CN109738937A - 一种铀矿放射性测量仪器核查体源、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铀矿放射性测量铀矿放射性测量仪器的核查体源，包括外壁、内壁、顶盖和底盖，外壁、内壁、顶盖和底盖共同构成密封的填充部，核查体源为中空的环状柱结构，在填充部中填充有铀矿粉、水泥和石英砂，一方面得到的核查体源提供了接近地下矿物层的近似4π的γ辐射环境，另一方面得到的核查体源结构坚固，耐用。本发明提供的核查体源能够将标准值带到野外现场对铀矿勘探仪器进行核查和检测，使用方便；体积小，方便携带。本发明提供的核查体源还提供等效铀含量与填充部壁厚的关系，适用于多种等效铀含量的核查体源，尽可能满足了横向和纵向上的饱和度，准确性高，使用本发明提供的核查体源校准的铀矿放射性测量仪器灵敏度系数与实验室校准结果偏差在5％以内。

Description

一种铀矿放射性测量仪器核查体源、其制备方法及应用

技术领域

本发明属于铀矿勘查领域，具体涉及一种铀矿放射性测量仪器的核查体源、其制备方法及应用。

背景技术

我国铀资源勘查领域放射性测量仪器野外核查，采用的是固体镭源。固体镭源在使用过程中，固定元件可能松动导致内部源管发生位移，影响测量准确度；固体镭源是采用纯镭盐粉末焊封在源管中制成，尤其是我国目前主要使用的苏制镭源，镭盐焊封在玻璃管中，且大多是上世纪60年代生产，经过50多年的使用，由于镭的高能γ射线的轰击和衰变产生的氡及氦气的累积造成的高压，源管破损导致镭盐粉末散落的几率大大增加，可能造成氡气泄漏和镭盐外泄污染环境并危及使用人员的安全，其隐患不容忽视。

利用固体镭源核查仪器时，被探测器吸收并反映的γ射线仅来自于射线张角α以内，且随镭源与测井仪距离的增加α越来越小，通常α小于5度，探测射线角度远小于2π，与实际检定情况和实际测量情况不符，如图1所示；且由于碘化钠晶体具有晶轴，使得探测器在探测小于4π角度的射线强度时会因角响应的不同，而影响最终结果。计算铀矿储量的仪器均由γ测井模型标准装置检定，γ测井模型标准装置是一款模拟无限大饱和地层的实物标准，铀矿放射性测量仪器在标准上检定时，探测的是来自4π空间的γ射线，与在实际钻孔中测量的情况一致，因此使得铀矿放射性测量仪器的测量结果不会受角响应的影响。随着人们环保和安全防护意识的增强，由于固体镭源中的²²⁶Ra核素为剧毒物质，且半衰期较长而难以处理，在大多放射源使用领域采用了人工放射性源替代了镭源，国际上也建议废除镭的使用。我国也积极响应，对大量在役镭源做了退役处置。但自核工业系统开展铀矿勘查工作以来，我国核工业系统的放射性勘查仪器如γ测井仪、岩心编录仪、定向γ辐射仪等仪器，均采用镭源进行期间核查，镭源的退役使得铀矿勘查领域的仪器无法进行期间核查，这给铀矿勘查工作的继续开展带来了困难。

发明内容

为了解决以上的技术问题，本发明提供一种能够代替固体镭源，提供接近真实地矿条件的铀矿放射性测量仪器的核查体源。

本发明的目的是提供一种铀矿放射性测量仪器的核查体源。

本发明的另一目的是提供一种铀矿放射性测量仪器的核查体源的制备方法。

本发明的再一目的是提供利用上述的核查体源来检测铀矿放射性测量仪器灵敏度的方法。

根据本发明的目的，本发明提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源，包括外壁、内壁、顶盖和底盖，所述内壁和外壁的横截面为同心圆，所述外壁、内壁、顶盖和底盖形成密封的填充部，所述填充部中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述铀矿粉的质量百分比与填充部的厚度的关系为：

