专利名称：测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种测定环境放射性核素的装置及方法，尤其是涉及一种测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置及方法。
背景技术：
天然产生的放射性核素铍7，是由宇宙射线轰击大气中的氮、氧、碳原子核而产生。这种放射性核素半衰期短(53. 3天)，在自然条件下通过连续的干湿沉降-主要是随降雨(湿沉降)-到达地表，能够快速的被粘土矿物吸附到土壤颗粒表面。由于铍7分布深度多在2厘米之内，且主要集中分布在土壤表层10 mm内。基于铍7的这些性质，铍7被认 为是示踪短期内或次降雨土壤细沟侵蚀的很好的核素。铍7的示踪原理就是将一个采样点的铍7总量与采样点附近参考点(地形平坦，没有侵蚀和沉积发生的样点)的铍7总量(背景值)之差来反映侵蚀。其参考剖面铍7总量的计算依赖于土壤剖面中铍7总量的垂直分布。土壤侵蚀的研究主要关注农耕地，在一些农耕地研究区，符合铍7参考剖面的条件很难找，所以确定背景值是铍7示踪土壤侵蚀的瓶颈。根据铍7在土壤剖面分布特征，主要集中在土壤最表层几毫米，研究铍7浓度随深度变化时，分层要求很薄，在毫米级别，必须要很精细。目前大部分研究都是使用采样设备(土钻或采样框)直接在参考点采集土壤参考剖面，然后进行分层，以分析得到参考剖面的背景值及其剖面的铍7分布特征。但是这些采样设备在很难找到没有侵蚀和沉积发生的参考剖面的研究区，就不能采用了。而对土壤剖面的分层方法大多采用在标尺标定或者直接用尺子测量的基础上进行分层，也不够精细。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置；该装置能够直接收集铍7沉降而形成土壤参考剖面，同时采用分层装置达到进行精细(毫米级别)的土壤薄层的分割，从而测定出铍-7活度在土壤剖面中垂直分布。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的方法。为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下的技术方案
一种测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置，包括采集装置和切片装置；所述采集装置是指收集铍7沉降而形成土壤参考剖面的装置，包括防溅管、放样室、连接管、底盖和支架；
所述支架上端部套住底盖，所述底盖上设置放样室，所述放样室上叠置防溅管，所述防溅管和放样室的连接处外套设连接管；
所述防溅管和放样室具有相同的内径和外径；所述连接管的内径与防溅管和放样室的外径相匹配；该连接管用于连接固定防溅管和放样室；
所述底盖的内径和放样室的外径相匹配；以正好能够套在放样室外为宜；
所述底盖的底面均匀设置有若干通孔；
所述底盖外径和支架内径相匹配；
所述切片装置是指进行精确度土壤分层切片的装置，包括固定室，推土柄，固定底盖和手柄；
所述固定室为圆管结构，所述固定室的内径和放样室的外径相匹配，使放样室恰好能放入到固定室中；
所述固定室的底部固定设有固定底盖；在该固定底盖的中心设有带螺纹的圆孔； 所述推土柄包括推土板和推杆；所述推土板设置在固定底盖上方的固定室内，该推土板为圆形片，其直径与放样室的内径相同；所述推土板中心固设推杆，该推杆设外螺纹，该外螺纹和固定底盖中的圆孔螺纹相匹配，所述推杆自固定室内通过固定底盖上的圆孔螺纹旋转穿出固定底盖。所述推杆的下端部设置手柄；
进一步地，所述防溅管内径为100 110mm，高190 210 mm ;且防溅管上端部的管壁扩口设置，以利于雨滴进入；
所述放样室内径为100 IlOmm,高90 110_ ；
所述底盖内径为径105 115mm，以正好能够套在放样室外为宜，高28 32mm，底盖的底部均匀设有若干直径为4 6_的孔；
