便攜式多道伽瑪能譜儀及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及放射性測(cè)量設(shè)備領(lǐng)域，具體地說(shuō)，特別涉及到一種測(cè)量巖石中鈾、釷、鉀等含量的便攜式多道伽瑪能譜儀及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用攜帶式Y(jié)能譜儀，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)測(cè)量巖石中鈾、釷、鉀含量來(lái)勘查礦產(chǎn)和解決地質(zhì)問(wèn)題的方法稱(chēng)為“Y射線(xiàn)能譜測(cè)量”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“Y能譜測(cè)量”。Y能譜測(cè)量在鈾礦勘查工業(yè)中是一項(xiàng)十分重要且常用的技術(shù)手段。
[0003]能譜儀在使用過(guò)程中，探測(cè)器的發(fā)光效率，光電倍增管的增益，放大器的增益，高壓的穩(wěn)定性等會(huì)隨著環(huán)境溫度、溫度的改變而變化，能譜儀測(cè)得的能譜形狀及峰位會(huì)受到環(huán)境影響而發(fā)生漂移。為克服峰漂，需要峰漂校正(穩(wěn)譜)。常用的峰漂校正方法采用已知能量的參考源(內(nèi)置放射源、內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線(xiàn)、天然本底譜特征峰等)，將參考源的信號(hào)選擇出來(lái)，通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)率的比較，調(diào)節(jié)放大器或高壓，補(bǔ)償有關(guān)變化，使參考源給出的信號(hào)幅度不變，從而使被測(cè)信號(hào)幅度也可穩(wěn)定，達(dá)到穩(wěn)譜的目的。調(diào)節(jié)放大器或高壓的參數(shù)要反復(fù)進(jìn)行，穩(wěn)譜所需時(shí)間長(zhǎng)，穩(wěn)譜精度低。
[0004]另外，內(nèi)置LED發(fā)光模擬射線(xiàn)穩(wěn)譜，只能補(bǔ)償光電倍增管的增益，放大器的增益，高壓變化帶來(lái)的峰漂，而探測(cè)器的發(fā)光效率變化帶來(lái)的峰漂沒(méi)有校正，穩(wěn)譜精度較低；內(nèi)置放射源穩(wěn)譜，放射源的使用會(huì)帶來(lái)監(jiān)管和安全等一系列問(wèn)題；天然本底譜特征峰穩(wěn)譜，由于天然本底變化大，在天然放射性核素含量低的地區(qū)，穩(wěn)譜時(shí)間長(zhǎng)，甚至無(wú)法穩(wěn)譜。
[0005]野外便攜式伽瑪能譜儀是適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量天然放射性核素的儀器，作為一種現(xiàn)場(chǎng)快速分析方法，測(cè)量時(shí)間短，分析成本低，因而廣泛應(yīng)用于鈾礦勘查。
[0006]野外能譜儀的基本要求有:體積小，重量輕，便于攜帶；靈敏度高，線(xiàn)性好，能量分辨率高；操作簡(jiǎn)單，使用方便等。
[0007]目前國(guó)內(nèi)外使用的野外能譜儀多采用探頭與控制臺(tái)組合方式，體積、重量較大，攜帶和使用不便；儀器多采用3" X3"的碘化鈉晶體探測(cè)器，探測(cè)器體積大，重量大；多為4道能譜，多道能譜產(chǎn)品較少；多采用放射源穩(wěn)譜，放射源的使用會(huì)帶來(lái)監(jiān)管和安全等一系列問(wèn)題，并且儀器內(nèi)置放射源，需要屏蔽，整個(gè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儀器重量增加；儀器功能較單一，數(shù)字化、智能化程度不夠高，操作復(fù)雜，使用不是很方便。總的來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品雖多，但整體上滿(mǎn)足不了日益增長(zhǎng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明實(shí)際需要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便攜式多道伽瑪能譜儀，重量輕，攜帶方便，靈敏度高，內(nèi)置天然物質(zhì)自動(dòng)穩(wěn)譜，使用方便，主要測(cè)量地面、巖石中的天然鈾、釷、鉀的含量及分布數(shù)據(jù)資料，以便指導(dǎo)地質(zhì)勘察工作。
[0009]本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題可以采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0010]便攜式多道伽瑪能譜儀，包括外殼，以及設(shè)置在所述外殼內(nèi)的探測(cè)器和電子學(xué)系統(tǒng)；
[0011]所述外殼上設(shè)有把手，該把手上設(shè)有操作按鍵；
[0012]所述探測(cè)器包括屏蔽外殼、以及安裝于所述屏蔽外殼內(nèi)的穩(wěn)譜裝置、探測(cè)元件、光導(dǎo)元件、光電倍增管和前置放大電路；所述穩(wěn)譜裝置位于所述探測(cè)元件前端，所述探測(cè)元件、光導(dǎo)元件、光電倍增管和前置放大電路設(shè)置依次互相連接，所述前置放大電路的輸出端與所述電子學(xué)系統(tǒng)的信號(hào)輸入端連接；
