Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 238
Скачиваний: 0
должен расширяться. Рассмотрим количественную оценку рас ширения фронта. Прежде всего следует уточнить понятие ши рины фронта. Под шириной фронта будем условно понимать разность координат точек фронта с концентрациями фг и. 1—фг\
Соответственно |
(см. рис. 7.9) |
8х= х 2—Х\. Одно из свойств функ |
||||
ции |
(7.35) заключается в том, что |
[да(фг)| = |
|да(1— фг)1 = 1йУ1- |
|||
Поэтому ®1 = да(фг) = + |да|; |
w2 = w(\—фг) = — |ге»|- |
|
||||
На основании уравнения (7.35) получаем |
|
|
||||
|
8Г = |
х2— хг = 4w \f D*t = 4ш>УD*V/сои . |
(7.38) |
|||
Следовательно, |
ширина фронта меченой воды увеличивается^ |
|||||
— Y |
t или ~ У |
V. |
зрения, |
формула |
(7.38) |
исключи |
С |
практической точки |
|||||
тельно важна. Она позволяет определить один из основных ди
намических параметров — квазидиффузионный |
коэффициент |
|||
размытия D* измерением ширины фронта меченой воды в слое |
||||
дисперсной среды: |
о2 |
62х шо |
|
|
D* _ |
(7.39) |
|||
°х |
ТбшЙГ• |
|||
|
16w4 |
|
||
4. Так как и= V/a>t, из (7.35) |
следует: |
|
||
x = V!a + 2wVD*V/u(o , |
(7.40) |
|||
откуда можно получить формулу для расчета глубины проник новения меченой воды с заданной концентрацией фг, когда в колонку дисперсной среды введена меченая вода объемом V:
L, = У/оа -4- 2w, V D*V/u(o . |
(7.41) |
5. Из уравнения (7.40) можно получить формулу для |
рас |
чета расхода меченой воды, необходимой для проникновения меченой воды на заданную глубину Д :
У = |
[ (L iU + 2да?0*) - |
2wi]/'LpD* -f w]D*‘ |
]. |
(7.42) |
При практическом использовании |
асимптотического |
уравнения |
||
распределения |
меченой воды следует иметь в виду, |
что оно |
||
имеет наибольшую точность в области относительных концент раций ф= 0,1— 0,9. За пределами этого интервала и формула обладает меньшей точностью, и экспериментальные погрешно сти будут наибольшими.
Динамика переноса волны меченой воды — процесс дина мического распределения порции меченой воды, предваритель но введенной в колонку дисперсной среды, при промывании ее обычной, немеченой водой.
Пусть в колонку почвогрунта вводится небольшая порция меченой воды так, чтобы она заняла в верхней части колонки узкую зону (ширина зоны х0 должна быть значительно меньше
197
длины колонки). Затем в колонку вводят обычную, немеченую воду. Тогда вдоль колонки постепенно распространится размы вающаяся волна меченой воды, подобно тому, как показано на рис. 3.6 и 7.10.
Распределение меченой воды в такой волне можно прибли женно описать следующим асимптотическим уравнением диф фузионного типа:
_ |
п _ |
х0 |
exp |
(X— ut)2 |
(7.43) |
|
^ |
п0 |
f/~2nD*t |
AD*t |
|||
|
|
|||||
Это уравнение подобно |
статистическому |
гауссову распределе |
||||
нию вероятностей. Причины размытия волны меченой воды те же, о которых говорилось выше. Коэффициент D* имеет тот же физический смысл квазидиффузионного коэффициента раз мытия.
Рассмотрим ряд |
практически |
важных |
следствий |
уравне |
|
ния (7.43). |
положение |
максимума кривой. |
Функция |
||
1. |
Определим |
||||
q>(x, t) |
будет иметь максимум при х— u,t= 0 |
(показатель степе |
|||
ни обращается в нуль, а экспоненциальный множитель — в еди ницу). Следовательно, среди концентрационных точек волны есть одна-единственная точка'— точка максимума хмакс, которая
перемещается вдоль колонки с постоянной |
средней скоростью |
потока воды: |
|
М= хы к.Ц. |
(7.44) |
Таким образом, по скорости движения максимума распре деления экспериментально определяем среднюю скорость пото ка воды в дисперсной среде и. Так как u=V/(at, по движению максимума рассчитываем среднюю площадь переноса воды:
® |
^/-Тчакс |
(7.45) |
2. Из того же условия максимума х—ut = 0, согласно (7.43), определяем ход изменения максимума концентрации:
«макс |
До*о |
(7.46) |
|
У 4nD*t |
|||
|
|
||
Используя (7.46), из уравнения |
(7.43) получаем |
|
|
Я = «макс ехР |
(х — ut)2 ' |
(7.47) |
|
4D*t |
|||
|
|
Последняя формула избавляет нас от необходимости знать на чальную концентрацию меченой воды пй в первичной зоне.
3. Определим условно ширину зоны меченой воды на уров не (рис. 7.10)
—-— = е—1= 0,368. |
(7.48) |
Л м а к е |
|
198
Это условие соответствует
(x — uty _ j |
(7.49) |
||
|
4 D*t |
’ |
|
откуда |
|
||
|
|
|
|
xx = |
ut — 2 ] / D*t ; |
(7.50) |
|
х2= |
ut + |
2 \rD*t . |
(7.51) |
Получаем ширину зоны |
|
|
|
$х = *2 — *1 = 4 V D*t = 4 У D*V/u(o. |
(7.52) |
||
Таким образом, и в случае переноса волны меченой воды ши
рина волны увеличивается пропорционально]/ 1 или]/УГ Зная ширину волны 8Х, из (7.52) определяем квазидиффузионный коэффициент размытия
D* = |
б^соа |
(7.53) |
|
16V |
|||
1б< |
' |
С точки зрения радиационной безопасности, как в лабора торных, так и в полевых условиях изучение динамики переноса воды методом волны меченой воды имеет определенное преи-
Р и с . 7.10. Э л ю ти в н а я в о л н а м еч ен ой в о д ы в к ол он к е п о р и с т о й ср ед ы .
