CN110427705B - 航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，涉及标准器设计领域，主标准器包括单元素模型，单元素模型包括第一组成物、第二组成物、水泥和水，设计方法包括：获取第一组成物包含的单元素的质量百分含量、水泥中包含的单元素的质量百分含量、第二组成物包含的单元素的质量百分含量、单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和单元素模型的质量；根据预设的算法确定第一组成物和第二组成物的质量，进而确定第一组成物与第二组成物的配比；对配比进行记录。本申请中的设计方法，能够根据实际的需求，准确地计算出重要组成物的配比，从而为后续研究和设计提供指导，方便后续主标准器模型设计。
Description
技术领域
本发明涉及标准器设计领域，尤其是涉及一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法。
背景技术
航空放射性测量主标准器模型是航空放射性测量的计量标准，是铀矿资源勘查、放射性辐射环境调查、核应急监测等航空放射性元素能谱测量，以及工作计量统一、量值准确性测试过程中不可或缺的基础装置。
现有的航空放射性测量主标准器模型建于1986年，受到当时科技发展的限制，主标准器模型的单个模型面积占地面积127.3m2，重达140t，固定放置于石家庄大郭村机场，是现有的航空放射性测量唯一的国防和国家计量标准设备。同时，由于建造时间久远，当时主标准器模型的设计方法和内容已经残缺不全，其中各组成物的配比无法知晓，限制了放射性测量领域的发展。
每次开展航空γ能谱仪校准工作时，必须将飞机和待校准的仪器调往该机场进行校准。由于我国国土辽阔，且如果每次开展校准工作都需要将待校准的仪器运输至该机场进行校准，则造成整个校准过程成本高、工作周期长，限制了航空放射性测量的用户数量，制约了工作效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，以解决现有技术中存在的主标准器体积和重量较重，以及主标准器单元素模型中组成物的配比不清楚的问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，所述主标准器包括单元素模型，所述单元素模型包括第一组成物、第二组成物、水泥和水，所述设计方法包括：
获取第一组成物包含的单元素的质量百分含量、水泥中包含的单元素的质量百分含量、第二组成物包含的单元素的质量百分含量、单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量、水泥的质量、所述水泥对应的水灰比和单元素模型的质量；
根据预设的算法确定所述第一组成物和第二组成物的质量，进而确定所述第一组成物与所述第二组成物的配比；
对所述配比进行记录。
优选地，所述预设的算法包括：
其中，
Wx—第一组成物的质量；
Wy—第二组成物的质量；
Wc—水泥的质量；
Cx.z—第一组成物包含的单元素的质量百分含量，
Cy.z—第二组成物包含的单元素的质量百分含量；
Cc.z—水泥中包含的单元素的质量百分含量；
Wm—单元素模型的质量；
KwWc—单元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.z—单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量。
优选地，设计方法还包括：
根据所述单元素模型的尺寸和密度，确定所述单元素模型的质量；
根据所述单元素模型的质量和密度，确定所述水泥的质量；
和/或，
根据所述单元素模型的强度要求，确定所述水泥的型号；
根据所述水泥的型号，确定所述水泥对应的水灰比。
优选地，所述单元素模型包括钾元素模型，所述钾元素模型包括钾盐矿、钾长石、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量、水泥中包含的钾元素的质量百分含量、钾长石包含的钾元素的质量百分含量、钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钾元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wps—钾盐矿的质量；
Wpf—钾长石的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钾元素模型的质量；
Cpf.k—钾长石包含的钾元素的质量百分含量；
Cps.k—钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量；
Cc.k—水泥中包含的钾元素的质量百分含量；
KwWc—钾元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.k—钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量。
优选地，所述钾元素模型的密度为1.8g/cm3至1.9g/cm3；和/或，
所述钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量为20％至30％。
优选地，所述单元素模型包括铀元素模型，所述铀元素模型包括铀矿粉、石英砂、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量、水泥中包含的铀元素的质量百分含量、石英砂包含的铀元素的质量百分含量、铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和铀元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wuo—铀矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—铀元素模型的质量；
Cuo.u—铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量；
Cqs.u—石英砂包含的铀元素的质量百分含量；
Cc.u—水泥中包含的铀元素的质量百分含量；
KwWc—铀元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.u—铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量。
优选地，所述铀元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3；和/或，
所述铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。
