CN112034533A - 无上测晶体大气氡修正参数求取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无上测晶体大气氡修正参数求取方法，包括各高度数据低能铀窗数据的提取，动态带水上标定数据低能铀窗数据的提取，低能铀窗飞机本底、宇宙射线散射系数的求取，大气氡修正参数C1计算；动态带标定数据纯陆地核素全谱数据的提取；动态带标定数据纯陆地核素全谱各道数据高度衰减系数的求取；模型数据各核素单位谱的求取；各核素不同高度单位谱的求取；无上测晶体大气氡修正参数C2、C3的计算。本发明主要应用于无上测晶体航空地球物理勘查，寻找金属矿、油气和放射性矿产的矿产勘查，也可应用于无上测晶体核应急航空监测、核反恐、航空物探、环境监测等任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种航空放射性测量技术，具体地说是一种无上测晶体大气氡修正参数求取方法。
背景技术
航空物探是一种集多种新技术为一体的航空地球物理勘探技术，具有高效、快速、经济等特点。主要的航空物探方法包括航空磁测、航空放射性测量、航空重力测量和航空电磁法测量等方法。我国的航空工作起始于20世纪50年代初，开始主要是航空磁测和航空放射性测量，用于寻找磁性矿床、放射性矿床和油气田等矿产资源，之后逐渐扩展应用于地质填图、大地构造研究、放射性环境测量和核事故应急监测等领域。
大气氡修正在航空放射性数据修正中占有非常重要的地位，大气氡修正的成败基本决定了航空放射性数据修正的成败，在有上测晶体测量中，一般使用上测晶体法进行修正，但无人机航空放射性测量的仪器采用了无上测晶体的设备，有学者发展了低能铀窗能谱比法来进行大气氡的修正，其原理如下：
随大气厚度(测量高度)增加，陆地组分低能窗计数比高能窗计数衰减的速度快，即低能窗计数与高能窗计数比值是高度变化的函数，以陆地铀组分谱为例，其谱形随高度变化如图2所示，其它陆地组分射线随高度变化情况类似。
由于大气氡悬浮于空气中，且分布于探测器周围，即氡组分γ放射源与探测器距离是固定的，低能与高能γ粒子计数的比值为一常数，但是陆地各核素组分γ放射源与探测器距离是变化的，低能与高能γ粒子计数的比值是随距离(航测高度)变化的。
如果K、U、Th分别代表在常规的钾窗、铀窗和钍窗的计数。L为经过飞机本底和宇宙射线修正后低能窗(0.609MeV)的计数。Lk为陆地钾组分对低能峰的贡献，Lu为陆地铀组分对低能峰的贡献，Lth为陆地钍组分对低能峰的贡献，Lr为大气氡对低能峰的贡献。U为经过飞机本底和宇宙射线修正后的常规铀窗计数。Uu为陆地铀组分在常规铀窗中的计数，Ur为常规铀窗中大气氡的计数。K为经过飞机和宇宙射线修正后的钾窗计数，Kk为陆地钾组分在钾窗中的计数，Th为经过飞机和宇宙射线修正后的钍窗计数。α表示钍窗对常规铀窗的剥离系数；β表示钍窗对钾窗剥离系数；γu表示陆地U组分常规铀窗对钾窗剥离系数，γr表示大气氡组分常规铀窗对钾窗剥离系数。
可得：
Lr＝C1Ur (1)
Lu＝C2(h)Uu (2)
Lth＝C3(h)Th (3)
Lk＝C4(h)Kk (4)
L＝Lr+Lk+Lu+Lth (5)
U＝Ur+Uu+αTh (6)
K＝Kk+γuUu+γrUr+βTh (7)
通过1～7式可解出大气氡对常规铀窗的贡献：
在水面上测量时，计数经过飞机本底和宇宙射线修正后，只剩下大气氡的贡献，同时，下式成立：
Tcr＝C5Ur (9)
故，C1、C5由水面上的数据可解得。
C4一般很小，可以忽略不计，故1～7式可化为
但是无上测晶体大气氡修正参数(C2、C3)如何标定一直没有完美的解决办法，因此，无上测晶体大气氡修正就成了难以逾越的困难。
发明内容
本发明的目的就是提供一种无上测晶体大气氡修正参数(C2、C3)求取方法，以解决现在无上测晶体大气氡修正参数无法准确标定的问题。
本发明是这样实现的：一种无上测晶体大气氡修正参数求取方法，包括以下步骤：
a.在测试带区域内3000m及以上高度飞行多个不同高度，采集测试带区域内不同高度的放射性谱数据。
b.在测试带区域内宽广水面上空和陆地上空分别飞行多个不同高度，飞行高度小于300m，采集不同高度的放射性谱数据。
c.在航空放射性测量模型上，使用飞行器的航空放射性测量设备采集放射性谱数据。
d.利用步骤a采集的不同高度放射性谱数据求取低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数。
e.根据步骤b采集的水面上空的放射性谱数据提取低能铀窗数据，利用步骤d求得的低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数进行飞机本底与宇宙射线修正。