所述支架的内径与底盖的外径相匹配，以正好能够套在底盖外围为宜，所述支架的内径为 110 120 mm,高 32 38 mm。优选地，所述支架的底边设有几个豁口，所述支架套在底盖外围的主要功能是用于渗出水外流。优选地，所述支架采用不锈钢材质，所述防溅管、放样室、连接管和底盖采用PVC材质。所述固定室的内径为104 113mm,壁厚I. 8 2. 2mm,高110 1 20mm ；
优选地，所述固定室采用不锈钢材质；更优选地，所述固定室沿上沿内侧固设一圈厚
I. 8 2. 2mm高4. 8 5. 2mm不锈钢圆管,用以固定放样室管壁；
所述推土板的直径为100 IlOmm,与放样室内径直径相同，所述推土板的厚度为
I.8 2. 2mm ；
所述推杆直径为18 22mm,长180 220mm ;所述推杆外螺纹的螺距为0. 8 I. 2mm ；所述固定底盖包括下层、中层和上层的三层结构，所述下层直径110 116mm，厚度4 6mm ;所述中层直径104 113mm,与固定室的内径相匹配,厚度4 6mm ;所述上层直径100 IlOmm,与推土板直径相同；所述固定底盖中心圆孔直径18 22mm,孔壁上螺纹的螺距为0. 8 I. 2mm ;
所述固定室，推土柄，固定底盖和手柄均为不锈钢材质。为解决上述第二个技术问题，本发明采用上述装置测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的方法，包括如下步骤1)在研究特定时段侵蚀发生之前(侵蚀性降雨之前)，将放样室垂直打入研究区，取5cm左右土柱,将土壤剖面底部削平；
2)在底盖底上铺一张大小合适的滤纸，套在放样室土壤剖面底部，然后将防溅管和放样室用连接管套在一起，再把支架套在底盖下；
3)经过一次或者多次侵蚀性降雨后，将放样室连同底盖放入冰柜冷冻3个小时以上；
4)冷冻结束后，将放样室从底盖中取出，量取土柱的总深度；
5)将土柱连同放样室一起放入切片装置的固定室内固定好；
6 )旋转手柄调整土柱位置，使土柱表面与放样室上沿齐平后，再旋转手柄，使得土柱突出一部分；根据分层厚度需要确定手柄旋转圈数； 7)用电动薄片锯紧贴切片装置上沿将土层薄片切割取下；继续旋转手柄，确定所选厚度，切割样品，直到切完所需分层土样。本发明具有如下有益效果
本发明的装置在采用铍7估算土壤侵蚀的研究中，能够采集铍7背景值总量并进行比较准确的切片分层，以研究精确的铍7垂直分布，解决了在某些研究区因无法找到背景剖面而不能进行侵蚀计算的问题；本装置的发明对放射性核素铍7示踪短时间尺度土壤侵蚀研究具有重要意义。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明 图I为采集装置整体结构示意 图2为防溅管的结构示意 图3为放样室的结构示意 图4为连接管的结构示意 图5为底盖的结构不意 图6为支架的结构示意 图7为切片装置整体结构示意 图8为固定室的结构示意 图9为推土柄的结构不意 图10为固定底盖的结构示意 图11为手柄的结构示意图。
具体实施例方式实施例I
参见图I和图7所示，一种测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置，包括采集装置100和切片装置200 ；
参见图I所示，所述采集装置100是指收集铍7沉降而形成土壤参考剖面的装置，包括防溅管11、放样室12、连接管13、底盖14和支架15 ；
参见图I所示，所述支架15上端部套住底盖14，所述底盖14上设置放样室12，所述放样室12上叠置防溅管11，所述防溅管11和放样室12的连接处外套设连接管13 ；参见图I、图2和图3所示，所述防溅管11和放样室12具有相同的内径和外径；所述防溅管11内径为105mm，高200 mm ;且防溅管11上端部的管壁扩口设置(例如通过磨尖方式)，以利于雨滴进入；所述放样室12内径为100 105mm，高IOOmm ；
参见图I和图4所示，所述连接管13的内径与防溅管11和放样室12的外径相匹配；该连接管13用于固定防溅管11和放样室12 ；
