Способ градуировки и поверки геофизических авто- и аэрогаммарадиометров Советский патент 1993 года по МПК G01V5/02 G01V13/00 

Изобретение относится к ядерной гео- - изике, в частности к технологии градуи- оовки и поверки авто- и ззрогамма-радиометров и спектрометров, применяемых для определения массовых золей естественных радиоактивных элементов (МДЕРЭ).

Известен способ градуировки аэрогам- :ла-спектрометров, используемый в ряде зарубежных стран (США, Канада, Финляндия, Таиланд и др.) и основанный на применении комплекта специальных объемных образцов массовых долей (МД) ЕРЭ, изготовленных на бетонной основе. Размеры таких образцов в плане колеблются от 7,5 до 10 м, толщина (мощность) радиоактий- чого бетонного слоя - 40-50 см, масса - 100-150 т. Недостатками этого способа градуировки являются высокая стоимость (де- оятки тысяч долларов), значительная сложность изготовления и аттестации, связанная с необходимостью отбора и химических анализов многих тысяч проб. Кроме того, при измерении большими детекторами на высоте 1 м и более образцы выбран- ных геометрических размеров не обеспечивают насыщения по гамма-излучению в плане. Для обеспечения указанного насыщения размеры образцов в поперечнике необходимо увеличить до 30-40 м (отношение высоты съемки к радиусу образца не менее 15). Поэтому в СССР указанный способ градуировки не применяется.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ градуировки и по- верки геофизических авто- и аэрогамма-радиометров (спектрометров с применением насыщенных по гамма-излучению стандартных образцов с известными массовыми до- лями естественных радиоактивных элементов). Способ предусматривает применение комплекта малых стандартных образцов чистого калия, урана и чистого тория (с неустановленными МД ЕРЭ) массой по 5-50 кг и одного (или нескольких) протяженных природных полигонов с установленными МД калия, урана и тория. Размеры природных полигонов для самолетного варианта выбираются в пределах 1000x300 м, а для вертолетного варианта - 50 х 50 м. Подготовка природных полигонов заключается в отборе проб, их анализе на калий, уран и торий и подсчете средних значений МД ЕРЭ и их флюктуации. В этом способе- прототипе вначале с помощью комплекта r- элых образцов определяют лишь безразмерные отношения спектральных чувстви- гельностей прибора в выбранных энергетических интервалах к урану и торию , я окончательные градуировочные коэффициенты определяют в процессе измерений на природных полигонах Определение поправок на высоту полета проводят на основании облета участка по его центральному

профилю. Недостатками способа-прототипа являются недостаточная точность определения градуировочных параметров, вызванная тем, что в результате неравномерной обнаженности, колебаний, влажно0 сти и эманирования участка во времени и пространстве затруднено определение аттестуемых значений МД ЕРЭ; высокая трудоемкость, и стоимость подготовки и аттестации природных полигонов; значи5 тельные непроизводительные затраты из-за подлетов на большие расстояния (сотни километров) от пунктов основного базирования до природных полигоном, снижение производительности работ.

0 Цель изобретения - снижение стоимости, повышение точности, производительности и оперативности градуировки и поверки.

Сущность предложения состоит в следу5 ющем: взлетно-посадочные полосы (ВПП) аэродромов представляют собой ровную, горизонтальную, покрытую однородными по составу бетонными плитами поверхность. Ширина участка составл ет 40 м, дли0 на - 1500 м. Наполнителем бетона является щебень горных пород (гранит) с повышенными МД ЕРЭ. Бетонные плиты укладываются на подушку из той же горной породы толщиной не менее 45-50 см. Уровень грун5 товых вод находится ниже подошвы подушки, а покрытие из бетонных плит является надежной защитой от проникновения поверхностных вод. Технологией строительства ВПП предусмотрено тщательное

0 перемешивание бетона и гравийно-щебени- стого наполнителя, что обеспечивает равномерность распределения МД ЕРЭ (коэффициент вариации содержаний не превышает 20-30%), что удовлетворяет требо5 ваниям создания СО состава, Таким образом, в процессе строительства ВПП автоматически обеспечивается необходимое для градуировки и поверки спек-фометриче- ской аппаратуры равномерное распределе0 ние МД ЕРЭ в пределах участка на уровнях до % урана, до 30-10 4 % тория и до 7% калия. Более того, поле гамма-излучения непосредственно над поверхностью ВПП (высота градуируемого детектора авто- или