[0013]所述電子學(xué)系統(tǒng)包括包括放大器、多道分析器、控制器、存儲(chǔ)器、顯示器、高壓電源和低壓電源，所述放大器的信號(hào)輸入端與所述探測(cè)器的信號(hào)輸出端連接，所述探測(cè)器經(jīng)放大器的輸出端依次連接多道分析器和控制器，所述控制器與存儲(chǔ)器、顯示器連接，所述低壓電源分別與探測(cè)器、放大器、多道分析器、控制器、存儲(chǔ)器、顯示器和高壓電源連接，所述高壓電源與所述探測(cè)器連接，所述控制器還與所述把手上的操作按鍵連接，對(duì)所述操作按鍵的觸發(fā)作出相應(yīng)響應(yīng)；
[0014]所述探測(cè)元件為BGO晶體，所述穩(wěn)譜裝置包括殼體以及設(shè)置于殼體中的穩(wěn)譜物質(zhì)，所述穩(wěn)譜物質(zhì)為含天然放射性核素鉀、鈾、釷的物質(zhì)，所述穩(wěn)譜裝置壓成餅狀，且放于所述殼體中。
[0015]進(jìn)一步的，所述所述低壓電源為14V可反復(fù)充電式的鋰電池。
[0016]便攜式多道伽瑪能譜儀的工作方法，包括如下步驟:
[0017]首先在特定溫度下，采用多種標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)能譜儀進(jìn)行能量刻度，取得道址Ci與Y射線(xiàn)能量Ei的對(duì)應(yīng)關(guān)系E^f(Ci),并將其存儲(chǔ)于電子學(xué)系統(tǒng)中；
[0018]所述多道伽瑪能譜儀具有開(kāi)機(jī)穩(wěn)譜模式、自動(dòng)穩(wěn)譜模式和測(cè)量模式，三種模式的工作過(guò)程如下:
[0019]所述多道伽瑪能譜儀開(kāi)機(jī)自檢后，運(yùn)行開(kāi)機(jī)穩(wěn)譜模式，執(zhí)行以下動(dòng)作:
[0020]I)采集能譜，采集時(shí)間為設(shè)定的時(shí)間tc ；
[0021]2)在全譜范圍內(nèi)進(jìn)行尋峰計(jì)算，得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線(xiàn)的峰位Cp ;若穩(wěn)譜物質(zhì)分別為含鉀、鈾、釷的物質(zhì)時(shí)，特征Y射線(xiàn)能量E。分別為1.46MeV、1.76MeV、2.62MeV ；
[0022]3)將Cp參數(shù)存儲(chǔ)在電子學(xué)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中；
[0023]開(kāi)機(jī)穩(wěn)譜模式執(zhí)行完畢后，多道伽瑪能譜儀進(jìn)入就緒狀態(tài)，并進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)譜模式，執(zhí)行以下動(dòng)作:
[0024]I)采集能譜，采集時(shí)間為設(shè)定的時(shí)間t。；
[0025]II)然后讀取存儲(chǔ)在電子學(xué)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中的Cp參數(shù)，在Cp左右各η道，即Cp_n至Cp+n范圍內(nèi)進(jìn)行尋峰計(jì)算，得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線(xiàn)的新的峰位C/ ；
[0026]III)令(；=(:/，將Cp參數(shù)存儲(chǔ)在電子學(xué)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，替換上次得到的穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線(xiàn)(能量為E。)的峰位Cp;
[0027]IV )重復(fù)步驟I)、II)、III)的動(dòng)作，直至進(jìn)入測(cè)量模式；
[0028]上述的η為尋峰窗寬參數(shù),其取值范圍為5-20 ；
[0029]若處于自動(dòng)穩(wěn)譜模式中的多道伽瑪能譜儀接收到操作按鍵的命令，則進(jìn)入測(cè)量模式，并執(zhí)行以下動(dòng)作:
[0030]a)采集能譜，采集時(shí)間為設(shè)定的測(cè)量時(shí)間tm ；
[0031]b)能譜采集完成后，然后讀取存儲(chǔ)在電子學(xué)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中的Cp參數(shù)，在Cp左右各η道，即Cp-n至Cp+n范圍內(nèi)進(jìn)行尋峰計(jì)算，得到穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線(xiàn)的新的峰位C/ ；
[0032]C)$Cp=C/，將Cp參數(shù)存儲(chǔ)在電子學(xué)系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，替換上次得到的穩(wěn)譜物質(zhì)所含天然放射性核素的特征Y射線(xiàn)的峰位Cp;
[0033]d)在存儲(chǔ)器中讀取預(yù)置的道址與對(duì)應(yīng)的Y射線(xiàn)能量的對(duì)應(yīng)關(guān)系EiZf(Ci),得到Cp道對(duì)應(yīng)的能量Ep ；
[0034]e)重新對(duì)能譜儀進(jìn)行能量刻度，道址Ci與Y射線(xiàn)能量Ei的對(duì)應(yīng)關(guān)系變?yōu)镋i=f (Ci)^EpZEc ；