f.用上一步修正后的低能铀窗数据除以经过飞机本底和宇宙射线修正后的铀窗数据得到大气氡修正参数C1。
g.利用步骤b采集的放射性谱数据求取各飞行高度纯陆地核素谱数据。
h.根据上一步得到的各飞行高度纯陆地核素谱数据求取纯陆地核素谱数据的各道高度衰减系数。
i.利用步骤c采集的放射性谱数据求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱。
j.利用步骤h的结果和步骤i的结果求取各核素不同高度单位谱。
k.利用铀核素不同高度单位谱求取低能铀窗与铀窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C2，利用钍核素不同高度单位谱求取低能铀窗与钍窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C3。
步骤a中，在空气清净时，在真高3000m以上，飞行5个或大于5个不同的高度，高度间隔为300m，每个高度飞行不少于10分钟。
在步骤b中，在空气对流条件较好时，在宽广水面及陆地上空，飞行低于300mde八个高度，每个高度不少于8分钟。
在步骤c中，将装载航空放射性测量设备的飞机推到本底模型上利用铯源(137Cs)和钍源(208Tl)测试每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位；然后按本底、钾、钍、铀、混合模型的顺序测试一次，再按混合、铀、钍、钾、本底模型的顺序反向测试一次。要求连续完成且放射性测量设备探测器的中心应位于模型正上方，每个模型每次测试时间为5min；最后在本底模型上再次对每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位进行检查。
在步骤g中，利用步骤b采集的放射性谱数据，求取各高度陆地核素谱数据均值以及各高度水面核素谱数据均值，各高度陆地核素谱数据减去对应高度核素谱数据均值均值即为各高度的纯陆地核素谱数据。
在步骤h中，求取纯陆地核素谱数据各道高度衰减系数μ；μ值用下式求得：
h1、h2——标准大气压、标准温度下的飞行高度，m；
Rh1——实际飞行高度h1时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
Rh2——实际飞行高度h2时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
在步骤i中，利用下式求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱：
A＝MX-1
X为模型含量矩阵，
下标含义：下标第一个字母表示模型，第二个字母表示核素；
M为计数率矩阵，
下标含义：下标字母表示模型，数字表示道数；
A为单位谱矩阵，
下标含义：下标字母表示核素，数字表示道数。
在步骤j中，利用下式求取各核素不同高度单位谱：
Rh＝R1·eμ(h-1)
h——标准大气压、标准温度下的高度，m；
Rh——高度h时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
R1——高度1m时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
本发明为一种无上测晶体大气氡修正参数求取方法，分别求取大气氡修正参数C1以及C2、C3，解决了无上测晶体大气氡修正的难题。本发明主要应用于无上测晶体航空地球物理勘查，寻找金属矿、油气和放射性矿产的矿产勘查，也可应用于无上测晶体核应急航空监测、核反恐、航空物探、环境监测等任务。
附图说明
图1是本发明的流程图。
图2是陆地铀组分谱谱形随高度变化图。
图3为本发明方法计算的不同高度修正参数C2。
图4为本发明方法计算的不同高度修正参数C3。
图5为测试带区域大气氡修正前铀窗计数率图。
图6为测试带区域利用本方法求取的大气氡修正系数进行大气氡修正后铀窗计数率图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括以下步骤：
a.在测试带区域内3000m及以上高度飞行多个不同高度，采集测试带区域内不同高度的放射性谱数据。
b.在测试带区域内宽广水面上空和陆地上空分别飞行多个不同高度，飞行高度小于300m，采集不同高度的放射性谱数据。
c.在航空放射性测量模型上，使用飞行器的航空放射性测量设备采集放射性谱数据。
d.利用步骤a采集的不同高度放射性谱数据求取低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数。
e.根据步骤b采集的水面上空的放射性谱数据提取低能铀窗数据，利用步骤d求得的低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数进行飞机本底与宇宙射线修正。