参见图I和图5所示，所述底盖14的内径和放样室12的外径相匹配；以正好能够套在放样室12为宜；所述底盖14内径为110mm，高30 mm，底盖的底部均匀设有若干直径为5mm的通孔141 ；
参见图I和图6所示，所述支架15的内径与底盖14的外径相匹配，以正好能够套在底盖14外围为宜，所述支架15的内径为115 mm，高35 mm ;所述支架15的底边设有多个豁口151，所述支架15套在底盖14外围的主要功能是用于渗出水外流；
所述支架15采用不锈钢材质，所述防溅管11、放样室12、连接管13和底盖14采用PVC材质；
参见图7所示，所述切片装置200是指进行精确度土壤分层切片的装置，包括固定室21,推土柄22,固定底盖23和手柄24 ；
参见图8所示，所述固定室21为圆管结构，所述固定室21的内径和放样室12的外径相匹配，使放样室12恰好能放入到固定室21中；所述固定室21的内径为109mm，壁厚2mm，高 115mm ；
参见图10所示，所述固定室21的底部固定设有固定底盖23 ;在该固定底盖23的中心设有带螺纹2311的圆孔231 ;所述固定底盖23包括下层232、中层233和上层234的三层结构，所述下层232直径113mm,厚度5mm ;所述中层233直径109mm,与固定室21的内径相匹配，其厚度5mm ;所述上层234直径105mm,与推土板221直径相同；所述固定底盖23中心圆孔231直径20mm，孔壁上螺纹2311的螺距为2mm ；
参见图10所示，所述推土柄22包括推土板221和推杆222 ;所述推土板221设置在固定底盖23上方的固定室21内，该推土板221为圆形片,所述推土板的直径为105mm,其直径与放样室12的内径相同，推土板的厚度为2_ ;所述推土板221中心焊接推杆222，该推杆222设外螺纹2221，该外螺纹221和固定底盖23中的圆孔螺纹2311相匹配，所述推杆222自固定室21内通过固定底盖23上的圆孔螺纹2311旋转穿出固定底盖23 ;所述推杆222直径为20mm，长200mm ;所述推杆222外螺纹的螺距为Imm ；
参见图11所示，所述推杆222的下端部设置手柄24 ；
所述固定室，推土柄，固定底盖和手柄均为不锈钢材质。采用上述装置测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的方法，包括如下步骤
1)在研究特定时段侵蚀发生之前(侵蚀性降雨之前)，将放样室12垂直打入研究区，取5 cm左右土柱,将土壤剖面底部削平；
2)在底盖14底上铺一张大小合适的滤纸，套在放样室12土壤剖面底部，然后将防溅管11和放样室12用连接管13套在一起，再用支架15套住底盖14下端；准备好后将实验装置放置于研究区附近并加以固定，保证设备处于水平状态；实验设备应安装在四周空旷，周围没有遮挡物的地点，一般情况下，四周障碍物与仪器的距离，不得少于障碍物顶部与仪器口高差的2倍；3)经过一次或者多次侵蚀性降雨后，将放样室12连同底盖14放入冰柜冷冻3个小时以上；如果土柱内土壤不够湿润，则用喷壶以薄雾状形式向土柱喷水，使土柱湿润后再冷冻；
4)冷冻结束后，将放样室12从底盖14中取出，量取土柱的总深度，用以校正冷冻后的
土壤容重；
5)将土柱连同放样室12—起放入切片装置100的固定室21内固定好；
6)旋转手柄24，手柄24的旋转带动推杆222螺纹旋转，从而推动推土板221向上运行，推土板221推动放样室12中的土柱运动，通过运动调整土柱位置，使土柱表面与放样室12上沿齐平后，继续旋转手柄24 —周，因为推杆螺距为1mm，所以使得土柱突出I mm ;根据分层厚度需要确定手柄旋转圈数；
7)用电动薄片锯紧贴切片装置上沿将土层薄片切割取下；继续旋转手柄24，确定所选 厚度，切割样品，直到切完所需分层土样。实施例2
重复实施例I，其不同之处在于
所述防派管11内径为100mm,高190mm ；
所述放样室12内径为100mm,高90mm ；
