同位素示蹤測量地下(xià)水流速流向儀原理

示蹤的是顯示蹤迹的意思，例如：人們對候鳥、野牛、角馬等動物(wù)的遷徒追蹤是将微型無線電發射器捆綁在這些動物(wù)身上，當這些個體(tǐ)随着種群一(yī)起動動時，隻要接收并對有關信号進行處理後就能推知(zhī)總體(tǐ)的位置、行動速度、走過的區域等等人們想知(zhī)道的信息。

放(fàng)射性同位素示蹤的特點

同位素就是一(yī)種元素存在着質子數相同而中(zhōng)子數不同的幾種原子。由于質子數相同，所以它們的核電荷和核外(wài)電子數都是相同的（質子數=核電荷數=核外(wài)電子數），并具有相同電子層結構。因此，同位素的化學性質是相同的，處于周期表的同一(yī)位置上，稱做同位素。放(fàng)射性同位素是不穩定的，它會“變”。會不間斷地、自發地放(fàng)射出射線。

爲什麽人們要使用放(fàng)射性同位素作爲示蹤劑？

放(fàng)射性同位素發出的射線能被探測器測出，測量的靈敏度極高，所以示蹤劑的濃度可以很低，避免了示蹤劑濃度大(dà)引起下(xià)沉而造成的誤差，因此我(wǒ)(wǒ)們将某種同位素釋放(fàng)在水中(zhōng)，它們就會随着水一(yī)起流動，因此可以示蹤水的流動速度和流動方向，隻要将它們檢測出來，我(wǒ)(wǒ)們就能得到地下(xià)水的多種性狀參數，由于深層的地下(xià)水有很大(dà)的壓力，并且伴有泥沙等多種雜(zá)質，其它的測量方法如光學，電磁，聲波等都會受到不同的幹擾，而放(fàng)射性同位素發出的放(fàng)射線可穿過測量探頭的不鏽鋼外(wài)殼被探測器接收到，隔絕各種惡劣的環境條件，工(gōng)作可靠，這是其它測量方法無法比拟的優點。

放(fàng)射性同位素示蹤水平流流向測量原理示意圖

水平流測量探頭的示意圖如左圖所示，在探頭的内部均勻分(fēn)布着6個射線探測器，當投源器将放(fàng)射性溶液從4個投源孔投放(fàng)出來時，對于探頭而言是四周均勻分(fēn)布的，當水流往一(yī)個方向流動時，放(fàng)射性示蹤劑暈就會發生(shēng)變化，這樣6個射線探測器接收到的射線量就不一(yī)樣，結合電子羅盤确定的角度，就能計算出水流的方向了。

放(fàng)射性同位素示蹤水平流流速測量原理示意圖

當水流流入探頭附近時，流入的水就會稀釋原來的放(fàng)射同位素濃度，部分(fēn)同位素流出，在開(kāi)始和經過一(yī)段時間各測量一(yī)段相同的時間，所得到的計數值一(yī)定是不斷減少的，在無垂向流或垂向流較小(xiǎo)時(V v<1 m／h )，可用點稀釋法測定地下(xià)水的滲透流速。濾水管(或裸孔)中(zhōng)的地下(xià)水被微量的放(fàng)射性同位素标記，并混合均勻，示蹤同位素随着地下(xià)水的流動而進入到含水層。可以證明地下(xià)水爲層流時，放(fàng)射性同位素計數值的變化和滲透流速Vf的關系服從如圖公式，N0是初始計數，N是t時刻計數，t是測量時間，r1是測管内徑：r0是探頭半徑；α是校正系數。

放(fàng)射性同位素垂向流流速流向的測量

由示意圖中(zhōng)可以看到，垂向流的射線探測器是垂直安放(fàng)的，當投源器投放(fàng)出來放(fàng)射性溶液，它先被最近的探測器接收到，然後随水流的運動，被另一(yī)個探測器接收，兩者相隔的時間可以測量出，距離(lí)也是确定的，這樣水流的速度就被測量出來了。

放(fàng)射性同位素的選用

放(fàng)射性同位素有很多種，我(wǒ)(wǒ)們選用的是碘-131口服液，這是醫院爲了治療和檢查給病人口服的一(yī)種藥劑，它的半衰期爲8天，爲無色透明液體(tǐ)，各地市甲級醫院均有同位素科，來源較容易，安全性好，價格合理。碘-131按國家有關規定，在做了适當的放(fàng)射性防護包裝後，可由鐵路、航空作包裹行李運輸。目前的包裝如圖所示，外(wài)殼是一(yī)個直徑27厘米的塑料容器，中(zhōng)間安放(fàng)一(yī)個鐵殼鉛罐，由足夠厚度的鉛把射線給擋住出不來，打開(kāi)鉛蓋，可以看到一(yī)個類似青黴素瓶的玻璃小(xiǎo)瓶，裏面有少量的透明液體(tǐ)，這就是放(fàng)射性同位素，使用時需要加水進行稀釋，然後再使用，碘-131每過8天， 就有一(yī)半通過衰變消失了，所以經過10半衰期，就基本沒有放(fàng)射性了。