y＝k×0.0083x^-0.846，

其中k为正整数，

x为填充部的厚度，单位为mm；

y为等效0.01k％铀含量时需要的铀矿粉的质量百分比，单位为％。

优选地，10≤x≤50，1≤k≤100。

本发明提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源，内壁和外壁之间形成的填充部中填充适当比例的铀矿粉混凝土，模拟地层含矿层，用来产生γ辐射场，通过不同铀含量配比来产生不同量值，并产生相当于γ测井模型标准装置的标准场值，即等效铀含量。本发明提供铀矿粉与填充部的厚度关系，本发明模拟铀矿的现实情况，优选填充部的厚度为10～50mm，在此厚度期间，当等效铀矿粉含量为0.01％时，k值为1；等效铀矿粉的含量与k值之间成正比，当等效铀矿粉含量为0.05％时，k值为5；当等效铀矿粉含量为0.1％时，k值为10；当等效铀矿粉含量为0.5％时，k值为50；当等效铀矿粉含量为1％时，k值为100。本发明提供的核查体源通过在填充部填充等效铀含量的铀矿粉、石英砂和水泥的混合物，形成与标称含量一致的无限大地层的γ射线场，形成近似4π角度的γ射线场，所述无限大地层的γ射线场在纵向和垂向上均达到饱和。4π角度是指能够辐射720度的空间角度。

优选地，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1。

优选地，所述内壁的横截面的直径为4～9cm。本发明所述的内壁的横截面直径为除去材料厚度的直径，即内壁之间的最大距离。

优选地，所述外壁的横截面的直径为7.2～20.2cm。本发明所述的外壁的直径为外壁加上材料厚度的直径，即外壁之间的最大距离。

优选地，所述核查体源的长度为20～100cm。

优选地，所述内壁的横截面的直径为5cm，填充部的厚度为5cm，所述外壁的横截面的直径为16.6cm，所述核查体源的长度为60cm。本发明提供的核查体源的最优的尺寸为上述参数下的尺寸，在上述的核查体源在模拟了最接近4π角度的γ射线场，最接近真实的地矿情况，射线强度等效于大型饱和体源标准。在使用的过程中，将铀矿放射性测量仪器放置在内壁形成的中空空腔中，中空空腔形成了模拟钻孔，经过校准之后，铀矿放射性测量仪器用于检测计算铀矿储量。

优选地，所述外壁、顶盖和底盖的材料为铝镁合金、不锈钢、锌合金、铅合金或PMMA；所述内壁的材料为铝镁合金、不锈钢、PMMA或PVC。

本发明提供一种上述铀矿放射性测量仪器的核查体源的制备方法，包括以下步骤：

(1)将外壁、内壁和底盖进行密封拼接，形成一端开口的填充部；

(2)称取铀矿粉、水泥和石英砂，充分混合，得到混合物，然后加入水，混合搅拌均匀，得到混合物浆料，将混合物浆料导入到填充部中，振捣压实，静置36-48h，然后将顶盖进行密封拼接，得到所述核查体源。

优选地，所述混合物与水的重量比为4.5:0.4。

本发明提供一种铀矿放射性测量仪器的核查方法，包括以下步骤：将铀矿放射性测量仪器放入到上述的核查体源中，统计铀矿放射性测量仪器产生的不同的响应计数，利用最小二乘法拟合响应计数和空气比释动能率标准值，得到铀矿放射性测量仪器的灵敏度。

