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能譜儀安裝在飛機上探測陸地介質放出的γ射線，進而確定地表介質中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)境調查、核應急等領域得到廣泛應用。航空γ能譜特征和儀器譜的解析是提高U、Th、K 含量測量精度的關鍵問題。目前基于儀器譜或核素放出離散譜對航空γ能譜特征進行研究，而對于通過地質體作用后的原始能譜分布研究不多；采用剝離系數(shù)法進行儀器譜的解析，對于全譜的解析研究較少。同時航空γ能譜

2、測量影響因素是進行測量結果反演的關鍵問題，但目前國內缺少該方面的研究。針對目前航空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成分相關。在考慮大氣擾動因素下，對單一元素介質、花崗巖、石

3、灰?guī)r、砂巖和玄武巖上空γ能譜的分布特征進行研究，結果表明利用S1/S2的方法可以定性判別巖石的有效原子序數(shù),進而區(qū)分巖石性質。地表γ能譜測量受到地質體中水分含量的影響。當土壤水分增加的時候，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)。通過實驗表明，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航空γ能譜測量的影響機理，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，實現(xiàn)航空γ能譜測量地形校正，并實現(xiàn)了相關代碼。在論文中計算了凹方錐、凸方錐、凸平臺、凹平臺、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。
　　 3、針對NaI(Tl)晶體的能量分辨率不足、康普頓散射對航空γ能譜測量的干擾難題和傳統(tǒng)剝離系數(shù)法標定的不足，提出并實現(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，對航空γ能譜散射本底進行扣除，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)建立響應函數(shù)矩陣，降低譜線解析過程中響應函數(shù)建立的難度，達到全譜解析方法的實用化。通過模擬譜線驗證，本底扣除誤差小于15％。
　　 ②文中采用響應函數(shù)矩陣的思想，建立了儀器譜和輸入譜之間的關系。采用極大似然方法和直接解調方法實現(xiàn)了譜線重構，有效分離了峰位相差為一個半高寬的重疊峰，峰面積變化小于1

6、0％。
　　 ③將譜線解析算法應用于γ能譜儀的標定，建立特征γ射線凈峰面積同U、Th、K之間的關系，簡化能譜儀的標定過程。經(jīng)地面γ能譜儀在飽和基準放射性模型實驗表明：在混合基準模型上，傳統(tǒng)的剝離系數(shù)法計算放射性元素含量和譜線解析法計算放射性元素含量相對于模型推薦值之間的相對誤差分別為：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