丘安順 毛偉業(yè) 楊鋼 馬俊騰 羅航 翟剛

摘 要：航空γ能譜儀測(cè)量系統(tǒng)由碘化鈉晶體（NaI）和光電倍增管為主要部件航空γ能譜測(cè)量系統(tǒng)，多采用4條下測(cè)晶體和1條上測(cè)晶體組合成航空γ能譜測(cè)量系統(tǒng)的探頭，設(shè)計(jì)了溫度傳感器、電流反饋型前置放大器等，實(shí)現(xiàn)了γ光子與核信號(hào)的轉(zhuǎn)換；通過高速ADC與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模擬核信號(hào)的數(shù)字化。

關(guān)鍵詞：航空γ能譜儀測(cè)量；γ能譜儀；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：P631 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）25-0187-02

Abstract： The measurement system of airborne γ spectrometer is mainly composed of sodium iodide crystal （NaI） and photomultiplier tube （PMT）. The probe of airborne γ energy spectrum measurement system is composed of four lower crystals and one upper crystal， and the temperature sensor and current feedback preamplifier are designed to realize the conversion between γ photons and nuclear signals， and the analog nuclear signals are digitized by high-speed ADC and data acquisition system.

Keywords： airborne γ spectrometer measurement； γ spectrometer； application

1 航空γ能譜儀測(cè)量原理

航空γ能譜測(cè)量，簡(jiǎn)要地說就是將航空γ能譜儀安裝在飛行器上，在測(cè)量地區(qū)上空按照預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)線和高度對(duì)巖石和地層中天然放射性核素巖石或礦石品位進(jìn)行測(cè)量的地球物理-地球化學(xué)方法。

自然界中存在著放射性物質(zhì)，它能時(shí)刻自發(fā)的進(jìn)行衰變，在衰變過程中，放射出α、β、γ粒子，形成α射線、β射線、γ射線。α、β射線自身能量很低，不易測(cè)量，γ射線具有一定的能量，可以穿透一定厚度的物質(zhì)，如：土壤、巖層等。進(jìn)入大氣層中，我們就可以使用航空γ能譜儀，來測(cè)量γ射線的強(qiáng)度，達(dá)到尋找放射性礦床的目的。

2 航空γ能譜儀組成及主要指標(biāo)

2.1 航空γ能譜儀組成

目前，無論國(guó)外航空γ能譜，還是國(guó)內(nèi)航空γ能譜基本組成包括碘化鈉晶體（NaI）、光電倍增管、A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、溫濕度傳感器、GPS等。其中，碘化鈉晶體（NaI）和光電倍增管是整套儀器數(shù)據(jù)采集的主要部件。

碘化鈉晶體（NaI）分為多晶（熱壓式）、單晶（生長(zhǎng)式）。我們使用的為多晶（熱壓式），工作正常的碘化鈉晶體

（NaI）是無色透明的，顏色變黃時(shí)，晶體性能就下降了，需要更換。單晶只要有一個(gè)小的裂隙就不能使用了，多晶可以有少量的小裂隙。晶體的均勻性及磨光度十分重要。

2.2 能譜儀的主要指標(biāo)

（1）靈敏度

儀器系統(tǒng)靈敏度除取決于晶體體積大小外，還和γ射線的修正有關(guān)，γ射線能譜儀測(cè)量數(shù)據(jù)的修正值有：死時(shí)間修正，飛機(jī)本底修正，康普頓散射效應(yīng)的修正，對(duì)鈾道的大氣氡的修正。

（2）分辨率

對(duì)每塊晶體及系統(tǒng)均要使用137Cs、Tl208標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)137Cs分辨率要小于10%，對(duì)Tl208分辨率要小于6%。

（3）γ射線能譜儀的穩(wěn)定性

放射性測(cè)量是以每秒計(jì)數(shù)方式表示測(cè)量結(jié)果的，是一個(gè)統(tǒng)計(jì)脈沖漲落的一個(gè)過程，它必須符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律，即泊松規(guī)律。具體測(cè)試方法是，將γ射線能譜儀放在本底穩(wěn)定的環(huán)境中，儀器連續(xù)工作7個(gè)小時(shí)，每小時(shí)記錄一組數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)取出10分鐘的記錄數(shù)據(jù)參加計(jì)算，參加計(jì)算的七組數(shù)據(jù)中，取其最大的和最小的兩組數(shù)據(jù)與另外五組數(shù)據(jù)的平均值相比較，其變化不超過±5%，即為儀器穩(wěn)定性合格。

