峰面積，和在609.3keV和727.2keV之間的全能峰計(jì) 數(shù)率差值； 將137Cs在能量為661.6keV的全能峰面積和在609.3keV和727.2keV之間的計(jì)數(shù)率差值 的比率作為光譜推導(dǎo)系數(shù)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)，其特征在于，所 述光譜推導(dǎo)系數(shù)和137Cs在土壊中的穿透深度之間的關(guān)系為：式中，為就地測量土壤中散落核素 mCs的光譜推導(dǎo)系數(shù);D為137Cs在土壤中的穿透 質(zhì)量深度，單位為kg πΓ2; Θ為就地測量坡地的坡度，DcosQ為質(zhì)量深度校正系數(shù);Qe, 〇和a為常 數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種原位探測水蝕土壤中mCs滲透深度的系統(tǒng)，其特征在于，所 述質(zhì)量深度計(jì)算模塊按照以下方法求取 137Cs在土壤中的活度： Ai=Aioeec0; 式中，A1為散落137Cs的活度，單位為Bq πΓ2; C為mCs在661.7keV的全能峰計(jì)數(shù)率，單位 為s'D為137Cs在土壤中的穿透質(zhì)量深度，單位為kgnf2;A1Q和β是常數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種原位探測水蝕土壤中137Cs滲透深度的系統(tǒng)，其特征在于， 還包括： ISOCS系統(tǒng)，用于進(jìn)行無源刻度測量。
【文檔編號】G01N15/08GK106018231SQ201610298282
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】張晴雯, 李勇, 楊正禮, 張愛平, 劉杏認(rèn)
【申請人】中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所