CN109557120A - 伽马能谱与主动式x荧光联合同时测铀钍镭钾的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其步骤：γ射线探测器的自动刻度实现谱漂校准、地层γ射线探测与分析、同位素伽马源主动式激发地层元素X荧光信息与分析、伽马与X荧光能谱的联合解析；通过X荧光信息得到的地层多元素含量与γ射线探测器的能谱特征峰对比，二次判断地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素含量。本发明的优点在于：采用同位素嵌入，自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题。解决低能区γ射线的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题。主动式X荧光实现地层中从Si到U等元素同时进行定性与地层参数解析。伽马能谱与主动式X荧光联合提高解析准确度，实现铀、钍、镭、钾等多核素同时测量。
Description
技术领域
本发明属于核测井领域，涉及核技术，尤其是一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法。
背景技术
核电的主要燃料铀，作为国家重大战略物资，影响和制约着我国核电等能源战略发展。我国的核能发电计划使得对铀的需求量急剧增加，为了解决核燃料问题，我国已经在全球范围内寻觅原料，但是为了避免国外市场震荡带来的风险，必须加强我国铀矿资源勘查与勘探开发的力度，以满足我国迅速发展的核能事业对铀资源的需求。
目前，我国铀矿勘探一般采用的总量γ测井技术，需要通过大量的岩矿取样和化学分析来修正总量γ测井中铀含量定量解释结果，即修正铀镭平衡、氡射气、钍钾干扰等因素，存在解释效率低、误差大等缺点。γ能谱测井比总量γ测井在性能上先进，但其也受到干扰因素较多，如地层散射到时低能区累积效应，探测器漏计数；谱漂严重；铀、钍、镭、钾等放射性核素相互干扰等难题，严重影响测量精度。
因而，现如今急需一种快速、准确的铀、钍、镭、钾同时解析的测井方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法。
本发明的技术方案为：一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，该方法采用伽马能谱与主动式X荧光技术联合测量，克服谱漂、累计效应等难题，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量，该方法包括以下步骤：
步骤一、γ射线探测器的自动刻度实现谱漂校准
根据同位素伽马源释放的伽马射线与伽马探测器反应后形成伽马能谱，在第n道的特征峰的能量为E(i)，则E(i)＝a*n，a为刻度系数，i表示元素种类，实际现场测量时，在第n2道出现了能量为E(i)2的伽马射线特征峰。通过下列过程进行谱漂校准：
若E(i)2＝a*n2＝E(i)，则没有发生谱漂，不需校准；
若E(i)2＝a*n2>E(i)，则发生谱漂，校准公式
若E(i)2＝a*n2<E(i)，则发生谱漂，校准公式
其中，a为刻度系数，i表示元素种类，E(i)和E(i)2分别为实验室和实际现场测量的特征峰能量，n和n2分别为实验室和实际现场测量时的特征峰的道址位置。利用自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题；
步骤二、地层γ射线探测与分析
采用γ射线探测器对能量范围0.5MeV-4MeV的地层γ射线进行采集与信号成形形成能谱，解决低能区γ射线(能量<0.5MeV)的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素，当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层有放射性核素，降速至10cm/s测量；当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层无放射性核素，提速至50cm/s测量。
步骤三、同位素伽马源主动式激发地层元素X荧光信息与分析
采用同位素源主动式激发地层的元素信息，地层多元素被同位素源激发后产生的X荧光信息穿过铍窗后，1keV-1MeV的X荧光被X荧光探测器采集与信号成形形成能谱，铀元素的特征峰为98.42keV、钍元素的特征峰为93.33keV、镭元素的特征峰为88.48keV，钾元素的特征峰为3.31keV，通过特征X荧光峰值信息进行地层多元素定性、定量与地层参数的分析，其中元素i的含量C(i)可以用公式求出：
C(i)＝Ni*A
式中Ni为元素i的特征峰的强度，A为刻度因子。
步骤四、伽马与X荧光能谱的联合解析。
通过X荧光信息得到的地层多元素含量与γ射线探测器的能谱特征峰对比，二次判断地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素含量，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量，克服传统单一伽马能谱统计性差、各元素特征伽马峰信息不明显、传统能窗谱分析方法准确性差等难题。
伽马探测器包括常用的碘化钠、锗酸铋、溴化镧等探测器。
伽马探测器探测范围0.5MeV-4MeV，解决低能区γ射线(能量<0.5MeV)的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题。
同位素伽马源为137Cs，活度不低于300微居，伽马探测器根据137Cs的特征峰0.667MeV信息进行自动稳谱，克服谱漂问题。
采用同位素源主动式激发X荧光，同位素伽马源为137Cs。
X荧光探测器可以为碲化镉探测器、碲锌镉探测器、低能碘化钠等探测器，探测范围为1keV到1MeV。
铍窗厚度为0.1-1mm。
主动式X荧光能够对地层中从Si到U等元素同时进行定性与定量分析。
主动式X荧光能够对地层中密度等参数进行分析。
本发明的优点在于：采用同位素嵌入，自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题。解决低能区γ射线(能量<0.5MeV)的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题。主动式X荧光实现地层中从Si到U等元素同时进行定性与地层参数解析。伽马能谱与主动式X荧光联合提高解析准确度，实现铀、钍、镭、钾等多核素同时测量。
附图说明
图1为本发明工作原理图。
其中：
1-伽马探测器；2-同位素放射源；3-X荧光探测器；4-铍窗；5-地层。
具体实施方式
