第二章第5節(jié)航空測量

2.5航空譜儀測量技術(shù)2.5.1概況1)國內(nèi)外發(fā)展隨著大晶體NaI(Tl)探測器的研制成功，誕生了航空γ射線能譜測量方法

首先載鈾礦地質(zhì)勘探領(lǐng)域發(fā)展起來，例如：美、加、芬、法、瑞典以及東歐我國核工業(yè)航測遙感中心(703航測隊，石家莊)主要進(jìn)行鈾資源航測調(diào)查，上世紀(jì)90年代末，國土資源部也成立航空物探遙感中心,1999年11月從加拿大

Exploranium公司引進(jìn)了多道航空γ能譜儀——GR-820后來在核事故應(yīng)急監(jiān)測和尋找丟失放射源方面得到開發(fā)和應(yīng)用2)優(yōu)缺點

優(yōu)點：快速地測量大范圍區(qū)域(幾百km2)

缺點：成本高。要求高靈敏度的探測器3)常用探測器

大晶體NaI(Tl)。例如：核工業(yè)航測遙感中心3塊10×10×40cm3(2主1輔)

美國7塊NaI(Tl)晶體，(6主1輔)

HPGe

探測器。美國能源部，采用20個ε=60%的HPGe探測器裝配與直升機(jī)上由于HPGe探測器的結(jié)構(gòu)，故安裝于飛機(jī)上必須嚴(yán)格防振動兩條4″×4″×16″NaI(Tl)方晶體（分辨率分別為7.9%,7.2%）探頭工作溫度-55℃～+60℃，光電倍增管加了電磁屏蔽。4）天然放射性航測及傳統(tǒng)的刻度技術(shù)——能窗法①512道譜儀②針對238U系、232Th系和40K開3個能窗K窗：1370——1570keV(1460keV)100~120mU窗：1660——1860keV(1764keV)

Th窗：2410——2810keV(2620keV)

Nk=a1U+b1

Th+c1KNu=a2U+b2

Th+c2K

NTh=a3U+b3

Th+c3K其中，Nk、Nu、NTh分別為三個能窗的計數(shù)率(cpm或cps)；

K、U、Th

分別為土壤中40K、238U和232Th的活度濃度(Bq/kg)；

ai、bi、ci為換算系數(shù)∵不存在40K的干擾

∴Nk=a1U+b1

Th+c1K?Nk/a1=U+γ1

Th+β1KNu=a2U+b2

Th

?Nu/a2=U+γ2

Th

NTh=a3U+b3

Th

?NTh/a3=U+γ3

Th當(dāng)γ2≠γ3時，鈾釷才有確定解，比值c=γ2/γ3越大，方程組的解越穩(wěn)定：K=Fk(Nk–R1Nu–R2NTh)U=FU(Nu–R3

NTh)

Th=FTh(NTh–R4Nu)式中：FK=1/c1，F(xiàn)U=b3/(a2b3-a3b2)，F(xiàn)Th=a2/(a2b3-a3b2)R1=(a1b3-b1a3)/(a2b3-a3b2)，R2=(a2b1-a1b2)/(a2b3-a3b2)R3=b2/b3，R4=a3/a2R1、R2、R3、R4為影響系數(shù)，分別表示鈾對鉀、釷對鉀、釷對鈾和鈾對釷的影響FK、FU、FTh為刻度系數(shù)，分別表示經(jīng)過影響系數(shù)校正后，鉀、鈾、釷道單位計數(shù)率所對應(yīng)的K、U、Th含量③刻度：標(biāo)準(zhǔn)航空放射性體源模型——純鈾、純釷、純鉀、混合與本底→R，F(xiàn)值在機(jī)場上空或海平面上→高度計的刻度(雷達(dá)高度計，氣壓高度計)

