Большая многопроволочная камера в мониторинге трития гидросферы Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 546. 02: 551

БОЛЬШАЯ МНОГОПРОВОЛОЧНАЯ КАМЕРА В МОНИТОРИНГЕ ТРИТИЯ ГИДРОСФЕРЫ

©2004г. В.И. Невинский, И.О. Невинский, В.Т. Панюшкин

Some problems of a hydrology and hydrogeology demand a fast method of tritium measurements directly from a place of sampling. For this purpose the big proportional chamber in volume 25 1 is developed. Sensitivity 4 TU without electrolytic enrichments is achieved. Cited the data under the concentration of the tritium in the river Kuban and the deposits received with application of such chamber.

На территории Краснодарского края проводятся измерения трития в подземных и наземных водах. Большой интерес вызывает измерение редких изотопов в сопочных водах грязевых вулканов провинции Тамань. Первые попытки изотопных исследований описаны в работе [1]. Для точного определения содержания трития использовался метод электролитического обогащения и последующее измерение ß-активности остатка. Электролитическое обогащение большинства проб осуществлялось на электролизёрах Института Водных проблем РАН, представляющих собой стеклянные сосуды объёмом 0,5 л с параллельными электродами из нержавеющей стали. Коэффициент обогащения составил 24. Измерение активности полученных остатков проводилось на установке SL-4000. Фон в энергетическом «тритиевом» окне был 16 имп./мин при эффективности регистрации 30 %. В качестве жидкого сцинтиллятора использовался толуол с добавками. Для измерения особо низкоактивных образцов был разработан электролизёр со спиралевидными электродами (коэффициент обогащения составил 60) и низкофоновая счётная система на основе пропорциональных счётчиков внутреннего наполнения. На горячей магниевой стружке осуществлялась конверсия воды в водород, который являлся рабочим газом счётчика. В качестве добавки применялся промышленный пропан. Достигнута чувствительность всего комплекса в 0,7 три-тиевого отношения (ТО). Изотопные методы позволяют при эксплуатации месторождения нефти и газа [2]: контролировать продвижение фронта обводнения в условиях слабоминерализованных пластовых вод и закачки поверхностных вод; определять природу добываемой воды (инфильтрированная или пластовая); оценивать связь пластовых вод, подпирающих нефтяную залежь с поверхностными; определять наличие гидродинамической связи между горизонтами.

Однако при проведении изотопных измерений, в частности, трития, большие ограничения связаны с необходимостью длительное время проводить электролиз (до 10 дней) и последующее измерение активности (до суток). Но некоторые задачи геоэкологии и эксплуатации нефтяных скважин требуют оперативных измерений трития в исследуемых водах. В [3] описывается транспортабельная установка для измерения низких концентраций трития в

водных пробах. Она представляет собой газовый пропорциональный счётчик, рабочим газом в котором является метан, получаемый из водных проб в результате химической реакции последней с карбидом алюминия. Достигнута производительность 10-15 проб в смену при чувствительности 1,0 -т- 2,0 Бк/л (около 7 ТО). Имеющийся накопленный опыт конверсии воды в водород на горячем магнии позволял использовать водород как рабочий газ большеобъёмного многонитяного счётчика. Объём разработанного счётчика составил 25 л, из них непосредственно для измерения трития использовалось 22 л. Проба воды объёмом 18 мл конвертировалась в водород. После заполнения счётчика водородом при атмосферном давлении, в него впускался промышленный метан до давления 1,3-105 Па. Конструкция многонитяного счётчика изменена по сравнению с описанной в [3]. Выбран дрейфовый режим работы камеры. Дрейф электронов осуществлялся к центральной нити; защитой от излучения стенок служило кольцо «антисовпадений» из ячеек (размером 1 см), расположенных по периметру. Снаружи камера помещается в цилиндрический детектор космических лучей на основе жидкого сцинтиллятора и в слой стали толщиной 3 см. Выделение импульсов от распада трития происходит логически и по оставленной в счётчике энергии. Достигнута чувствительность в 4 ТО.

Предварительные измерения с применением разработанной техники показали, что в осадках на территории Краснодарского края на влагосборном пункте в Абинском районе наблюдалось изменение концентрации трития в 2003 г. от 25 до 60 ТО. При этом в питьевых горизонтах меловых отложений указанного района концентрация трития не превышает 4,0 ТО (погрешность всех измерений не более 15 %). Расчёты на основе сравнения изотопных данных для вод разных горизонтов показывают, что воды глубокой циркуляции вносят заметный вклад в питание верхних водоносных горизонтов предгорного района. Измерения на р. Кубань дают значения содержания трития в приповерхностном слое реки до водохранилища 15 ТО, в водохранилище - 35 ТО, после водохранилища - 32 ТО. Результаты усреднены по ряду наблюдений; ошибка не превышает 10 %. Основное поступление трития в гидросистему связано с осадками. Формирование изотопного состава реки в нижнем течении определяется содержанием изотопов в водохранилище. Для некоторых образцов измерения активности трития проводилось параллельно по традиционной схеме с обогащением и применением дрейфовой камеры большого объёма, расположенной на легковом автомобиле. Питание всей системы осуществлялось от бензоэлектрического агрегата мощностью 1,3 кВт. Измерение одного образца занимало от 2 до 5 ч в зависимости от концентрации. Скорость набора импульсов контролировалась непосредственно в момент измерения. Таким образом, применение мобильной системы измерения трития в природных водах позволяет проводить изотопный экспресс-анализ, необходимый при решении многих геоэкологических и промысловых задач.

Литература

1. Nevinsky I. et al. //Rad. Meas. 2001. Vol. 34. P. 349-353.

2. Барное B.A. и др. //Водные ресурсы. 1982. № 5. С. 140-143.

3. Иванов B.C., Кузнецов B.C. И Изотопы в гидросфере: Тез. 3-го Всесоюз. симп. М., 1989. С. 151.

Кубанский государственный университет 8 апреля 2004 г.