优选地，所述单元素模型包括钍元素模型，所述钍元素模型包括钍矿粉、石英砂、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量、水泥中包含的钍元素的质量百分含量、石英砂包含的钍元素的质量百分含量、钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钍元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wto—钍矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钍元素模型的质量；
Cto.t—钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量；
Cqs.t—石英砂包含的钍元素的质量百分含量；
Cc.t—水泥中包含的钍元素的质量百分含量；
KwWc—钍元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.t—钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量。
优选地，所述钍元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3；和/或，
所述钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。
优选地，所述水泥包括钾元素质量含量小于1.0％，铀元素质量含量小于5.0×10-6，钍元素质量含量小于10.0×10-6的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
本发明的有益效果为：本申请中的设计方法，能够根据实际的需求，准确地计算出重要组成物的配比，对该配比进行记录，从而为后续研究和设计提供指导，方便后续主标准器模型设计。
同时，使用本申请中的设计方法设计的主标准器单元素模型，在保证放射性元素的放射量不变的情况下，能够根据实际情况对模型的大小和重量进行调整，从而增强了主标准器模型的机动性和灵活性，提升了航空γ能谱仪校准工作的工作效率。
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是本发明提供的航空放射性测量主标准器模型的设计方法流程图。
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。
本发明提供了一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，在保证主标准器模型中放射性元素含量符合标准的基础上，能够有效减小主标准器模型的尺寸和大小，从而提升了主标准器模型的机动性和灵活性。同时，采用本申请中的设计方法，能够清楚、准确地确定主标准器模型中的重要组成物的配比，从而为后续主标准器模型的优化、研究和设计提供有效指导。
本申请中的主标准器包括单元素模型，单元素模型包括第一组成物、第二组成物、水泥和水。如图1所示，设计方法包括：
首先，在获知单元素模型的应用需求的前提下，根据单元素模型的尺寸和密度，确定单元素模型的质量。
由于单元素模型的重要组成部分是水泥，接着，根据单元素模型的质量和密度，确定水泥的质量。在这个确定过程中，确定的是水泥占单元素模型的质量百分比，再根据上述步骤确定的单元素模型的质量和水泥占单元素模型的质量百分比确定水泥的质量。
由于单元素模型需要具有一定的强度，以满足国家对主标准器模型的强度要求，接着，根据单元素模型的强度要求，确定水泥的型号，再根据水泥的型号确定该型号水泥对应的水灰比。在该步骤中，主标准器的强度和水泥的型号，以及水泥型号对应的水灰比要满足《GB 50010-2010混凝土结构设计规范》、《GBT 50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、《GBT 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准》和《GBT 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中记载的内容。在具体实施过程中，预先将上述各标准中记载的内容存储至计算机中，计算机获取到主标准器的强度值时，就能够自动确定水泥的型号，而后确定该型号水泥对应的水灰比。由于本申请中的设计方法是用于对主标准器的单元素模型进行制备，水泥优选采用放射性本底低的水泥，其中，放射性本底低是指水泥中的钾元素质量含量小于1.0％，铀元素质量含量小于5.0×10-6，钍元素质量含量小于10.0×10-6的水泥，更加优选地，采用硅酸盐水泥(P.I、P.II)或普通硅酸盐水泥(P.O)。
进一步地，设计方法还包括：
获取第一组成物包含的单元素的质量百分含量、水泥中包含的单元素的质量百分含量、第二组成物包含的单元素的质量百分含量、单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和单元素模型的质量；
根据预设的算法确定第一组成物和第二组成物的质量，进而确定第一组成物与第二组成物的配比，对配比进行记录。
由于单元素模型中包含的放射性元素主要存在于第一组成物和第二组成物中，当单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量不变的前提下，无论模型的质量、大小，以及水泥的质量和型号的怎样变化，都无需再对第一组成物和第二组成物的配比进行计算，提升了单元素模型的设计效率。
计算机获取上述各个参数时，可以通过临时输入的方式或者读取已经存储于其中的数据的方式获得。其中，第一组成物包含的单元素的质量百分含量、水泥中包含的单元素的质量百分含量、第二组成物包含的单元素的质量百分含量可以通过检测方式获得后，存储至计算机中。单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量、单元素模型的质量是根据需求确定的，并存储至计算机中。水泥的质量、水泥对应的水灰比通过上述提及的计算方法计算确定。
进一步地，计算机在获取了上述各个参数后，通过预设的算法进行计算时，预设的算法包括：
其中，
Wx—第一组成物的质量；
Wy—第二组成物的质量；
Wc—水泥的质量；
Cx.z—第一组成物包含的单元素的质量百分含量，
Cy.z—第二组成物包含的单元素的质量百分含量；
Cc.z—水泥中包含的单元素的质量百分含量；
Wm—单元素模型的质量；
KwWc—单元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.z—单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量。