f.用上一步修正后的低能铀窗数据除以经过飞机本底和宇宙射线修正后的铀窗数据得到大气氡修正参数C1。
g.利用步骤b采集的放射性谱数据求取各飞行高度纯陆地核素谱数据。
h.根据上一步得到的各飞行高度纯陆地核素谱数据求取纯陆地核素谱数据的各道高度衰减系数。
i.利用步骤c采集的放射性谱数据求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱。
j.利用步骤h的结果和步骤i的结果求取各核素不同高度单位谱。
k.利用铀核素不同高度单位谱求取低能铀窗与铀窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C2，利用钍核素不同高度单位谱求取低能铀窗与钍窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C3。
具体的，步骤a：选择空气清净时，在测试带区域内真高3000m以上，使用具有航空放射性测量设备的飞行器飞行5个或大于5个不同的高度，飞行中同一高度保持平稳，高度变化不超过60m，采集测试带区域内不同高度的放射性谱数据。飞行的高度间隔为300m，间隔300m是为了接受到不同数量的宇宙射线，以利于后面影响系数的求解；每个高度不少于10分钟，以得到足够的计数以保证精度，利用这5个不同高度的平均低能铀窗数据，求取低能铀窗飞机本底和宇宙射线的低能铀窗影响系数(求取方法可参考EJ/T1032-2005航空伽玛能谱测量规范中的附录D)。
步骤b：在空气对流条件较好时，在宽广水面及陆地上空，飞行不同的高度，采集不同高度的放射性谱数据。一般选取60m、90m、120m、150m、180m、210m、240m、300m八个高度，八个高度是为了保证能测到大气氡的计数，由于大气的运动状态不同，有可能低的高度层或高的高度层没有大气氡的计数，每个高度不少于8分钟，以保证得到足够的计数以保证精度。每个高度飞行4次，先由低到高同一高度飞行两次，接着由高到低同一高度再飞两次。每个高度上水、陆飞行时间均不小于1min。
其中，宽广水面及陆地指符合EJ/T1032-2005航空伽玛能谱测量规范规定的动态校准带。
步骤c：在仪器工作正常的情况下，将装载航空放射性测量设备的飞机推到本底模型(即航空放射性测量模型)上利用铯源(137Cs)和钍源(208Tl)测试每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位；然后按本底、钾、钍、铀、混合模型的顺序测试一次，再按混合、铀、钍、钾、本底模型的顺序反向测试一次。要求连续完成且放射性测量设备探测器的中心应位于模型正上方，每个模型每次测试时间为5min；最后在本底模型上再次对每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位进行检查。记录整个过程的测量数据。
步骤d：对步骤a采集的放射性谱数据求取各高度谱数据均值，对谱数据均值进行db6小波2阶低通滤波，然后提取低能铀窗数据，然后求取低能铀窗飞机本底与宇宙射线修正系数(求取方法参考EJ/T1032-2005航空伽玛能谱测量规范中的附录D)。
步骤e：对步骤b采集的水面放射性谱数据求取均值，对谱数据均值进行db6小波2阶低通滤波，然后提取低能铀窗数据，然后进行飞机本底与宇宙射线修正(修正方法参考EJ/T1032-2005航空伽玛能谱测量规范中的附录D)。
步骤f：然后用飞机本底与宇宙射线修正后的低能铀窗数据除于飞机本底与宇宙射线修正后铀窗数据得到大气氡修正参数C1，C1是指纯大气放射性组分产生的低能铀窗计数与铀窗计数的比值。
步骤g：利用步骤b在水面上采集的放射性谱数据，求取各高度陆地核素谱数据均值以及各高度水面核素谱数据均值，对各高度谱数据均值进行db6小波2阶低通滤波，各高度陆地核素谱数据减去对应高度核素谱数据均值均值即为各高度的纯陆地核素谱数据。
步骤h：求取纯陆地核素谱数据各道高度衰减系数μ；μ值用下式求得：
h1、h2——标准大气压、标准温度下的飞行高度，m；
Rh1——实际飞行高度h1时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
Rh2——实际飞行高度h2时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
步骤i：利用下式求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱：
A＝MX-1
X为模型含量矩阵，
下标含义：下标第一个字母表示模型，第二个字母表示核素，比如：Xkk代表钾模型上钾核素的含量，Xku代表钾模型上铀核素的含量；