本发明的有益效果为：

本发明提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源，包括了外壁、内壁、顶盖和底盖，外壁、内壁、顶盖和底盖共同构成了密封的填充部，整个核查体源为中空的环状柱结构，在填充部中填充有铀矿粉、水泥和石英砂，一方面得到的核查体源提供了接近地下矿物层的近似4π的γ辐射环境，另一方面得到的核查体源结构坚固，耐用，本发明提供的核查体源能够将标准值带到野外现场使用，对铀矿勘探仪器进行核查和检测，使用方便；体积小，方便携带。本发明提供的核查体源还提供了等效铀含量与填充部壁厚的关系，适用于多种等效铀含量的核查体源，尽可能满足了横向和纵向上的饱和度，准确性高，使用本发明提供的核查体源校准的铀矿放射性测量仪器灵敏度系数与实验室校准结果偏差在5％以内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是γ测井仪利用镭源期间核查示意图；

图2是本发明实施例1～26提供的核查体源装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1～26提供的核查体源装置的横截面结构示意图；

图4是本发明实施例1～26提供的核查体源装置的使用状态示意图；

图5是饱和体源情况下的γ测井仪注量率谱；

图6是核查体源长度与注量率曲线关系；

图7是模拟中心孔直径6cm、矿厚度2cm、长度100cm模型的中心点与30cm处的注量谱；

图8是2cm厚度矿层不同位置处能注量的相对比值；

图9是矿层厚度、包裹外壳与计数率的关系；

图10是铀矿粉的质量百分比与填充部的厚度的关系的数学模型图。

图中1、外壁；2、内壁；3、顶盖；4、底盖；5、填充部；6、模拟钻孔；7、γ测井仪；8、γ射线。。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

如图2～4所示，铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4，所述内壁2和外壁1的横截面为同心圆，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4形成密封的填充部5，所述填充部5中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁2的横截面的直径为4cm，所述外壁1的横截面的直径为7.2cm，核查体源的长度为20cm，外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4的材料均为铝镁合金，外壁1、顶盖3和底盖4的材料的厚度为0.5cm，内壁2的材料的厚度为0.1cm，填充部5的厚度为1cm。

实施例2

如图2～4所示，铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4，所述内壁2和外壁1的横截面为同心圆，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4形成密封的填充部5，所述填充部5中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁2的横截面的直径为9cm，所述外壁1的横截面的直径为14.2cm，核查体源的长度为100cm，外壁1、顶盖3和底盖4的材料均为锌合金，内壁2的材料为不锈钢，外壁1、顶盖3和底盖4的材料的厚度为0.5cm，内壁2的材料的厚度为0.1cm，填充部5的厚度为2cm。

实施例3

如图2～4所示，铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4，所述内壁2和外壁1的横截面为同心圆，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4形成密封的填充部5，所述填充部5中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁2的横截面的直径为5cm，所述外壁1的横截面的直径为12.2cm，核查体源的长度为60cm，外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4的材料均PMMA，外壁1、顶盖3和底盖4的材料的厚度为0.5cm，内壁2的材料的厚度为0.1cm，填充部5的厚度为3cm。

实施例4

如图2～4所示，铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4，所述内壁2和外壁1的横截面为同心圆，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4形成密封的填充部5，所述填充部5中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁2的横截面的直径为5cm，所述外壁1的横截面的直径14.2cm，核查体源的长度为60cm，外壁1、顶盖3和底盖4的材料均为铝镁合金，内壁2的材料为PMMA，外壁1、顶盖3和底盖4的材料的厚度为0.5cm，内壁2材料的厚度为0.1cm，填充部5的厚度为4cm。

实施例5

如图2～4所示，铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4，所述内壁2和外壁1的横截面为同心圆，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4形成密封的填充部5，所述填充部5中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁2的横截面的直径为5cm，所述外壁1的横截面的直径16.2cm，核查体源的长度为60cm，外壁1、顶盖3和底盖4的材料均为铝镁合金，内壁2的材料为PMMA，外壁1、顶盖3和底盖4的材料的厚度为0.5cm，内壁2材料的厚度为0.1cm，填充部5的厚度为5cm。