5 аэрогамма-спектрометра составляет около 1 м) характеризуется равномерностью и устойчивостью почти на два порядка выше равномерности поля содержания ЕРЭ, что с большим запасом гарантирует соблюдение основных требований к стандарт ним образцам свойств и состава ЕРЭ при использовании ВПП. Аттестацию ВПП в качестве стандартных образцов МД ЕРЭ выполняют методом передачи размера единиц МД ЕРЭ от Государственных стандартных образцов (ГСО) с помощью высокоточной гамма-спектрометрии с применением образцового прибора или компаратора по типовой методике.

Для практического осуществления предлагаемого способа проводят следующие операции:

1. По принятой в аэрогамма-спектрометрии методике путем измерений скоростей счета гамма-квантов от малых стандартных образцов урана и тория в выбранных трех энергетических интервалах определяют отношения чувствительностей градуируемого авто- или аэрогамма-радиометра:

/ - N2v Ь2. NSV Ьз . 02 Niv ЬГ од Niv bi

/fe

N2Th С2. а N3Th Сз

w. д -

With СГ NiTh C7

Здесь bi, b2 и Ьз - чувствительности спектрометра к урану (скорости счета гамма-квантов на единицу МД урана) соответственно в первом, втором и третьем энергетических интервалах: Ct. C2 и Сз - то же к торию: «2, оз.ДгиД} -безразмерные отношения соответствующих чувствительностей, численно равные отношениям соответствующих скоростей счета гамма-квантов от локальных источников-образцов.

2.На выбранных участках ВПП образцовым гамма-спектрометром, например РКП- 305. путем съемки по сети 5x5 м проводят передачу размера единиц МД ЕРЭ от Государственных стандартных образцов (ГСО). Измерения проводят методом высокоточной гамма-спектрометрии. В результате обработки полученных данных определяют средние по участку МД калия, урана и тория. В пределах аэродрома Ржевка такие работы нами были выполнены на трех участках. Результаты передачи МД ЕРЭ приведены е- табл. 1.

3.Подлежащий градуировке авто- (или аэрогамма) спектрометр помещают последовательно в центр каждого из трех участков ВПП, проводят многократные измерения скоростей счета гамма-квантов в выбранных интервалах энергий и вычисляют средние их значения. Результаты градуировки автомобильного спектрометра приведены в табл.2.

5 Ю1520

25

30

35

40

45

50

55

,625. (3)

4. С учетом данных определения отношения чувствительностей по п.1 раздельно по каждому из трех участков вычисляют их абсолютные значения, для чего:

а)Записывают развернутые выражения скоростей счета гамма-квантов во втором и третьем энергетических интервалах спектрометра, полученные при измерениях на первом участке ВПП, в форме:

N2i Vib2+ThiC2; N3i Vib3+ThiC3.

Для нашего конкретного примера (см. таблицы 1 и 2) это соответствует: о 62. 02+5 С2.- 8, Ьз+ 5 Сз. . (2)

Необходимо заметить, что в выражениях (2) отсутствуют члены, учитывающие вклад гамма-излучения калия, так как по определению а2-аз-0.

б)В ы ражения (2) дополня ют получен н ы- ми по пункту 2 отношениями чувствительностей:

«2-0,75,03 -0.05/ 2-1,0, /Ь-1,6, из которых очевидны выражения:

D2 - fl-Lrfe & /

Ьз оз 10 Гз

в)Совместное решение (2) и (3), представляющих собой устойчивую систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными, позволяет однозначно определить чувствительности:

,5. Ьз-0,1, ,5, ,8.

г)Записывают развернутое выражение скорости счета гамма-квантов в первом интервале энергий, полученной на участке 1:

.Nn Kiai+Vibi+ThiCiMH 135,0- - 15ai+ 40bi+5Ci.

