قياس الكثافة الظاهرية للتربة بإستخدام مطيافية أشعة جاما Measurement of Soil Bulk Density by Using Gamma Ray Backscattering Spectroscopy

Date
2008-05-10
Authors
الاء محمود عبد المنعم شحادة
Ala` Mahmoud Abd AL-Mune`m Shehadeh
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
AL-Quds University
جامعة القدس
Abstract
This study deals with a nuclear method of Gamma- Ray Backscattering Spectroscopy as a method that could be applied in measuring material bulk density specially soil density. The detection system consists of a 3” × 3” inch NaI(Tl) detector connected to multichannel analyzer Inspector 2000 from Canberra instruments and lap top computer. 137Cs is used as a Gamma-Ray emitter with energy of 662 KeV. Different soil types with different bulk densities are used in calibration process. Before applying this technology in the field, calibration process took place in order to find a relationship between material bulk density and the collected count rate for that material. Calibration measurements are performed using three different material with three different bulk densities filled in wooden boxes constructed specially for this purpose with dimensions of 59×42×34 cm. Gamma ray source is shielded to prevent direct gamma photons from reach the detector in direct way. The detector and shielded gamma-ray source are placed on the top of the material’s surface, and gamma ray spectrum for 137Cs is collected for measurement times of 60 seconds to prevent background radiation measurement and the elevation on instrument’s temperature which could lead to mistaken the measurement. Collected spectra are analyzed using Genie 2000 software. Count rates are calculated for each spectrum, then a calibration curve is found making it easy to find the mathematical relationship between the count rate and the bulk density. Field measurements of bulk density (BD) are performed to check the validity of the system calibration. Results of Terra Rossa soil were in very good agreement with the measurement density. iii Count Rate for the calibration process for Terra Rossa with 10 cm as a detector-source separation distance was (406 counts. s-1), in the Terra Rossa field with the same distance (430 counts.s-1 ). With using 20 cm, count rate in calibration process was (144 counts.s-1), in the field it was (141 counts.s-1), we can notice how much the measurements are closed., the count rate from energy range of (250-730 KeV). Measurement of bulk density are conducted in five different locations at Al-Quds University Main-Campus site. Results of there measurements are consistent relating to the type of soil and other materials present at the investigated locations. Field measurements also are performed to study the effect of rain on soil bulk density determination.
تناقش هذه الدراسة طريقة لقياس آثافة المواد الظاهرية بواسطة استخدام تقنية نووية. و لتحقيق هذا استخدمت تقنية مطيافية أشعة جاما الحقلية . يتكون نظام القياس من مكشاف اشعاع و ميضي ( بلورة يوديد الصوديوم المطعم بعنصر الثاليوم) بحجم 3 × "3 "انش متصل مع محلل طيف من نوع 2000 Inspector من شرآة آانبيرا و بطاقة ( KeV 662 (آمصدر لأشعة جاما ، آما 137 ذالك مع جهاز آمبيوتر محمول. استخدم عنصر Cs استخدمت أنواع مختلفة من التربة بكثافات ظاهرية مختلفة لاجراء عملية المعايرة. قبل تطبيق هذه التقنية في الحقل أجريت عملية المعايرة لايجاد علاقة مناسبة بين آثافة المادة الظاهرية و طيف جاما الذي تم جمعه (قياسه). تمت عملية المعايرة باستخدام ثلاثة مواد مختلفة ذات ثلاثة آثافات مختلفة معبأة بداخل صناديق خشبية بأبعاد 34×42×59 سم صنعت مخصصة لهذا Cs ( بدرع من الرصاص لمنع مرور أشعة جاما بشكل مباشر 137 الغرض. يغطى مصدر اشعاع جاما ( نحو المكشاف . ثم يوضع آل من مصدر أشعاع جاما و المكشاف فوق سطح المادة المراد قياسها لتبدأ عملية القياس لوقت قصير(60(ثانية. حتى يتم تفادي قياس شعاع جاما الطبيعي في بيئة القياس و تفادي ارتفاع درجة حرارة الاجهزة الذي يؤدي الى احداث فروقات في القراءات. تعالج أطياف جاما التي تم جمعها و قياسها باستخدام نظام 2000 Genie . يحسب معدل اشعاع جاما (Rate Count (لكل عملية قياس على حده. ثم يوضع منحنى المعايرة الذي يوضح العلاقة بين آثافة المادة و معدل اشعاع جاما الذي تمت معالجته مما يسهل ايجاد علاقة رياضية مناسبة بين آثافة المادة و معدل اشعاع جاما. v تمت عملية القياس في الحقل حتى يتم التأآد من مدى دقة عملية المعايرة.النتائج الخاصة بتربة Rossa Terra آانت متوافقة جدا مع النتائج التي تم قياسها من قبل. تم القيام بقياسات الحقل بعد انهاء عملية المعايرة مستخدمين العلاقة الناتجة عن عملية المعايرة، حيث آان معدل العد في عملية المعايرة Rossa Terra وباستخدام مسافة 10 سم و هي المسافة الفاصلة 406 ، ( و آان القياس في الحقل و على نفس المسافة 1 -بين المكشاف و مصدر اشعاع جاما ( s.counts 144 (اما 1 ، ( -اما باستخدام مسافة 20 سم آان القياس في عملية المعايرة ( s.counts 1 ) -s.counts 430 ( 141 ،(و نلاحظ تقارب النتائج، و هذا في مجال الطاقة الذي يمثل الجزء (KeV 1 -في الحق s.conts 730 -250 (من طيف أشعة جاما. و قد أجريت قياسات ميدانية في خمسة مواقع مختلفة في الحرم الرئيسي في جامعة القدس. و تشير نتائج تقدير الكثافة الظاهرية في المناطق الخمسة المختلفة الى نتائج منطقية تتناسب و نوعية التربة و المواد المتواجدة في مواقع القياس. آما ان عملية القياس قد اجريت ايضا بهدف قياس تأثير مياه الامطار على قياس آثافةالتربة.
Description
Keywords
الدراسات البيئية, Environmental Studies
Citation