实施例6、11、16、21与实施例1的结构相同，不同的是铀矿粉占填充物总重量的百分比；实施例7、12、17、22与实施例2的结构相同，不同的是铀矿粉占填充物总重量的百分比；实施例8、13、18、23与实施例3的结构相同，不同的是铀矿粉占填充物总重量的百分比；实施例9、14、19、24与实施例4的结构相同，不同的是铀矿粉占填充物总重量的百分比；实施例10、15、20、25与实施例5的结构相同，不同的是铀矿粉占填充物总重量的百分比。

实施例26

铀矿放射性测量仪器的核查体源，所述核查体源包括外壁、内壁、顶盖和底盖，所述内壁和外壁的横截面为同心圆，所述外壁、内壁、顶盖和底盖形成密封的填充部，所述填充部中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1，所述内壁的横截面的直径为9cm，所述外壁的横截面的直径20.2cm，核查体源的长度为60cm，外壁、顶盖和底盖的材料均为铝镁合金，内壁的材料为铝镁合金，外壁、顶盖和底盖的材料的厚度为0.5cm，内壁材料的厚度为0.1cm，填充部的厚度为5cm。

实施例1～26中铀矿粉的含量见表1，实施例1～5中铀矿粉的含量为等效0.01％铀含量；实施例6～10的铀矿粉的含量为等效0.05％铀含量；实施例11～15的铀矿粉的含量为等效0.1％铀含量；实施例16～20的铀矿粉的含量为等效0.5％铀含量；实施例21～26的铀矿粉的含量为等效1％铀含量。

表1实施例1～26铀矿粉的含量

实施例27

实施例1～26的核查体源的制备方法均相同，包括以下步骤：

(1)将外壁、内壁和底盖进行密封拼接，形成一端开口的填充部；

(2)称取铀矿粉、水泥和石英砂，充分混合，得到混合物，然后加入水，混合搅拌均匀，得到混合物浆料，将混合物浆料导入到填充部中，振捣压实，静置36-48h，然后将顶盖进行密封拼接，得到所述核查体源。

实施例28

铀矿放射性测量仪器的核查方法，包括以下步骤：

将铀矿放射性测量仪器放入到实施例1～26任一所述的核查体源中，统计铀矿放射性测量仪器产生的不同的响应计数，利用最小二乘法拟合响应计数和空气比释动能率标准值，得到要求的灵敏度。

利用本发明提供的核查体源进行校准的铀矿放射性测量仪器灵敏度系数与实验室校准结果偏差在5％以内。

试验例

1.为了计算不饱和条件下核查体源的最佳几何尺寸，首先模拟饱和体源情况下γ测井仪的各参数和响应情况，进而获得了饱和体源情况下的γ测井仪注量率谱，如图5。

模拟参数如下：

(1)饱和模型参数：

直径120cm、高度120cm圆柱体、无任何外壁、密度2.0g/cm³、物质成分采用γ测井模型标准装置中铀模型物质成分的平均值。

(2)探测器采用FD-3019基本参数：

23×40mm探测器、探管外径40mm，壁厚4mm，外壁材料为不锈钢。

从图5中可以得出饱和体源情况下γ测井仪含量换算系数为267(0.01％eU·s)^-1(>400KeV)，在(262±12)(0.01％eU·s)^-1范围之内，符合EJ/T611-2005γ测井规范中对γ测井仪灵敏度系数变化不大于3％的要求，说明建立的模型可以用于下一步的模拟计算。

2.由于测井核查体源的饱和长度是在不饱和情况下计算的，因此根据以往的体源制作经验，计算厚度为2cm的测井核查体源随长度变化时的性能变化，获得了测井核查体源长度与注量率曲线关系，如图6。

从图6可以看出，距中心点0cm～30cm处，注量率几乎没有变化，当距中心点大于30cm时，注量率开始下降明显，当距离60cm时，相对注量率下降至1以下，接近0，因此可认为薄矿层模型的饱和长度为120cm，此结果与γ测井模型标准的饱和长度一致。