из которого с учетом данных отношений по п.1 однозначно определяют недостающие чувствительности:

.0. bi-2,0, ,5,

Принципиально на этой операции градуировка прибора может быть закончена, ибо определены все девять (с учетом двух нулевых чувствительностей) спектральных коэффициентов, необходимых и достаточных для последующих вычислений МД урана, тория и калия. Для повышения достоверности градуировки перечисленные операции дублируются минимум на трех природных полигонах. Поэтому аналогичным описанному в подпунктах а - г образом вычисляют значения чувствительностей по данным измерений на втором, а затем на третьем участках ВПП, после чего средние значения чувствительностей используют для вычисления определителя D0: ai Ы Ci

82 Ь2 С2

аз Ьз Сз

Оои рабочих расчетных выражений для урана,тория и калия:

Nixbi Ci

1 IE

N2x Ь2С2 N3x Ьз Сз

Vx

Th

Для нашего примера получены следующие числовые выражения

o

2.0

О

О

2,0 1,5 0,1

0,5 0.5 0.8

2.3

,5Nix - 0,6739N2x + 0,1087№х

,6957N2x - 0,4348N3x

Thx-1,3043N3x 0,0870N2x.

1. Для определения поправочных коэффициентов за рабочую высоту пдлета применяют общепринятую методику пролета то центральному маршруту участка ВПП (зависание над центром участка в случае вертолетной съемки) на разных высотах ц вычисления отношений полученных МД ка- лия, урана м тория при аттестации участка по п.2 настоящей заявки с фактически измеренными МД на данной высоте полета.

В табл. 3 приведены сравнительные данные измерений концентраций калия, урана и тория по спецконтрольному маршруту автомобильным гамма-спектрометром РСА-007 Ns 03, градуированным по общепринятой методике с использованием природного полигона (графа 3-5), градуированного по заявляемой методике с Использованием участков ВПП аэродрома

Ржевка (графа 6-8). Здесь же даны результаты химических определений ЕРЭ в отобранных пробах (графы 9-11). свидетельствующие о преимуществах градуировки предлагаемым способом.

Таким образом, предлагаемый способ градуировки и поверки авто- и аэрогамма- спектрометрической аппаратуры вместо природного полигона использует участки

ВПП, решает поставленную задачу более точно, более оперативно и экономично. В нашей стране ежегодно работают десятки аэро-и автомобильных геофизических отрядов, применяющих затратную методику

градуировки и поверки гамма-спектрометрической аппаратуры на удаленных природных полигонах. В случае принятия и внедрения предлагаемого способа градуировки с применением ВПП гарантируется

получение значительного экономического эффекта. По расчетам авторов, подготовка и аттестация только одного природного полигона требует только 150 тыс. рублей затрат. Эти затраты складываются из предварительных наземных и воздушных гамма-измерений, из отбора и анализа проб и обработки результатов измерений, из необходимости периодического контроля всей активной площадки. В то же время, затраты

на аттестацию четырех участков ВПП с существенно различными значениями массовых долей ЕРЭ не превысят трех тысяч рублей. При необходимости иметь на территории СССР 10-12 полигонов минимальный

экономический эффект от внедрения предложенного приема градуировки на основе использования ВПП составит 1,5 млн. рублей.

(56) Lovborg L The calibration of portable and curborne gamma-ray spectrometers Theory, problems facilities Res report M., 2456, 1984, p. 207.

Техническая инструкция по аэрогаммаспектрометрической съэмке. М.: Мингео, 1977.

Таблица t

Изобретение относится к ядерной геофизике и может быть использовано при метрологическом обеспечении аппаратуры для авто- и аэрограмма съемки Цель изобретения - снижение стоимости, повышение точности, производства и оперативности градуировки и поверки. При метрологической поверке авто- и аэрогамма-радиометров и электрометров проводят полигонные измерения на участках штатных взлетно-посадочных полос аэродромов, предварительно аттестованных методом передачи размеров единиц массовых долей естественных радиоактивных элементов от государственных стандартных образцов состава 3 табл.

Формул а изобретения

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ АВТО- И АЭРОГАММА- РАДИОМЕТРОВ и спектрометров, включающий проведение измерений на комплек- Ю те малых стандартных образцов, а также проведение полигонных измерений на насыщенных по гамма-излучению средах с последующим определением градуировоч- ных коэффициентов, отличающийся тем,

Таблице 2

Таблица 3

что, с целью снижения стоимости, повышения точности, производительности и оперативности, полигонные измерения проводят на участках штатных взлетно-посадочных полос аэродромов, причем последние предварительно аттестуют, методом передачи размеров единиц массовых долей естественных радиоактивных элементов от государственных стандартных образцов состава.