Hidrológiai tájékoztató, 1968 június

Papfalvy Ferenc: Izotópos tömörség- és nedvességmérő műszerek a vízépítésben

ges ahhoz, hogy a mérőműszer mutatója az időegység alatt beérkező impulzusoknak megfelelő értékre beálljon. A mélységi szonda fúrólyukban valö tömörségmérésre használható, kb. 10 m mélységig. A mérés a szondának fokozatos 25—50 cm-kénti leeresztése útján történik. Egy-egy mérés időtartama 1,5—2 perc. A szondák hitelesítése általában laboratóriumban, tapasztalati alapon végezhető el oly módon, hogy ismert térfogatú ládákban, vagy hordókban ismert menynyiségű talaj betömörítésével különböző tömörségeket állítanak elő és megállapítják az ezekhez a tömörségekhez tartozó leolvasásokat. Az így kapott pontok alapján szerkeszthető meg az egyes műszerek kalibrációs görbéje, mely a VTKI típusú műszerekbe beépített izotóp aktivitásának a viszonylag rövid (5 év) felezési idő miatt bekövetkező csökkenése miatt kb. egy hónapig használható (3. ábra). /,3 >A >.S W >,7 fá >,9 2,0 nedves le'rfogotsú/y fnmp/m' 3. ábra. Abszorpciós tűszonda hitelesítése Az NS 205 típusú nedvességmérő szonda is mélységi (fúrólyukban elvégezhető) mérésekre használható kb. 10 m mélységig. Ennél a műszernél a sugárforrás 300 mCi egyerértékű Pu—Be (plutónium—berillium) preparátum, a sugárérzékelő pedig SzVSz 6 típusú GM cső, mely ezüstfóliával van körülvéve. A műszer mérési elve azon alapszik, hogy a talaj víztartalmával kb. arányos mennyiségben keletkező lassú neutronok hatására az ezüstfólia felaktiválódik, azaz kb. 2,5 perc felezési idejű izotóppá alakul át, mely y sugárzás kibocsátása mellett ismét lebomlik. A GM cső ezeket a y sugarakat fogja fel. Az NS 205 típusú műszer kb. w = 5—26 térfogatszázalék víztartalom kimutatására alkalmas. Egy-egy mérés időtartama kb. 8—12 perc, mert ennyi idő szükséges ahhoz, hogy a felaktiválódás és a lebomlás folyamata egyensúlyba kerüljön. Izotópos műszerekkel végzett kísérletek Kétségtelen, hogy a radioizotópos tömörség és nedvességmérés a hagyományos módszereknél lényegesen bonyolultabb, költségesebb felszerelést, különlegesen képzett személyzetet kíván, és alkalmazásukat a sugárártalom veszélye miatt különböző egészségügyi rendszabályok is korlátozzák. Az is tény, hogy nemrég még a mérési módszereknél és a mérési eredmények értékelésénél is voltak nem eléggé tisztázott kérdések, melyek nehezítették elterjedésüket. Ezért érthető, hogy a legutóbbi évekig bezárólag hazánkban csupán a legjobban felszerelt intézmények, kutató intézetek használták az izotópos műszereket, részint a kutatásaikkal kapcsolatos kísérletekhez, részint pedig gyakorlati célú mérésekhez, megbízásos munkák elvégzéséhez. A vízépítés területén folyamatban levő nagyarányú földmunkák megfelelő minőségű kivitelezésének, illetve a kivitelezés folyamatos ellenőrzési lehetőségének biztosítása érdekében azonban szükségesnek látszott az izotópos tömörségmérő műszerek szélesebb körű elterjesztése. Ezért a Vízgazdálkodási Tudományos Kutató Intézet Építéstechnológiai Osztálya a legutóbbi évek során számos kísérletet végzett, melyek részint igazolták az izotópos tömörségmérés megbízhatóságát, részint pedig tapasztalati alapot szolgáltattak egy — a gyakorlati felhasználók számára készített — segédlet összeállításához. Kísérleteinket főleg a VTKI-típusú tűszondával végeztük, mivel ez a műszer elsősorban a földmunkák kivitelezés közbeni folyamatos tömörségellenőrzésére készült és ezért kívánatos volt, hogy minél szélesebb körben terjedjen el a használata. Kísérleteink alapján a következő kérdésekre kívántunk feleletet kapni: 1. Hogyan viseli el a műszer a terepviszonyokat, a szállításból, hőmérsékletváltozásokból eredő behatásokat? 