KwWc是单元素模型中结合水和结晶水的质量，该参数由工艺试验确定后存储至计算机中；当然，还可以根据经验值获得，将经验值存储至计算机中，以供计算机进行计算使用。
在一个具体的实施例中，单元素模型包括钾元素模型，钾元素模型包括钾盐矿、钾长石、水泥和水。在计算钾元素模型时采用的设计方法包括：
获取钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量、水泥中包含的钾元素的质量百分含量、钾长石包含的钾元素的质量百分含量、钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钾元素模型的质量。
当计算的对象是钾元素模型时，预设的算法为：
其中，
Wps—钾盐矿的质量；
Wpf—钾长石的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钾元素模型的质量；
Cpf.k—钾长石包含的钾元素的质量百分含量；
Cps.k—钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量；
Cc.k—水泥中包含的钾元素的质量百分含量；
KwWc—钾元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.k—钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量。
钾元素模型的密度为1.8g/cm3至1.9g/cm3，钾元素模型的质量为59kg至61kg，钾元素模型的质量要根据钾元素模型的密度和体积决定，钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量为20％至30％。上述参数范围可以预先存储在计算机中，当录入至计算机中的钾元素模型的密度、钾元素模型的质量和钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量超过上述范围值时，计算机可以显示错误提示信息，避免因录入数据错误造成配比计算错误，进而影响主标准器模型的设计结果。
在另一个具体的实施例中，单元素模型包括铀元素模型，铀元素模型包括铀矿粉、石英砂、水泥和水，在计算铀元素模型时采用的设计方法包括：
获取铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量、水泥中包含的铀元素的质量百分含量、石英砂包含的铀元素的质量百分含量、铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和铀元素模型的质量。
当计算的对象是铀元素模型时，预设的算法为：
其中，
Wuo—铀矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—铀元素模型的质量；
Cuo.u—铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量；
Cqs.u—石英砂包含的铀元素的质量百分含量；
Cc.u—水泥中包含的铀元素的质量百分含量；
KwWc—铀元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.u—铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量。
铀元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3，铀元素模型的质量为66kg至69kg，铀元素模型的质量由铀元素模型的密度和体积决定。铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。该部分数据的处理方式，与上述钾元素模型设计方法中的处理方式相同，在此不再赘述。
在另一个优选的实施例中，单元素模型包括钍元素模型，钍元素模型包括钍矿粉、石英砂、水泥和水，在计算钍元素模型时采用的设计方法包括：
获取钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量、水泥中包含的钍元素的质量百分含量、石英砂包含的钍元素的质量百分含量、钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钍元素模型的质量。
预设的算法为：
其中，
Wto—钍矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钍元素模型的质量；
Cto.t—钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量；
Cqs.t—石英砂包含的钍元素的质量百分含量；
Cc.t—水泥中包含的钍元素的质量百分含量；
KwWc—钍元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.t—钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量。
钍元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3，钍元素模型的质量为66kg至69kg，钍元素模型的质量由钍元素模型的密度和体积决定。钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。该部分数据的处理方式，与上述钾元素模型设计方法中的处理方式相同，在此不再赘述。
采用本申请中的设计方法设计制备的主标准器单元素模型，可用于放射性、伴生放射性物探勘查、辐射环境调查、核应急监测、科学研究、教学试验、核辐射测量系统开发等领域，应用范围广，可实施性强。
采用本申请中的设计方法设计制备的主标准器单元素模型，可以根据实际的需求进行设计制备，从而可以再一定程度上限制单元素模型的尺寸和质量，获得方便移动的主标准器单元素模型。由于通过本申请中的设计方法获得的主标准器单元素模型的尺寸更小，重量更轻，因此，可根据待校准仪器所在的场地，使用卡车机动灵活地进行运输和摆放，极大程度的节省了航空放射性测量工作的仪器校准成本，提升了校准工作效率。
通过本申请中的设计方法能够确定重要组成物的配比，当以后还需要对主标准器单元素模型进行设计制备时，在符合一定条件的情况下，可以直接采用该配比，减少了设计步骤，提高了设计效率。
以上，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权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，所述主标准器包括单元素模型，其特征在于，所述单元素模型包括第一组成物、第二组成物、水泥和水，所述设计方法包括：