[0035]f)根據(jù)新的道址Ci與Y射線(xiàn)能量Ei的對(duì)應(yīng)關(guān)系Eef(Ci) *Ep/E。，在采集的能譜中分別劃分鉀、鈾、釷三個(gè)能窗，取得三個(gè)能窗的計(jì)數(shù)率；
[0036]g)由三個(gè)能窗的計(jì)數(shù)率，計(jì)算鉀、鈾、釷的含量；
[0037]h)將測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中，并顯示在顯示器上；
[0038]i)退出測(cè)量模式，進(jìn)入自動(dòng)穩(wěn)譜模式。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0040]1、采用一體化設(shè)計(jì)，將探頭和主機(jī)集成到同一外殼內(nèi)，并配有把手，把手上設(shè)有操作按鍵，用戶(hù)可單手?jǐn)y帶與操作儀器。整個(gè)儀器重量輕，攜帶方便，方便使用。
[0041]2、采用BGO晶體代替碘化鈉晶體作為伽瑪探測(cè)元件，匹配靈敏度高的光電倍增管，BGO晶體不潮解，化學(xué)性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度好，不需要防潮密封外包裝。探測(cè)器靈敏度高，體積小，重量輕，穩(wěn)定可靠。
[0042]3、采用非放射源穩(wěn)譜技術(shù)，無(wú)需放射源校正，內(nèi)置穩(wěn)譜物質(zhì)(非放射源)自動(dòng)穩(wěn)譜，穩(wěn)譜速度快，精度高，使用安全方便。
【附圖說(shuō)明】
[0043]圖1為本發(fā)明所述的便攜式多道伽瑪能譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖2為本發(fā)明所述的探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖3為本發(fā)明所述的穩(wěn)譜裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖4為本發(fā)明所述的電子學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]為使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0048]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明所述的如圖1所示，本發(fā)明的便攜式多道伽瑪能譜儀，它包括外殼30,以及設(shè)置在外殼30中的探測(cè)器10和電子學(xué)系統(tǒng)20,外殼30包含一把手,把手上設(shè)有操作按鍵，操作方便。
[0049]如圖2所示，所述探測(cè)器10包括屏蔽外殼11、穩(wěn)譜裝置12、探測(cè)元件13、光導(dǎo)元件14、光電倍增管15和前置放大電路16 ;所述穩(wěn)譜裝置12、探測(cè)元件13、光導(dǎo)元件14、光電倍增管15和前置放大電路16設(shè)置在所述屏蔽外殼11內(nèi)，所述穩(wěn)譜裝置12置于所述探測(cè)元件13前端，所述探測(cè)元件13、光導(dǎo)元件14、光電倍增管15和前置放大電路16設(shè)置依次互相連接，所述前置放大電路16的輸出端與所述電子學(xué)系統(tǒng)20的信號(hào)輸入端連接。
[0050]所述探測(cè)元件13為BGO晶體。相比目前能譜儀中常用的碘化鈉晶體，鍺酸鉍晶體(BGO)具有原子序數(shù)大(有效原子序數(shù)74)，密度高(7.13g ^nT3)，相同尺寸的BGO晶體，其Y射線(xiàn)的全能峰效率是碘化鈉晶體的3倍以上。BGO晶體不潮解，化學(xué)性能穩(wěn)定，機(jī)械強(qiáng)度好，不需要防潮密封外包裝。采用BGO晶體制成的探測(cè)器靈敏度高，體積小，重量輕，穩(wěn)定可
O
[0051]如圖3所示，所述穩(wěn)譜裝置12由殼體120及放置在殼體中的穩(wěn)譜物質(zhì)121組成，所述穩(wěn)譜物質(zhì)121為含天然放射性核素鉀、鈾、釷的物質(zhì)，如碳酸鉀、氯化鉀、氧化釷、硝酸釷等中的一種，壓成餅狀，置于殼體120中。
[0052]如圖4所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述電子學(xué)系統(tǒng)20包括包括放大器21、多道分析器22、控制器23、存儲(chǔ)器24、顯示器25、高壓電源26和低壓電源27。所述放大器21的信號(hào)輸入端與所述探測(cè)器10的信號(hào)輸出端連接，所述探測(cè)器10經(jīng)放大器21的輸出端依次連接多道分析器22和控制器23，所述控制器23與存儲(chǔ)器24和顯示器25連接，所述低壓電源27分別與探測(cè)器10、放大器21、多道分析器22、控制器23、存儲(chǔ)器24、顯示器25、高壓電源26連接供電，所述高壓電源26與所述探測(cè)器10連接供電。所述低壓電源27為14V可反復(fù)充電式的鋰電池?？刂破?4還與把手上的操作按鍵連接，對(duì)操作按鍵的觸發(fā)作出相應(yīng)響應(yīng)。
[0053]本發(fā)明的工作過(guò)程如下:
[0054]首先在特定溫度下，采用多種標(biāo)準(zhǔn)源對(duì)能譜儀進(jìn)行能量刻度，取得道址Ci與Y射線(xiàn)能量Ei的對(duì)應(yīng)關(guān)系E^f(Ci),并將其存儲(chǔ)于電子學(xué)系統(tǒng)中；