第二章第5节航空测量

2.5航空谱仪测量技术2.5.1概况1)国内外发展随着大晶体NaI(Tl)探测器的研制成功，诞生了航空γ射线能谱测量方法

首先载铀矿地质勘探领域发展起来，例如：美、加、芬、法、瑞典以及东欧我国核工业航测遥感中心(703航测队，石家庄)主要进行铀资源航测调查，上世纪90年代末，国土资源部也成立航空物探遥感中心,1999年11月从加拿大

Exploranium公司引进了多道航空γ能谱仪——GR-820后来在核事故应急监测和寻找丢失放射源方面得到开发和应用2)优缺点

优点：快速地测量大范围区域(几百km2)

缺点：成本高。要求高灵敏度的探测器3)常用探测器

大晶体NaI(Tl)。例如：核工业航测遥感中心3块10×10×40cm3(2主1辅)

美国7块NaI(Tl)晶体，(6主1辅)

HPGe

探测器。美国能源部，采用20个ε=60%的HPGe探测器装配与直升机上由于HPGe探测器的结构，故安装于飞机上必须严格防振动两条4″×4″×16″NaI(Tl)方晶体（分辨率分别为7.9%,7.2%）探头工作温度-55℃～+60℃，光电倍增管加了电磁屏蔽。4）天然放射性航测及传统的刻度技术——能窗法①512道谱仪②针对238U系、232Th系和40K开3个能窗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分别为三个能窗的计数率(cpm或cps)；

K、U、Th

分别为土壤中40K、238U和232Th的活度浓度(Bq/kg)；

ai、bi、ci为换算系数∵不存在40K的干扰

∴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当γ2≠γ3时，铀钍才有确定解，比值c=γ2/γ3越大，方程组的解越稳定：K=Fk(Nk–R1Nu–R2NTh)U=FU(Nu–R3

NTh)

Th=FTh(NTh–R4Nu)式中：FK=1/c1，FU=b3/(a2b3-a3b2)，FTh=a2/(a2b3-a3b2)R1=(a1b3-b1a3)/(a2b3-a3b2)，R2=(a2b1-a1b2)/(a2b3-a3b2)R3=b2/b3，R4=a3/a2R1、R2、R3、R4为影响系数，分别表示铀对钾、钍对钾、钍对铀和铀对钍的影响FK、FU、FTh为刻度系数，分别表示经过影响系数校正后，钾、铀、钍道单位计数率所对应的K、U、Th含量③刻度：标准航空放射性体源模型——纯铀、纯钍、纯钾、混合与本底→R，F值在机场上空或海平面上→高度计的刻度(雷达高度计，气压高度计)

在海面上空进行宇宙射线和飞机本底的测定④测量在所测量的区域上空一定高度（100~150m)上按照预定的航线飞行测量，测量的γ谱经过高度修正后，各能窗计数扣除宇宙射线的飞机本底的贡献采用上述所获刻度系数和活度浓度的公式可求得各核素的活度浓度值航空测量时，还应考虑：a)氡的影响——氡本底测量垂直分布和大气湍流——氡浓度不平衡逆温层——氡子体浓集；非逆温——氡浓度呈指数规律缓慢降低

b)谱仪死时间的测定表面分布放射性核素在不同高度的注量率与活度浓度比随光子能量的变化(5)航空γ测量的刻度技术①原则上，γ谱就地测量的刻度技术——Beck公式，可以移植用于航空γ谱(同轴探测器)测量的刻度技术，但φ公式推导中的H≠1m，而是航空γ谱探测器的高度H一般为100～120m。②对于航测，应该注意以下几个问题：

a）就地谱仪探测器一般是轴对称的，对方位角φ的角响应是各向同性的，角响应可简化为一维问题，而航测谱仪，一般是大晶体NaI(Tl).常为多块方柱或扁箱体，HPGe探测器也常排成阵列，加上探测器一般安放于飞机舱内，对γ射线的屏蔽复杂化，所以角响应是二维的。

b）就地谱仪是定位测量，而航测是动态测量。只有对某些假定条件下，如地面平坦、平面均匀分布源，才能简化为定位问题。③航空测量中，可将飞机看成是探测器外多加一层包壳；影响到的因子（N0/φ)、（Nf/N0).

角响应函数F(θ,φ)N(θ)/N0=F(θ)R(ω)

主：γ陆地＋γRn

辅：γRn

HPGe(60%)角响应函数F(φ,θ)的刻度F(φ,θ)——与晶体的大小、形状、屏蔽状况(包括飞机)、源距晶体的距离、γ光子能量等因素有关刻度测量布点：建立及坐标系O(ρ，φ),机头指向0°，机尾指向180°。考虑到飞机屏蔽和探测器排布具有一定的对称性，φ：0°～180°；但θ：0°～90°；源距探测器r＞10Φ，尽可能远

231俯视（主探测器）辅主(6)寻找丢失源的航空测量方法①寻源，重要的是灵敏度，对分辨率的要求不高（强源）NaI(Tl)②丢失的强放射源，通常是单核素源：工业用：60Co，137Cs，192Ir能窗法③IAEA323号技术报告介绍了寻找丢失源强源的航空测量方法。

a）根据丢失源的性质，在NaI(Tl)谱仪上设置相应的能窗。

b）设计一组飞行高度h(m)和飞行间距2D(m):Nf～D

能窗计数率2DhA——丢源的活度，Bq;B——γ射线发射率（分支比）S——晶体横截面面积，m2

考虑必要的屏蔽因素（如放射源已被藏匿），引入一定的保守因子，以确定出适当的飞行高度h和飞行线距离D。Nf=F(D,h)Nf’≥Nf④应用：a）1968年，一个330mCi60Co源在美国盐湖城和看萨斯城之间丢失（间距1900km)。飞机沿货车（运源）的线路，在公路上方90～300m高度飞行，顺利探明了源丢失在密苏里洲若塞夫附近。

b）为寻找带有2个470mCi57Co源的一空军试验导弹，导弹着陆点离怀特沙漠导弹发射场有许多公里，地面查找无结果，使用了一台NaI(Tl)探测器组，不到两天，航测便探明了着陆点（能带中心122keV)。

C)核工业航测遥感中心与原子能院联合在原子能院地区上空进行航空核应急试飞，发现在该厂区东北方向放射性异常，指导地面追查，查找到丢弃的152Eu放射源(玻璃氖管)1个。（7）其他应用①剂量本底调查