中子土壤水分仪原理

1．L520型中子水分仪的的特点与应用

中子水分仪是集多种高新技术于一体的高科技产品。它可反复原位测量田间任意深度的土壤含水量，不用采样，测速快，精度高，直读含水量值。能存贮并向计算机传输测量数据。仪器使用寿命长，重量轻，操作简便，并采用低强度同位素中子源，特别防护设计，放射防护优于国家标准。

中子法测水是国际公认的先进的土壤含水量测量方法，特别适用于深层土壤含水量的测量与水分动态变化观察，在2米以上至数十米的深度内，其优越性无可替代，在地质、水文、林业、旱作农业、农田水利、工程建筑等诸多领域有广泛的应用。它给有关科研和生产人员提供了一种崭新的测量手段，使过去无法或难以进行的科学实验与技术推广工作变得简单快捷。

2．L520型中子水分仪的使用

首先在欲测量的田间埋设测量导管。导管长度为测量要求的最深深度(市场所购成品通常不超过6米，更长需套接) 。导管一般为铝质或薄壁不锈钢管，底部焊接密封以防水渗入。导管上端高出地面约10厘米，测量时仪器底部喇叭口与导管对接，探头顺着导管放至欲测深度，30秒左右即可得到该土层的含水量值，这样从上往下即可逐层测出导管深度范围内的土壤含水量。仪器内有10条多项式标定方程供用户选择，用于不同土质的测量计算。测量结果可自动贮存在 仪器的单片计算机系统中，每次可存1800个数据。测量完毕后，这些数据可通过串行口输入到计算机的中子水分仪管理软件中，并能复

制到EXCEL 软件里，然后进一步计算处理。导管通常是半永久性埋置，可连续测量许多年，由于不用取样，没有扰动土壤，每次测量位置和测量条件一致，可得到被测田地水分长期准确完整的资料。L520型中子水分仪在20年的使用期内，测量效率不会有任何下降，除了充电电池只能用4年左右外，不用更换任何其他部件，一次投资长期受益，综合费用低于其他测量方法

3，中子测水的基本原理

由普通物理学的动量守恒定律可知，如运动着的乒乓球碰到一个铁球时，该乒乓球仅运动方向改变而速度变化很小，即能量损失很少；但运动着的乒乓球碰到一个静止的乒乓球时，它会使静止的乒乓球向前运动而自己却停了下来，即能量损失很大。氢原子的质量和中子十分接近，所以一个高速运动的快中子和氢原子发生弹性碰撞时，它的能量急剧下降，平均十多次碰撞就减速变成能量很小的热中子。在中子水分仪前端，装有一个同位素中子源，它能不断地发射出快中子，当土壤中的含氢量(即含水量) 较大时，快中子很快被慢化成热中子，这些热中子犹如云雾一般紧紧围绕在中子源的周围：如土壤含水量较小时，中子被碰撞的机会少，能运动到稍远的地方去，这样中子云的密度就较稀疏，反之亦然。在中子源的附近，装有一个热中子探测器，它能测出进入其体积内的热中子，这样热中子计数和土壤含水量之 间就存在一种确定的关系，通过标定，我们就能由热中子计数算出±壤含水量。

4，仪器的标定

中子水分仪所测到的只是热中子计数，但这个计数对应的精确的土壤含水量究竟是多少，必须要通过标定才能知道，标定就是给某一测量器具刻划上计量刻度。如温度计的标定是把一根空白的温度计放在冰水中，确定出0 Co ，放入沸水中，确定出100C o 点，然后再把两点之间均匀地分成100等份，这样就可以用它去测量未知的温度了。中子仪的标定也类似，我们将中子仪探头放入某一层土壤中，测量出一个计数值，随即在导管四周用土钻取出这层土壤的±样，用标准的烘干法测出土壤含水量，这样就得到一对数值，再选择不同含量的土壤继续测量取样，我们就能得到一组组数值，通过数学上的回归计算，得到回归方程。在实际测量中是测出热中子计数值，再由回归方程算出含水量，当然这一过程是由仪器内的单片计算机系统自动完成的。

5．放射防护知识

一提到放射性，人们往往把它和原子弹联系在一起，感到恐惧，这是人们对它；不太了解的缘故。其实，我们无时无刻不在和放射性打交道。在家中，墙体材料中的放射性同位素会发出射线，在户外，宇宙射线能穿过我们的身体，随着现代医学的发展，越来越多诊断和治疗使用了放射性仪器，从几乎人人都做过的胸部透视、拍片，到CT 、同位素扫描：从癌症病人的放疗、 Y 刀治疗，到甲状腺病人口服或注射同位素的疹断与治疗，在这些情况下，人们往往接受了几十上百倍超常放射线的辐射，统计资料表明，超过居民标准剂量1000

倍，仅有2％的人会出现轻微反应，超过3000倍时，才可能出现失眠、头昏、食欲减退等症状。国家环境保护局1988年发布的>(6B8703-88)规定，对于从事放射性工作的人员，每年允许接受的剂量当量为50毫希弗，按每年接触放射性时间2000小时计算，则每小时的剂量当量率为0．025毫希弗，经换算，与之相当的快中子允许通量是18中子／秒／米2 ，热中子为670中子／秒／米2 ，L520型中子水分仪中子源的中子发射率为5×104中子／秒／米2，计算后可知，即使无任何屏蔽的裸源，距它14．8厘米处的剂量当量率已符合国家标准了，而L520型中子水分仪的中子源是包裹在厚厚的聚乙烯防护容器中，容器外层还有一层对热中子吸收率极大的含硼材料，快中子在容器中大部分已被慢化和吸收了，仪器外面的剂量当量己远低于国家标准，况且测量者工作时躯体距探头一般在1米以上，年工作时间也不到2000小时，因此所受到的辐射量是很小的，不会对身体产生不良的影响。