一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一、γ射线探测器的自动刻度实现谱漂校准
本实施例中，探测器选用圣戈班的锗酸铋(BGO)探测器，利用137Cs同位素伽马源释放的0.667MeV伽马射线，固定道址为200道，探测器反应后的能谱进行自动谱漂校准。
在第300道的特征峰的能量为E(i)＝0.667MeV，则E(i)＝a*n，a为刻度系数为0.00126，实际现场测量时特征峰的道址为n2，则第n2道的表示的能量为E(i)2＝a*n2，利用下列过程进行自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题
若E(i)2＝a*n2＝E(i)，则没有发生谱漂，不需校准；
若E(i)2＝a*n2>E(i)，则发生谱漂，校准公式
若E(i)2＝a*n2<E(i)，则发生谱漂，校准公式
步骤二、地层γ射线探测与分析
本实施例中，BGO探测器对能量范围0.5MeV-4MeV的地层γ射线进行采集与信号成形形成能谱，解决低能区γ射线(能量<0.5MeV)的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素，当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层有放射性核素，降速至10cm/s测量；当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层无放射性核素，提速至50cm/s测量。；
步骤三、同位素伽马源主动式激发地层元素X荧光信息与分析
本实施例中，采用300微居137Cs同位素源主动式激发地层的元素信息，地层多元素被同位素源激发后产生的X荧光信息穿过铍窗后，1keV-1MeV的X荧光被碲化镉X荧光探测器采集与信号成形形成能谱，铀元素的特征峰为98.42keV、钍元素的特征峰为93.33keV、镭元素的特征峰为88.48keV，钾元素的特征峰为3.31keV，通过公式
C(i)＝Ni*A
式中Ni为元素i的特征峰的强度，A为刻度因子，求得铀、钍、镭、钾含量。
步骤四、伽马与X荧光能谱的联合解析
本实施例中，通过碲锌镉得到的X荧光能谱和BGO探测器得到的γ能谱特征峰对比，二次判断地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素含量，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量，克服传统单一伽马能谱统计性差、各元素特征伽马峰信息不明显、传统能窗谱分析方法准确性差等难题。
以上所述，仅是本发明的叫价实施例，并非对本发明作任何限制，根据本发明技术实质可以有各种更改和变化。凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同提花、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其步骤：
步骤一、γ射线探测器的自动刻度实现谱漂校准
根据同位素伽马源释放的伽马射线与伽马探测器反应后形成伽马能谱，在第n道的特征峰的能量为E(i)，则E(i)＝a*n，a为刻度系数，i表示元素种类，实际现场测量时，在第n2道出现了能量为E(i)2的伽马射线特征峰。通过下列过程进行谱漂校准：
若E(i)2＝a*n2＝E(i)，则没有发生谱漂，不需校准；
若E(i)2＝a*n2>E(i)，则发生谱漂，校准公式
若E(i)2＝a*n2<E(i)，则发生谱漂，校准公式
其中，a为刻度系数，i表示元素种类，E(i)和E(i)2分别为实验室和实际现场测量的特征峰能量，n和n2分别为实验室和实际现场测量时的特征峰的道址位置。利用自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题；
步骤二、地层γ射线探测与分析
采用γ射线探测器对能量范围0.5MeV-4MeV的地层γ射线进行采集与信号成形形成能谱，解决能量<0.5MeV的低能区γ射线累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素，当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层有放射性核素，降速至10cm/s测量；当γ射线探测器计数率大于30nps时，认为该地层无放射性核素，提速至50cm/s测量；
步骤三、同位素伽马源主动式激发地层元素X荧光信息与分析
采用同位素源主动式激发地层的元素信息，地层多元素被同位素源激发后产生的X荧光信息穿过铍窗后，1keV-1MeV的X荧光被X荧光探测器采集与信号成形形成能谱，铀元素的特征峰为98.42keV、钍元素的特征峰为93.33keV、镭元素的特征峰为88.48keV，钾元素的特征峰为3.31keV，通过特征X荧光峰值信息进行地层多元素定性、定量与地层参数的分析，其中元素i的含量C(i)可以用公式求出：
C(i)＝Ni*A
式中Ni为元素i的特征峰的强度，A为刻度因子；
步骤四、伽马与X荧光能谱的联合解析；
通过X荧光信息得到的地层多元素含量与γ射线探测器的能谱特征峰对比，二次判断地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素含量。
2.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：伽马探测器包括常用的碘化钠、锗酸铋、溴化镧探测器。
3.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：伽马探测器探测范围0.5MeV-4MeV。
4.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：同位素伽马源为137Cs，活度不低于300微居，伽马探测器根据137Cs的特征峰0.667MeV信息进行自动稳谱。
5.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：采用同位素源主动式激发X荧光，激发源选用的是同位素源137Cs。
6.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：X荧光探测器采用碲化镉探测器、碲锌镉探测器、低能碘化钠探测器，探测范围为1keV到1MeV。
7.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的方法，其特征在于：铍窗厚度为0.1-1mm。
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