Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

нее 5%) при энергии у-излучения Ev = 1,25 Мэе (источник 60Со) составляет 0,057 см?/г, а для £%=0,66 Мэе (источник 137Cs) — 0,077 см?/г. Массовые коэффициенты ослабления для воды при

Для получения узкого пучка достаточной плотности потока необходимы изотопный источник у-излучения большой активно­ сти, хорошая система коллимирования и экранирования. Все это делает гамма-установку громоздкой. В лабораторных условиях, в опытах на моделях его можно использовать, например, при изучении деформации почвогрунтов под действием различных факторов.

Для определения плотности почвогрунта на основании закона (7.76) важно, однако, не то, чтобы имелся коллими­ рованный пучок у-излучения, а то, чтобы детектор не регистри­ ровал рассеянные у-фотоны.

Осуществить регистрацию только первичных (прямых) у-фо- тонов можно путем использования сцинтилляционных счетчиков

•со схемой амплитудной дискриминации импульсов, обусловлен­ ных попаданием в детектор рассеянных фотонов.

Предположим, что имеется неколлимированный или-частич­ но коллимированный пучок у-излучения и детектор регистрирует все у-фотоны — прямые и рассеянные (комптон-эффект). В этом случае регистрируемая интенсивность излучения при прохожде­ нии им слоя вещества зависит от толщины слоя х более слож­ ным образом:

янного излучения. Теоретический расчет / рас практически невоз­

Для сохранения общности формулы (7.77) учет регистрации рассеянного у-излучения можно осуществить введением пере­

Функция р/(х) также определяется экспериментально для кон­ кретных условий опыта. Значение р '(х) для данных условий на­ зывают эффективными массовыми коэффициентами ослабления у-излучения.

217

Предварительно определяют эффективный массовый ко­ эффициент ослабления \i'(х) = \хЭф' для выбранного расстояния между источником и детектором. Как показали эксперимен­ тальные исследования, эффективные массовые коэффициенты ослабления у-излучения в интервале энергий 0,5— 1,5 Мэе для воды и почвогрунтов практически одинаковы. Поэтому твердую фазу почвогрунта и содержащуюся в ней влагу можно характеризовать одним и тем же значением ц'8ф. Для влажного почвогрунта исходя из (7.79) можно записать

является средней эффективной плотностью почвогрунта (масса твердой и жидкой фаз в единице объема почвогрунта).

одну из них на заданную глубину вводят контейнер-коллима­ тор с у-излучателем, в другую — на ту же глубину счетчик и определяют скорость счета при расположении источника и счет­ чика на заданной глубине. Контейнер-коллиматор обеспечивает лишь частичную коллимацию. Детектор не имеет диафрагм.

218

Поэтому счетчик регистрирует и прямое проходящее, и рассеян­ ное у-излучение. Так рассчитывают величину I в формуле (7.88). / 0 определяют, поднимая источник и счетчик над поверхностью почвы. Величину р'0ф рассчитывают предварительно в стандарт­ ных условиях для почвогрунта с известной плотностью рЭф. Зная 7, h, р/эф и х, искомую эффективную плотность почвогрунта оп­ ределяют исходя из формулы (7.88):

Iх Эф

Часто для данного комплекта прибора (источник, детектор, радиометр) и избранных стандартных условий измерений сни­ мают калибровочную кривую зависимости /=/(рэф ) и по этой калибровочной кривой находят искомую эффективную плот­ ность почвогрунта.

Если известна влажность почвогрунта, то по формуле (7.89) рассчитывают плотность твердой фазы в почвогрунте:

При измерениях следует учитывать, что значения р/Эф, а также калибровочные графики для верхних горизонтов почвы в пределах 0—25 см зависят от глубины горизонтов и лишь при больших глубинах р/Эф не зависят от глубины горизонта. Это связано с неодинаковыми условиями регистрации рассеян­ ных у-фотонов на малых глубинах: часть у-фотонов попадает в воздух, условия рассеяния в котором отличны от условий рас­ сеяния в почвогрунте. Начиная с некоторой глубины влиянием воздуха на рассеяние можно пренебречь. Кроме того, прихо­ дится учитывать и то, что значения р/Эф зависят от плотности почвы. Но для небольших вариаций плотности их можно считать приблизительно постоянными.

Погрешность измерений будет тем меньше, чем ближе усло­ вия измерения в данном пункте обследования к условиям, при которых определялся |/Эф или были получены калибровочные кривые. Определение плотности почвогрунтов можно осущест­ вить не только в горизонтальном направлении, но и в верти­ кальном, как это показано на рис. 7.18. При соблюдении всех условий стандартизации измерений этот метод в полевых ус­ ловиях обеспечивает не меньшую точность, чем другие методы определения плотности почвогрунтов. Но по оперативности он значительно превосходит их, позволяя получать данные сразу на месте измерения с затратой на каждое измерение лишь несколь­ ких минут. Кроме того, этот метод позволяет проводить много­ кратные измерения по одному и тому же слою почвы без нару­ шения его. Метод не имеет ограничения на определение плот­ ности почвогрунтов любого типа.

219

Определение плотности почвогрунтов методом рассеяния у-излучения (у—у-метод). Этот метод основан на использовании зависимости потока рассеянного у-излучения от плотности сре­ ды. При введении в среду источника у-излучения вокруг него распределяются рассеянные у-фотоны (комптон-эффект). Теоре­ тический расчет распределения концентрации комптоновски рас­ сеянных фотонов— очень сложная задача. В общем случае — это есть сложная функция:

где г ■— расстояние от источника у-излучения; Е у —’Энергия пер­ вичных у-фотонов. Зависимость концентрации рассеянных у-фо- тонов от отношения атомного номера к атомной массе Z/A и

испытывают акты многократного комптоновского рассеяния, и концентрация рассеянных у-фотонов повышается с увеличе­ нием расстояния от источника у-излучения. По мере уменьше­ ния энергии фотонов начинает увеличиваться вероятность фо­ тоэлектрического поглощения фотонов, что приводит к исчез­ новению рассеянных фотонов и уменьшению их концентрации. В результате этих конкурирующих тенденций концентрация рассеянных фотонов на некотором расстоянии достигает мак­ симума, а затем асимптотически уменьшается.

220