2. Gyorsabb, pontosabb-e a hagyományos módszereknél? 3. Nem befolyásolja-e hátrányosan a talaj változó víztartalma a mérési eredményeket? (Elegendő-e egyszerűen levonni a mérési eredményekből a víztartalomnak megfelelő súlyt, vagy a víztartalomtól függően további átszámítások is szükségesek-e?) 4. Nem befolyásolja-e a mérési eredményeket a talaj esetenként változó ásványi összetétele? Kísérleteinket részint a terepen, részint laboratóriumban végeztük el. Az 1. kérdéssel kapcsolatban végzett kísérleteink eredményei eleinte kedvezőtlenek voltak. A szállítás és a terepmunka során a hazai gyártású műszerek gyakran meghibásodtak és a mérési eredményeket a változó külső hőmérséklet erősen befolyásolta. Hosszú, türelmes munkával sikerült a szállítás során bekövetkező hibákat előidéző hibaforrásokat kiküszöbölni. A műszerek hőmérsékletfüggését előbb a germánium-diódáknak szilícium tranzisztorokkal való kicserélésével csökkentettük, majd az eredetileg alkohol töltésű GM csöveknek halogéntöltésű GM csövekkel való kicserélésével véglegesen megszüntettük. A 2. kérdésre terepkísérletek útján kívántunk választ kapni. Előbb Kunszigeten, egy árvédelmi töltés építésénél, homokos talajban, majd Parádsasváron, egy völgyzárógát anyagmagjánál végeztünk egyenként többszáz mérést. Az izotópos mérésekkel párhuzamosan kiszúróhengeres méréseket is végeztünk. A terepkísérletek során egyértelműen beigazolódott, hogy az izotópos módszerrel homoktalajok esetén 3—4-szer, agyagtalajok esetén 1,5—2-szer gyorsabban lehet dolgozni — azonos létszám mellett — mint a kiszúróhengerekkel. Az izotópos mérőműszerekkel, illetőleg a kiszúróhengerekkel kapott mérési eredmények agyagtalajoknál (parádsasvári mérések) jó megegyezést mutattak, de homokos talajoknál (kunszigeti mérések) jelentős eltéréseket tapasztaltunk, különösen a kevéssé tömörített, laza rétegeknél. A terepkísérleteknél csupán valószínűsíteni lehetett, de egyértelműen bizonyítani nem, hogy a valóságos értékekhez az izotópos mérési eredmények álltak közelebb. (A kiszúróhengerek szemmel láthatóan tömörítették a talajt.) Az izotópos tömörségmérés nagyobb pontosságát laboratóriumi kísérletekkel igazoltuk. A kísérletekhez a műszerek hitelesítéséhez készített 60 cm átmérőjű és 70 cm magas vashordókat használtuk, ezeket töltöttük meg a Kunszigetről hozott homoktalajjal. A hordókba beépített, illetve különböző tömörítési munka alkalmazásával betömörített talaj mennyiségét minden esetben gondosan lemértük és víztartalmát is meghatároztuk, így pontosan ismertük a beépített talaj átlagos nedves térfogatsúlyát. Különböző tömörítő munka alkalmazásával a kunszigeti talajjal y n = 1,3—1,7 Mp/3 tömörséget tudtunk elérni. A hordókba beépített talaj tömörségét előbb az izotópos műszerrel mértük meg, majd kiszúróhengerek segítségével vettünk belőle rétegenként 34