Результат интеллектуальной деятельности: Пробоотборник почвы для радиологических измерений

Пробоотборник почвы для радиологических измерений относится к области экологических и радиоэкологических исследований и предназначен для оценки содержания и распределения химических элементов (в т.ч. радионуклидов) в почвенном слое.

Известны устройства для отбора проб почвы (пат. 107356, пат. 2534139), в т.ч. для радиологических измерений [1, 2], состоящие из металлического цилиндра (цельного или разборного), приспособлений для ввода, извлечения пробоотборника из почвы и почвенного керна из пробоотборника.

Однако конструкции данных устройств имеют ряд существенных недостатков: непрочность конструкции при применении ударного механического воздействия при вводе пробоотборных устройств в почву, сложность извлечения почвенного керна без нарушения (переуплотнения) сложения почвы и отсутствием эргономичного приспособления для извлечения пробоотборника из почвы. Данные недостатки приводят к тому, что известные конструкции практически не применимы на тяжелых почвах (глинистого и суглинистого гранулометрического состава); приводят к деформации кернов (нарушению естественного сложения почвенного слоя) при смещениях пробоотборника относительно вертикальной оси при неравномерном распределении ударного механического воздействия при вводе в почву и при извлечении кернов из пробоотборников (выдавливанием поршнем), что искажает результаты определения физических параметров почвы и почвенного керна (плотность сложения, объем почвенного образца), что не позволяет получать корректные результаты при расчете радиологических параметров (в частности плотности поверхностного загрязнения почвы радионуклидами); предложенные конструкции неудобны для разделения почвенного керна на 1-, 2-, 5- см слои для определения параметров миграции элементов (в т.ч. радионуклидов) по почвенному профилю; повышают трудозатраты на отбор образца, а также приводят к преждевременному износу пробоотборных устройств.

Наиболее близким по технической сущности для радиоэкологических исследований является пробоотборник почвы, описанный в [2], состоящий из разборного цилиндра (включающего цилиндрический корпус, переходящий в нижней части в неподвижный полуцилиндр, имеющий в нижней части продольных краев приваренные ограничительные планки, предотвращающие смещение подъемного полуцилиндра, который в верхней части прикреплен к корпусу с помощью болтового подвижного соединения, нижние торцы полуцицилиндров имеют заостренную режущую кромку) и одностороннего ножного упора, неподвижно соединенного с цилиндрическим корпусом (рисунок 1). В цилиндрическом корпусе с верхнего торца предусмотрена возможность вставки и фиксации деревянного черенка.

Основным недостатком прототипа является сложность его применения на суглинистых и глинистых почвах: давления, передаваемого через ножной упор, недостаточно для преодоления сопротивления почвы, что также приводит к неравномерному распределению давления и смещению пробоотборника, и, следовательно, к деформации почвенного керна в направлении вертикальной оси пробоотборника. Также у прототипа отсутствует ограничитель по глубине отбора, что приводит к уплотнению почвенного керна (особенного верхнего органогенного слоя). Применение данного пробоотборника на плотных почвах сопряжено со значительными физическими усилиями как при воде пробоотборника, так и при извлечении из почвы. При применении ударного механического воздействия (например, кувалды) при вводе в почву происходит деформация упора или торца цилиндрического корпуса и быстрое разрушение конструкции. Также к недостатку можно отнести значительные линейные габариты в случае применения прототипа с черенком.

Технический результат: прочность конструкции за счет минимизации числа сварных соединений, возможность применения на любых по гранулометрическому составу почвах, разборность конструкции позволяет легко извлекать почвенные керны, в т.ч. с разделением на слои, упрощает транспортировку; легкость извлечения пробоотборника из почвы, обеспечивающего сохранность физических параметров почвенного керна, снижение трудозатрат при множественном отборе проб почвы.

Технический результат достигается тем, что пробоотборник почвы для радиологических измерений состоит из стального разборного полого пробоотборного цилиндра с режущим нижним торцовым краем и ограничительными планками, соединенными сварным швом с одним из полуцилиндров, приспособления для ввода и извлечения пробоотборного цилиндра из почвы. Согласно изобретению пробоотборный цилиндр состоит из двух состыкованных полуцилиндров; приспособление для ввода и извлечения пробоотборного цилиндра из почвы представляет собой наковальню, верхняя часть которой имеет форму цельнометаллического цилиндра со сквозным горизонтальным отверстием, в которое свободно вставляется металлический прут-рукоятка, нижняя часть наковальни - усеченный конус с диаметром большего основания, равным внутреннему диаметру пробоотборного цилиндра, наковальня с помощью сварного соединения опоясана цилиндрическим кольцом, внутренняя поверхность которого в нижней части имеет форму усеченного конуса с диаметром меньшего основания, равным внешнему диаметру пробоотборного цилиндра; приспособление для ввода и извлечения пробоотборного цилиндра, позволяющее также дополнительно фиксировать полуцилиндры и глубину отбора, состоит из быстрозажимного хомута с прикрепленными к нему сварным соединением двумя проушинами для подвижной сцепки с П-образной ручкой.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства;

на фиг. 2 показаны полуцилиндры;

на фиг. 3 показаны наковальня с прутом-рукояткой;

на фиг. 4 показаны П-образная ручка с быстрозажимным хомутом;

на фиг. 5 показано готовое устройство.