所述底盖14内径为105mm，高28 mm,底盖的底部均匀设有若干直径为4mm的通孔141 ； 所述支架15的内径为IlOmm,高32mm ；
所述固定室21的内径为104mm,壁厚I. 8mm,高IlOmm ；
所述固定底盖23包括下层232、中层233和上层234的三层结构，所述下层232直径IlOmm,厚度4mm ;所述中层233直径104mm,与固定室21的内径相匹配,其厚度4mm ;所述上层234直径100mm，与推土板221直径相同；所述固定底盖23中心圆孔231直径18mm，孔壁上螺纹2311的螺距为0. 8mm ；
所述推土板的直径为100mm,推土板的厚度为I. 8mm ；
所述推杆222直径为18mm，长180mm ;所述推杆222外螺纹的螺距为0. 8mm。实施例3
重复实施例I，其不同之处在于
所述防派管11内径为IlOmm,高210 mm ；
所述放样室12内径为IlOmm,高IlOmm ；
所述底盖14内径为115mm，高32 mm，底盖的底部均匀设有若干直径为6mm的通孔141 ； 所述支架15的内径为120 mm,高35 mm ;
所述固定室21的内径为113mm，壁厚2. 2mm，高120mm ；
所述固定底盖23包括下层232、中层233和上层234的三层结构，所述下层232直径116mm,厚度6mm ;所述中层233直径113mm,与固定室21的内径相匹配,其厚度6mm ;所述上层234直径110mm，与推土板221直径相同；所述固定底盖23中心圆孔231直径22mm，孔壁上螺纹2311的螺距为I. 2mm ；
所述推土板的直径为IlOmm,推土板的厚度为2. 2mm ;所述推杆222直径为22mm,长220mm ;所述推杆222外螺纹的螺距为I. 2mm ；
本文中所采用的描述方位的词语“上”、“下”、“左”、“右”等均是为了说明的方便基于附图中图面所示的方位而言的，在实际装置中这些方位可能由于装置的摆放方式而有所不同。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
权利要求
1.测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置，包括采集装置(100)和切片装置(200);其特征在于 所述采集装置(100)包括防溅管(11)、放样室(12)、连接管(13)、底盖(14)和支架(15)； 所述支架(15)上端部套住底盖(14)，该底盖(14)上设置放样室(12)，所述放样室(12)上叠置防溅管(11 )，所述防溅管(11)和放样室(12 )的连接处外套设连接管(13 ); 所述防溅管(11)和放样室(12 )具有相同的内径和外径； 所述连接管(13)的内径与防溅管(11)和放样室(12)的外径相匹配； 所述底盖(14)的内径和放样室(12)的外径相匹配； 所述底盖(14)的底面均匀设置有若干通孔(141)； 优选地，所述底盖(14)外径和支架(15)内径相匹配； 所述切片装置(200)包括固定室(21)，推土柄(22)，固定底盖(23)和手柄(24); 所述固定室(21)为圆管结构，优选地，所述固定室(21)的内径和放样室(12)的外径相匹配； 所述固定室(21)的底部固定设置固定底盖(23);优选地，在该固定底盖(23)的中心设有带螺纹(2311)的圆孔(231)； 所述推土柄(22)包括推土板(221)和推杆(222);所述推土板(221)设置在固定底盖(23)上方的固定室(21)内，该推土板(221)为圆形片，其直径与放样室(12)的内径相同；所述推土板(221)中心固设推杆(222 )，该推杆(222 )设外螺纹(2221)，该外螺纹(2221)和固定底盖(23)中的圆孔内螺纹(2311)相匹配，所述推杆(222)自固定室(21)内通过固定底盖(23)上的圆孔(231)螺纹旋转穿出固定底盖(23)； 所述推杆(222)的下端设置手柄(24)。