N最大/N平均<5%，N最小/N平均<5%，其中：N最大為最大的一組記錄的平均值；N最小為最小的一組記錄的平均值；N平均為另外五組記錄的平均值。

3 應(yīng)用

近年來在進(jìn)行航空物探項(xiàng)目過程中，通過使用由加拿大RMS公司生產(chǎn)的RSX-5航空γ能譜儀，總結(jié)出如何在測(cè)試過程中判斷航空γ能譜儀故障的方法。

加拿大RMS公司生產(chǎn)的RSX-5航空γ能譜儀采用4條下測(cè)晶體和1條上測(cè)晶體組合成航空γ能譜測(cè)量系統(tǒng)的探頭，使用137Cs標(biāo)準(zhǔn)源測(cè)試。在項(xiàng)目進(jìn)行過程中，我們使用1024道模式輸出，137Cs中心峰為220道，峰位范圍為218道-222道。

3.1 初步判斷

在項(xiàng)目進(jìn)行中，在外界溫度和濕度不變的情況下，使用137Cs進(jìn)行測(cè)試過程中，發(fā)現(xiàn)將137Cs放在晶體的不同位置，137Cs的中心峰位出現(xiàn)了較大的偏移。

上圖顯示數(shù)據(jù)是將137Cs標(biāo)準(zhǔn)源放置在晶體尾部，可以看出137Cs中心峰位在218道，已基本偏出峰位范圍。

圖2顯示數(shù)據(jù)是將137Cs標(biāo)準(zhǔn)源放置在晶體頂部，可以看出137Cs中心峰位在224道，已偏出峰位范圍。

圖3顯示數(shù)據(jù)是將137Cs標(biāo)準(zhǔn)源放置在晶體中心位置，可以看出137Cs中心峰位在220道，在峰位范圍內(nèi)。

3.2 進(jìn)一步確認(rèn)

圖4顯示數(shù)據(jù)是在使用137Cs進(jìn)行測(cè)試中，采集到的能譜數(shù)據(jù)已經(jīng)出現(xiàn)了較大的臺(tái)階。對(duì)今后數(shù)據(jù)的采集產(chǎn)生了較大的影響。

3.3 最終確認(rèn)

最終將能譜儀晶體打開后，晶體整體還比較通透，未出現(xiàn)發(fā)黃、氣泡等現(xiàn)象，但是發(fā)現(xiàn)在晶體一角已經(jīng)出現(xiàn)了裂紋，從而影響了數(shù)據(jù)的采集質(zhì)量。

4 當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，航空γ能譜儀在航空物探已經(jīng)得到了越來越廣泛的使用，由前幾年的一臺(tái)航空γ能譜儀作業(yè)到目前的兩臺(tái)甚至三臺(tái)航空γ能譜儀同時(shí)作業(yè)。而且，當(dāng)前的航空物探作業(yè)多使用直升機(jī)進(jìn)行作業(yè)，飛行高度降低，采集數(shù)據(jù)質(zhì)量得到了提升，從而對(duì)航空γ能譜儀的工作狀態(tài)有了更為嚴(yán)格的要求。所以在作業(yè)前和作業(yè)后對(duì)航空γ能譜儀的調(diào)試提出了更為嚴(yán)格的要求。以前航空γ能譜儀的衡量標(biāo)準(zhǔn)單純要求分辨率小于12%即可進(jìn)行工作，但是目前僅僅通過對(duì)分辨率的要求進(jìn)行衡量已完全不能夠滿足項(xiàng)目要求。通過多年來多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)航空γ能譜儀調(diào)試總結(jié)了一套合理的處置方法，對(duì)今后各個(gè)項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了有力保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊盛青.我國(guó)航空物探現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)地質(zhì)，1999（9）：18222.

[2]吳慧山，談成龍.我國(guó)核地球物理勘查的若干新進(jìn)展[J].地球物理學(xué)報(bào)，1997，40（2）：317-325.

[3]程業(yè)勛，汪南萍，侯勝利.核輻射場(chǎng)與放射性勘查[M].北京：地質(zhì)出版社，2005：116.

[4]周錫華，喬廣志.新一代航空多道伽馬能譜儀的引進(jìn)和初步應(yīng)用[J].物探與化探，2002，26（4）：318-320.