Предлагаемая конструкция пробоотборника почвы содержит два полых полуцилиндра 1, один из которых имеет две ограничительные планки 2 со сварным соединением (Фиг. 1 и Фиг. 2) для вырезания почвенного керна диаметром 40 мм на глубину до 20-30 см, наковальню 3, верхняя часть которой имеет форму цельнометаллического цилиндра со сквозным горизонтальным отверстием, в которое свободно вставлен металлический прут-рукоятка 4 для введения пробоотборника в почву под ручным усилием с помощью рукоятки и/или ударом кувалды по наковальне 3, и опоясывающим цилиндрическим кольцом 5 со сварным соединением (Фиг. 1 и Фиг. 3) - для фиксации полуцилиндров у верхнего торца и придания угловой формы верхнему торцевому краю полуцилиндров при возможной деформации, быстрозажимной хомут 6 с прикрепленными сварным соединением двумя проушинами 7 и П-образную ручку 8 (Фиг. 1 и Фиг. 4) - для фиксации полуцилиндров, задания глубины пробоотбора и извлечения пробоотборника из почвы.

Все детали пробоотборника изготавливаются из нержавеющей стали, толщина стенок полуцилиндров 3-4 мм.

Пробоотборник почвы для радиологических измерений применяется следующим образом (Фиг. 5). В соответствии с методикой радиоэкологических исследований [3, 4] при оценке загрязнения почвы почвенные образцы отбираются на глубину 15-20 см пробоотборником с внутренним диаметром 40 мм. При этом керны либо целиком объединяются в объединенную пробу (при оценке суммарного загрязнения почвенного слоя на глубину отбора), либо разделяются послойно, например, на 1-, 2- или 5-см слои для оценки параметров миграции радионуклидов по почвенному профилю. При этом корректность оценки зависит от точности определения площади и глубины пробоотбора, сохранения естественного сложения почвы в керне (т.е. в случае переуплотнения, а также кручения почвы в пробоотборнике - будет происходить с одной стороны завышение результатов расчета загрязнения на единицу площади, с другой стороны «разбавление» удельных показателей содержания радионуклидов на единицу массы за счет уплотнения органогенных горизонтов и забора нижележащих, как правило более чистых, слоев). Так при диаметре пробоотборника 40 мм и глубине отбора 20 см в результате отбора 4 кернов формируется объединенная проба объемом 1 дм³ - это объем стандартной измерительной кюветы для гамма-спектрометрического измерения почвы.

В соответствии с указанными методиками и целями исследований на поверхность почвы вертикально устанавливают пробоотборник. С помощью перемещения быстрозажимного хомута 6 устанавливают глубину пробоотбора (минимальная глубина ограничивается высотой ограничительных планок, максимальная - рабочей длиной полуцилиндров - обычно 20 см) и плотно стягивают полуцилиндры 1, П-образную ручку 8 откидывают на поверхность почвы. Наковальню 3 устанавливают на верхний торец пробоотборного разборного цилиндра, усиливая тем самым прочность стяжки и исключая перемещение полуцилиндров 1 относительно друг друга. Под ручным усилием с помощью прута - рукоятки 4 и/или ударом кувалды по наковальне 3 (на тяжелых по гранулометрическому составу почвах) пробоотборник погружают в почву на необходимую глубину. При этом особая конусовидная (клинообразная) конфигурация паза наковальни равномерно распределяет по торцовой поверхности полуцилиндров давление и исключает возможность заклинивания. При использовании кувалды наковальню 3 придерживают за рукоятку 4. С помощью П-образной ручки 8 извлекают пробоотборник из почвы. Расстегивают быстрозажимной хомут 6, снимают один из полуцилиндров 1 (при необходимости поддев ножом) и извлекают керн, либо целиком высыпая в пластиковый пакет, либо частями, разрезая ножом на необходимые по толщине слои и помещая их в соответствующие пакеты. Далее при необходимости выполняют дезактивацию внутренней и внешней поверхности полуцилиндров 1. Затем процедуры повторяются.

При необходимости можно использовать полуцилиндры разной длины.

В результате использования данного устройства обеспечивается сохранение физических параметров почвенного керна (плотность сложения, не смещение почвенных слоев), что наряду с фиксированной площадью и глубиной отбора обеспечивает точность оценки содержания химических элементов (в т.ч. радионуклидов) и параметров их вертикальной миграции в почве; конструкционными особенностями обеспечивается расширение области применения пробоотборников (на тяжелых почвах, расширение исследовательских задач), удобство в транспортировке, увеличивается срок службы пробоотборного устройства, обеспечивается снижение трудозатрат технического персонала.

Список литературы

1. Щеглов, А.И. Биогеохимия техногенных радионуклидов в лесных экосистемах / А.И. Щеглов. - М.: Наука, 1999. - 268 с.

2. Инструкция по проведению радиационного обследования лесосек главного пользования в различных типах лесорастительных условий / Научно-техническая информация в лесном хозяйстве. Выпуск №11. - Минск: «БЕЛГИПРОЛЕС». - 2005. - С. 3-30.

3. Методика организации и ведения радиационного мониторинга в лесах // Научно-техническая информация в лесном хозяйстве. Выпуск №7. - Минск: «БЕЛГИПРОЛЕС». - 2006. - 55 с.

4. Методические указания по оценке радиационной обстановки в лесном фонде Российской Федерации на стационарных участках (для части территории, загрязненной радионуклидами при аварии на Чернобыльской АЭС). - М. - 1993. -15 с.