航空γ能譜特征和儀器譜解析方法研究.pdf

1、航空γ能譜測量是將γ能譜儀安裝在飛機(jī)上探測陸地介質(zhì)放出的γ射線，進(jìn)而確定地表介質(zhì)中U、Th、K的含量。航空γ能譜測量在礦產(chǎn)資源勘查尤其是放射性礦產(chǎn)資源勘查、輻射環(huán)境調(diào)查、核應(yīng)急等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。航空γ能譜特征和儀器譜的解析是提高U、Th、K 含量測量精度的關(guān)鍵問題。目前基于儀器譜或核素放出離散譜對(duì)航空γ能譜特征進(jìn)行研究，而對(duì)于通過地質(zhì)體作用后的原始能譜分布研究不多；采用剝離系數(shù)法進(jìn)行儀器譜的解析，對(duì)于全譜的解析研究較少。同時(shí)航空γ能譜

2、測量影響因素是進(jìn)行測量結(jié)果反演的關(guān)鍵問題，但目前國內(nèi)缺少該方面的研究。針對(duì)目前航空γ能譜測量研究不足，本文在空中γ能譜特征和儀器譜解析等方面展開研究。
　　 1、本文通過理論分析與蒙特卡羅(MC)數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，獲得了地-空界面大氣中天然γ能譜的原始譜分布特征。地空界面上空γ能譜是連續(xù)譜，由特征γ射線和連續(xù)散射本底兩部分組成。Γ能譜分布特征尤其是低能散射峰同地表介質(zhì)成分相關(guān)。在考慮大氣擾動(dòng)因素下，對(duì)單一元素介質(zhì)、花崗巖、石

3、灰?guī)r、砂巖和玄武巖上空γ能譜的分布特征進(jìn)行研究，結(jié)果表明利用S1/S2的方法可以定性判別巖石的有效原子序數(shù),進(jìn)而區(qū)分巖石性質(zhì)。地表γ能譜測量受到地質(zhì)體中水分含量的影響。當(dāng)土壤水分增加的時(shí)候，地表γ射線注量率降低。論文通過理論分析建立了土壤中水分校正模型，通過MC 方法求解了校正模型的參數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)表明，該模型可以有效校正水分的影響，校正后誤差小于2％。
　　 2、本文深入分析了地形對(duì)航空γ能譜測量的影響機(jī)理，提出了航空γ能譜測量

4、有限元地形校正方法。采用數(shù)值積分的方法，實(shí)現(xiàn)航空γ能譜測量地形校正，并實(shí)現(xiàn)了相關(guān)代碼。在論文中計(jì)算了凹方錐、凸方錐、凸平臺(tái)、凹平臺(tái)、凹圓錐、凸圓錐、凹條帶、凸條帶和階梯等9 種典型地形情況下航空γ能譜測量的地形校正系數(shù)，為航空γ能譜測量地形校正提供了新的方法技術(shù)。
　　 3、針對(duì)NaI(Tl)晶體的能量分辨率不足、康普頓散射對(duì)航空γ能譜測量的干擾難題和傳統(tǒng)剝離系數(shù)法標(biāo)定的不足，提出并實(shí)現(xiàn)了γ能譜解析方法。
　　 ①首先文

5、中采用傅里葉變換本底逐步逼近法，對(duì)航空γ能譜散射本底進(jìn)行扣除，得到由全能峰組成的特征γ射線譜線。有效扣除散射本底，可以采用簡單的高斯函數(shù)建立響應(yīng)函數(shù)矩陣，降低譜線解析過程中響應(yīng)函數(shù)建立的難度，達(dá)到全譜解析方法的實(shí)用化。通過模擬譜線驗(yàn)證，本底扣除誤差小于15％。
　　 ②文中采用響應(yīng)函數(shù)矩陣的思想，建立了儀器譜和輸入譜之間的關(guān)系。采用極大似然方法和直接解調(diào)方法實(shí)現(xiàn)了譜線重構(gòu)，有效分離了峰位相差為一個(gè)半高寬的重疊峰，峰面積變化小于1

6、0％。
　　 ③將譜線解析算法應(yīng)用于γ能譜儀的標(biāo)定，建立特征γ射線凈峰面積同U、Th、K之間的關(guān)系，簡化能譜儀的標(biāo)定過程。經(jīng)地面γ能譜儀在飽和基準(zhǔn)放射性模型實(shí)驗(yàn)表明：在混合基準(zhǔn)模型上，傳統(tǒng)的剝離系數(shù)法計(jì)算放射性元素含量和譜線解析法計(jì)算放射性元素含量相對(duì)于模型推薦值之間的相對(duì)誤差分別為：K，9.74％和8.73％；U，-8.25％和-0.96％；Th，10.51％和-3.13％。
　　 ④采用譜線解析方法，討論了NaI(T