图7是模拟中心孔直径6cm、矿厚度2cm、长度100cm模型的中心点与30cm处的注量谱，由图可见，距中心点30cm处注量率谱与中心点处谱完全重合，仅在各别峰值处略低于中心点处峰值。

同时得到了距中心点不同位置处能注量相对于中心点处注量的变化曲线，如图8。由图可见，随着距中心点距离的增加，各点的能注量与中心点处能注量偏差越来越大，但20cm处点和30cm处点与中心点偏差几乎一致。

因此结合以上各模拟结果，并考虑到测井核查体源的便携性，及距中心点30cm处的注量率情况，最终确定测井核查体源的最佳长度为60cm。

3.综合考虑壳体屏蔽性、强度、重量、密封性、可加工性等性质，确定利用不锈钢和铝镁合金来作为测井核查体源的壳体材质，并进行MC模拟，结果如图9。从图9的结果可见相同厚度不同材质对计数率的影响，铝镁合金对γ射线的屏蔽性较弱，且两者差异随矿层厚度的增加而增加。结合不锈钢、铝镁合金等材料的密度、可加工性和强度，最终确定测井核查体源的壳体采用铝镁合金。

4.模拟计算得到模型矿层不同厚度情况下(FD3019探测器模型)计数率变化(>400keV)，模拟条件为密度2.26g/cm³、内外壳1mm不锈钢、孔直径50mm、铀含量0.01％。

在矿层厚度10mm～50mm的不饱和范围内，计数率随矿层厚度的增加而呈近似线性增加。进而得出在不饱和情况下测井核查体源实际需要的铀矿粉品位，如表2所示。

表2不同矿层等效0.01％饱和铀模型含量需要的含量

5.根据表2中得到的不同矿层等效0.01％饱和铀模型含量需要的含量建立数学模型，得到矿层厚度与等效饱和铀模型含量需要的含量的数学关系。如图10所示。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述核查体源包括外壁、内壁、顶盖和底盖，所述内壁和外壁的横截面为同心圆，所述外壁、内壁、顶盖和底盖形成密封的填充部，所述填充部中填充有铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，所述铀矿粉的质量百分比与填充部的厚度的关系为：

y＝k×0.0083x^-0.846，

其中k为正整数，

x为填充部的厚度，单位为mm；

y为等效0.01k％铀含量时需要的铀矿粉的质量百分比，单位为％。

2.根据权利要求1所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，10≤x≤50，1≤k≤100。

3.根据权利要求1所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述石英砂与铀矿粉的重量之和与水泥的重量比为3.5:1。

4.根据权利要求1所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述内壁的横截面的直径为4～9cm。

5.根据权利要求4所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述外壁的横截面的直径为7.2～20.2cm。

6.根据权利要求5所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述核查体源的长度为20～100cm。

7.根据权利要求6所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述内壁的横截面的直径为5cm，填充部的厚度为5cm，所述外壁的横截面的直径为16.6cm，所述核查体源的长度为60cm。

8.根据权利要求1所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源，其特征在于，所述外壁、顶盖和底盖的材料为铝镁合金、不锈钢、锌合金、铅合金或PMMA；所述内壁的材料为铝镁合金、不锈钢、PMMA或PVC。

9.权利要求1～8任一所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将外壁、内壁和底盖进行密封拼接，形成一端开口的填充部；

(2)称取铀矿粉、水泥和石英砂，充分混合，得到混合物，然后加入水，混合搅拌均匀，得到混合物浆料，将混合物浆料导入到填充部中，振捣压实，静置36-48h，然后将顶盖进行密封拼接，得到所述核查体源。

10.一种铀矿放射性测量仪器的核查方法，其特征在于，包括以下步骤：

将铀矿放射性测量仪器放入到权利要求1～8任一所述的核查体源中，统计铀矿放射性测量仪器产生的不同的响应计数，利用最小二乘法拟合响应计数和空气比释动能率标准值，得到铀矿放射性测量仪器的灵敏度。