2.根据权利要求I所述的实验装置，其特征在于 所述防派管(11)内径为100 IlOmm,高190 210 mm ； 所述放样室(12)内径为100 IlOmm,高90 110_ ； 所述底盖(14)内径为径105 115_，高28 32_，底盖的底部均匀设有若干直径为4 6_的孔； 所述支架(15)的内径为110 120 mm,高32 38 mm ； 所述固定室(21)的内径为104 113_，壁厚L 8 2. 2mm，高110 120_ ； 所述推土板(221)的直径为100 IIOmm,所述推土板(221)的厚度为I. 8 2. 2mm ； 所述推杆(222)直径为18 22mm，长180 220mm ;所述推杆外螺纹(2221)的螺距为0.8 I. 2mm ； 所述固定底盖(23)包括下层(232)、中层(233)和上层(234)的三层结构，所述下层(232)直径110 116mm,厚度4 6_ ;所述中层(233)直径104 113mm,与固定室(21)的内径相匹配，厚度4 6mm ;所述上层(234)直径100 IlOmm,与推土板(221)直径相同；所述固定底盖(23)中心圆孔(231)直径18 22mm，孔壁上螺纹(2311)的螺距为O. 8 1.2mm。
3.根据权利要求I或2所述的实验装置，其特征在于所述支架(15)的底边设有几个豁口(151)。
4.根据权利要求I或2所述的实验装置，其特征在于防溅管(11)上端部的管壁扩口设置。
5.根据权利要求I或2所述的实验装置，其特征在于所述支架(15)采用不锈钢材质，所述防溅管(11 )、放样室(12)、连接管(13)和底盖(14)采用PVC材质。
6.根据权利要求I或2所述的实验装置，其特征在于所述固定室(21)，推土柄(22)，固定底盖(23)和手柄(24)均为不锈钢材质。
7.根据权利要求I或2所述的实验装置，其特征在于优选地，所述固定室(21)沿上沿内侧固设一圈厚1. 8 2. 2mm高4. 8 5. 2mm不镑钢圆管。
8.采用如权利要求1-7中所述装置测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的方法，其特征在于，包括如下步骤 .1)在研究特定时段侵蚀发生之前，将放样室(12)垂直打入研究区，取5cm左右土柱，将土壤剖面底部削平； .2)在底盖(14)底上铺一张大小合适的滤纸，套在放样室(12)土壤剖面底部，然后将防溅管(11)和放样室(12)用连接管(13)套在一起，再把支架(15)套在底盖(14)下； .3)经过一次或者多次侵蚀性降雨后，将放样室(12)连同底盖(14)放入冰柜冷冻3个小时以上； .4)冷冻结束后，将放样室(12)从底盖(14)中取出，量取土柱的总深度； .5 )将土柱连同放样室(12 ) —起放入切片装置(200 )的固定室(21)内固定好； .6)旋转手柄(24)调整土柱位置，使土柱表面与放样室上沿齐平后，再旋转手柄(24)，使得土柱突出一部分；根据分层厚度需要确定手柄(24)旋转圈数； .7)用电动薄片锯紧贴切片装置(200)上沿将土层薄片切割取下；继续旋转手柄(24)，确定所选厚度，切割样品，直到切完所需分层土样。
全文摘要
测定铍-7活度在土壤剖面中垂直分布的实验装置，包括采集装置和切片装置；所述采集装置包括防溅管、放样室、连接管、底盖和支架；所述支架上端部套住底盖，该底盖上设置放样室，所述放样室上叠置防溅管，所述防溅管和放样室的连接处外套设连接管；所述切片装置包括固定室，推土柄，固定底盖和手柄；本发明的装置在采用铍7估算土壤侵蚀的研究中，能够采集铍7背景值总量并进行比较准确的切片分层，以研究精确的铍7垂直分布，解决了在某些研究区因无法找到背景剖面而不能进行侵蚀计算的问题；本装置的发明对放射性核素铍7示踪短时间尺度土壤侵蚀研究具有重要意义。
文档编号G01N33/24GK102778553SQ20121027272
公开日2012年11月14日 申请日期2012年8月1日 优先权日2012年8月1日
发明者刘宝元, 刘瑛娜, 赵玉明, 郭乾坤, 高晓飞, 魏欣 申请人:北京师范大学