мущество по сравнению с фронтальным методом. При исполь зовании этого метода в дисперсную среду вводят небольшую порцию радиоактивного раствора, а затем фильтруют обычную воду. При фронтальном методе в дисперсную среду, например, в почвогрунт, в полевых условиях приходится вводить большие
199
объемы радиоактивного раствора, загрязняя на некоторое вре мя радиоактивностью большую массу почвогрунта. В лабора торных условиях желательно сочетать оба метода; результаты, полученные обоими методами, могут служить взаимным кон тролем воспроизводимости результатов.
Полевые методы изучения переноса меченой воды. Процессы переноса воды в почвогрунтах в естественных условиях проис
ходят, как правило, очень медленно. Наблюдение |
за |
этими |
процессами приходится вести в течение многих |
недель |
или |
месяцев. |
применением |
|
' Другая сложность полевых исследований с |
||
радиоиндикаторных методов связана с радиационной опасно стью. В полевых исследованиях и изысканиях все работы с радиоактивными Изотопами в открытом виде следует произ водить с соблюдением тех же правил радиационной безопасно сти, которые действуют в лабораторных условиях. Это означает, что такие работы надо производить на отдельных, изолиро- !ванных участках, с такими количествами вещества и примене нием такой методики, чтобы не допустить загрязнения окру жающей среды выше предельно допустимых концентраций. В соответствии с этим требованием необходимо обеспечивать дозиметрический контроль почвы, грунтовых и сточных вод. Чтобы недопустить загрязнения окружающей среды, полевые почвенно-агрохимические и почвенно-мелиоративные исследо вания целесообразно проводить с применением лизиметров. Оборудование их осуществляется следующим образом. На пло щадке копают траншеи разной формы и размеров в зависи мости от задач исследований. В соответствии с формой и раз мерами траншеи из пластиката склеивают емкость (пластикатовая пленка служит защитой от проникновения радиоактивных растворов в окружающий почвогрунт), в ней устанавливают необходимые для опытов мелиоративные устройства (дренаж ные и обсадные трубы, сетки, заслонки) и заполняют почвогрунтом требуемого сложения. На опытном участке во время работы должны находиться бачки для подачи воды или радио активных растворов, а также другое необходимое лаборатор ное оборудование — защитное, радиометрическое, дозиметриче ское и т. д.
Методику лизиметров можно рассматривать как переходную от лабораторных к натурным, полевым.
При определенных условиях, обеспечивающих уровень оста точной активности в почвогрунте ниже допустимых концентра ций, радиоиндикаторные исследования можно проводить в естественных полевых условиях. В лизиметрических и полевых
исследованиях целесообразнее всего использовать короткоживущие изотопы.
На проведение полевых опытов необходимо получить спе циальное разрешение санитарных органов надзора.
В настоящее время в практике почвенно-мелиоративных исследований движения меченой воды используют два основ ных метода: координатный и метод наблюдательных скважин.
Сущность координатного метода состоит в том, что после введения меченой воды в почвогрунт производят радиометри ческие измерения распределения меченой воды в различных точках-координатах почвогрунта двумя способами: 1) взятием проб почвогрунта буром с последующим измерением их актив ности и 2) измерением активности в различных точках почво грунта с помощью полевого счетчика-зонда. Второй способ — более производительный. Однако не всегда им можно пользо ваться. Способ взятия проб приходится, например, применять в тех случаях, когда радиоактивный индикатор испускает мяг кое (5-излучение.
При изучении фронтального переноса меченой воды на по верхность почвогрунта подается меченая вода (полив почво грунта меченой водой). Меченую воду можно подавать на всю поверхность исследуемого участка, в борозду или в отдельные, локальные места поверхности почвогрунта. Применение тех или иных способов полива диктуется конкретными задачами иссле дования. С помощью радиометрической аппаратуры по коор динатной сетке исследуется распределение меченой воды в почвогрунте.
Одним из важных моментов радиометрического измерения при полевых исследованиях является определение радиацион ного фона. Почвогрунт, как и вся окружающая среда, обладает естественной радиоактивностью, поэтому предварительно до проведения работ по исследованию переноса воды в почвогруНтах необходимо измерять радиационный фон на этой местности.
Аналогично поступают и при использовании счетчиков-зон дов.
Проба почвы, почвенного раствора или место почвогрунта считается условно содержащими активность, если разница в скорости счета счетчика и фона в 3 раза превышает среднюю статистическую погрешность измерения:
|
|
(7.54) |
Вероятность обнаружения активности |
в этом |
случае 95%. |
На основании радиометрических |
измерений |
и построения |
графиков изолиний одинаковой активности координатным мето дом определяют: 1) зону максимального распространения ме ченой воды; контуры зоны распространения определяют соглас но условию (7.54); 2) зону насыщения почвогрунта меченой водой; контуры зоны насыщения определяют из условия, что в зоне насыщения концентрация меченой воды достигает мак симального уровня; 3) границу половинной концентрации мече ной воды — эквиконцентрационную поверхность, в точках
201