在海面上空進(jìn)行宇宙射線和飛機(jī)本底的測定④測量在所測量的區(qū)域上空一定高度（100~150m)上按照預(yù)定的航線飛行測量，測量的γ譜經(jīng)過高度修正后，各能窗計數(shù)扣除宇宙射線的飛機(jī)本底的貢獻(xiàn)采用上述所獲刻度系數(shù)和活度濃度的公式可求得各核素的活度濃度值航空測量時，還應(yīng)考慮：a)氡的影響——氡本底測量垂直分布和大氣湍流——氡濃度不平衡逆溫層——氡子體濃集；非逆溫——氡濃度呈指數(shù)規(guī)律緩慢降低

b)譜儀死時間的測定表面分布放射性核素在不同高度的注量率與活度濃度比隨光子能量的變化(5)航空γ測量的刻度技術(shù)①原則上，γ譜就地測量的刻度技術(shù)——Beck公式，可以移植用于航空γ譜(同軸探測器)測量的刻度技術(shù)，但φ公式推導(dǎo)中的H≠1m，而是航空γ譜探測器的高度H一般為100～120m。②對于航測，應(yīng)該注意以下幾個問題：

a）就地譜儀探測器一般是軸對稱的，對方位角φ的角響應(yīng)是各向同性的，角響應(yīng)可簡化為一維問題，而航測譜儀，一般是大晶體NaI(Tl).常為多塊方柱或扁箱體，HPGe探測器也常排成陣列，加上探測器一般安放于飛機(jī)艙內(nèi)，對γ射線的屏蔽復(fù)雜化，所以角響應(yīng)是二維的。

b）就地譜儀是定位測量，而航測是動態(tài)測量。只有對某些假定條件下，如地面平坦、平面均勻分布源，才能簡化為定位問題。③航空測量中，可將飛機(jī)看成是探測器外多加一層包殼；影響到的因子（N0/φ)、（Nf/N0).

角響應(yīng)函數(shù)F(θ,φ)N(θ)/N0=F(θ)R(ω)

主：γ陸地＋γRn

輔：γRn

HPGe(60%)角響應(yīng)函數(shù)F(φ,θ)的刻度F(φ,θ)——與晶體的大小、形狀、屏蔽狀況(包括飛機(jī))、源距晶體的距離、γ光子能量等因素有關(guān)刻度測量布點：建立及坐標(biāo)系O(ρ，φ),機(jī)頭指向0°，機(jī)尾指向180°。考慮到飛機(jī)屏蔽和探測器排布具有一定的對稱性，φ：0°～180°；但θ：0°～90°；源距探測器r＞10Φ，盡可能遠(yuǎn)

231俯視（主探測器）輔主(6)尋找丟失源的航空測量方法①尋源，重要的是靈敏度，對分辨率的要求不高（強(qiáng)源）NaI(Tl)②丟失的強(qiáng)放射源，通常是單核素源：工業(yè)用：60Co，137Cs，192Ir能窗法③IAEA323號技術(shù)報告介紹了尋找丟失源強(qiáng)源的航空測量方法。

a）根據(jù)丟失源的性質(zhì)，在NaI(Tl)譜儀上設(shè)置相應(yīng)的能窗。

b）設(shè)計一組飛行高度h(m)和飛行間距2D(m):Nf～D

能窗計數(shù)率2DhA——丟源的活度，Bq;B——γ射線發(fā)射率（分支比）S——晶體橫截面面積，m2

考慮必要的屏蔽因素（如放射源已被藏匿），引入一定的保守因子，以確定出適當(dāng)?shù)娘w行高度h和飛行線距離D。Nf=F(D,h)Nf’≥Nf④應(yīng)用：a）1968年，一個330mCi60Co源在美國鹽湖城和看薩斯城之間丟失（間距1900km)。飛機(jī)沿貨車（運(yùn)源）的線路，在公路上方90～300m高度飛行，順利探明了源丟失在密蘇里洲若塞夫附近。

b）為尋找?guī)в?個470mCi57Co源的一空軍試驗導(dǎo)彈，導(dǎo)彈著陸點離懷特沙漠導(dǎo)彈發(fā)射場有許多公里，地面查找無結(jié)果，使用了一臺NaI(Tl)探測器組，不到兩天，航測便探明了著陸點（能帶中心122keV)。

C)核工業(yè)航測遙感中心與原子能院聯(lián)合在原子能院地區(qū)上空進(jìn)行航空核應(yīng)急試飛，發(fā)現(xiàn)在該廠區(qū)東北方向放射性異常，指導(dǎo)地面追查，查找到丟棄的152Eu放射源(玻璃氖管)1個。（7）其他應(yīng)用①劑量本底調(diào)查