获取第一组成物包含的单元素的质量百分含量、水泥中包含的单元素的质量百分含量、第二组成物包含的单元素的质量百分含量、单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量、水泥的质量、所述水泥对应的水灰比和单元素模型的质量；
根据预设的算法确定所述第一组成物和第二组成物的质量，进而确定所述第一组成物与所述第二组成物的配比；
对所述配比进行记录；
根据所述单元素模型的尺寸和密度，确定所述单元素模型的质量；
根据所述单元素模型的质量和密度，确定所述水泥的质量；
和/或，
根据所述单元素模型的强度要求，确定所述水泥的型号；
根据所述水泥的型号，确定所述水泥对应的水灰比；
其中，所述预设的算法包括：
其中，
Wx—第一组成物的质量；
Wy—第二组成物的质量；
Wc—水泥的质量；
Cx.z—第一组成物包含的单元素的质量百分含量，
Cy.z—第二组成物包含的单元素的质量百分含量；
Cc.z—水泥中包含的单元素的质量百分含量；
Wm—单元素模型的质量；
KwWc—单元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.z—单元素模型包含的单元素的目标质量百分含量；
所述单元素为钾、铀或钍；
当所述单元素为钾时，对应的第一组成物为钾盐矿，第二组成物为钾长石；当所述单元素为铀时，对应的第一组成物为铀矿粉，第二组成物为石英砂；当所述单元素为钍时，对应的第一组成物为钍矿粉，第二组成物为石英砂。
2.根据权利要求1所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，所述单元素模型包括钾元素模型，所述钾元素模型包括钾盐矿、钾长石、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量、水泥中包含的钾元素的质量百分含量、钾长石包含的钾元素的质量百分含量、钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钾元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wps—钾盐矿的质量；
Wpf—钾长石的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钾元素模型的质量；
Cpf.k—钾长石包含的钾元素的质量百分含量；
Cps.k—钾盐矿包含的钾元素的质量百分含量；
Cc.k—水泥中包含的钾元素的质量百分含量；
KwWc—钾元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.k—钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量。
3.根据权利要求2所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，
所述钾元素模型的密度为1.8g/cm3至1.9g/cm3；和/或，
所述钾元素模型包含的钾元素的目标质量百分含量为20％至30％。
4.根据权利要求1所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，所述单元素模型包括铀元素模型，所述铀元素模型包括铀矿粉、石英砂、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量、水泥中包含的铀元素的质量百分含量、石英砂包含的铀元素的质量百分含量、铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和铀元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wuo—铀矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—铀元素模型的质量；
Cuo.u—铀矿粉包含的铀元素的质量百分含量；
Cqs.u—石英砂包含的铀元素的质量百分含量；
Cc.u—水泥中包含的铀元素的质量百分含量；
KwWc—铀元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.u—铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量。
5.根据权利要求4所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，
所述铀元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3；和/或，
所述铀元素模型包含的铀元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。
6.根据权利要求1所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，所述单元素模型包括钍元素模型，所述钍元素模型包括钍矿粉、石英砂、水泥和水，
所述设计方法包括：
获取钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量、水泥中包含的钍元素的质量百分含量、石英砂包含的钍元素的质量百分含量、钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量、水泥的质量、水泥对应的水灰比和钍元素模型的质量；
预设的算法为：
其中，
Wto—钍矿粉的质量；
Wqs—石英砂的质量；
Wc—水泥的质量；
Wm—钍元素模型的质量；
Cto.t—钍矿粉包含的钍元素的质量百分含量；
Cqs.t—石英砂包含的钍元素的质量百分含量；
Cc.t—水泥中包含的钍元素的质量百分含量；
KwWc—钍元素模型中结合水和结晶水的质量；
Cm.t—钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量。
7.根据权利要求6所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，
所述钍元素模型的密度为2.0g/cm3至2.2g/cm3；和/或，
所述钍元素模型包含的钍元素的目标质量百分含量为0.1％至1％。
8.根据权利要求1至7任一项所述的航空放射性测量主标准器单元素模型的设计方法，其特征在于，所述水泥包括钾元素质量含量小于1.0％，铀元素质量含量小于5.0×10-6，钍元素质量含量小于10.0×10-6的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
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