M为计数率矩阵，
下标含义：下标字母表示模型，数字表示道数；比如：mk1代表钾模型上第1道计数率，mk256代表钾模型上第256道计数率。
A为单位谱矩阵，
下标含义：下标字母表示核素，数字表示道数。比如：a1k代表单位钾核素第1道计数率，aiu代表单位铀核素第i道计数率。
步骤j：利用下式求取各核素不同高度单位谱：
Rh＝R1·eμ(h-1)
h——标准大气压、标准温度下的高度，m；
Rh——高度h时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
R1——高度1m时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
步骤k：利用步骤j所得结果，求取不同高度大气氡修正参数C2、C3(方法：利用铀核素不同高度单位谱求取低能铀窗与铀窗数据之比即为不同高度C2，利用钍核素不同高度单位谱求取低能铀窗与钍窗数据之比即为不同高度C3)。C2是指在不同高度测到的地面纯铀核素产生的低能铀窗计数与铀窗计数的比值，C3是指在不同高度测到的地面纯钍核素产生的低能铀窗计数与钍窗计数的比值。
如图3、图4所示，分别为本发明方法计算的不同高度修正参数C2以及C3。
为了验证大气氡修正参数C1、C2、C3的正确性，在完成求取参数后，利用此参数进行了大气氡修正，图5为大气氡修正前铀窗计数率图，图6为大气氡修正后铀窗计数率图；图5中大气氡影响严重，图6大气氡影响基本消除。
Claims (8)
1.一种无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.在测试带区域内3000m及以上高度飞行多个不同高度，采集测试带区域内不同高度的放射性谱数据；
b.在测试带区域内宽广水面上空和陆地上空分别飞行多个不同高度，飞行高度小于300m，采集不同高度的放射性谱数据；
c.在航空放射性测量模型上，使用飞行器的航空放射性测量设备采集放射性谱数据；
d.利用步骤a采集的不同高度放射性谱数据求取低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数；
e.根据步骤b采集的水面上空的放射性谱数据提取低能铀窗数据，利用步骤d求得的低能铀窗飞机本底和宇宙射线修正系数进行飞机本底与宇宙射线修正；
f.用上一步修正后的低能铀窗数据除以经过飞机本底和宇宙射线修正后的铀窗数据得到大气氡修正参数C1；
g.利用步骤b采集的放射性谱数据求取各飞行高度纯陆地核素谱数据；
h.根据上一步得到的各飞行高度纯陆地核素谱数据求取纯陆地核素谱数据的各道高度衰减系数；
i.利用步骤c采集的放射性谱数据求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱；
j.利用步骤h的结果和步骤i的结果求取各核素不同高度单位谱；
k.利用铀核素不同高度单位谱求取低能铀窗与铀窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C2，利用钍核素不同高度单位谱求取低能铀窗与钍窗数据之比即为不同高度大气氡修正参数C3。
2.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，步骤a中，在空气清净时，在真高3000m以上，飞行5个或大于5个不同的高度，高度间隔为300m，每个高度飞行不少于10分钟。
3.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤b中，在空气对流条件较好时，在宽广水面及陆地上空，飞行低于300mde八个高度，每个高度不少于8分钟。
4.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤c中，将装载航空放射性测量设备的飞机推到本底模型上利用铯源(137Cs)和钍源(208Tl)测试每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位；然后按本底、钾、钍、铀、混合模型的顺序测试一次，再按混合、铀、钍、钾、本底模型的顺序反向测试一次。要求连续完成且放射性测量设备探测器的中心应位于模型正上方，每个模型每次测试时间为5min；最后在本底模型上再次对每条晶体、每箱晶体和整个探测器系统的分辨率和峰位进行检查。
5.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤g中，利用步骤b采集的放射性谱数据，求取各高度陆地核素谱数据均值以及各高度水面核素谱数据均值，各高度陆地核素谱数据减去对应高度核素谱数据均值均值即为各高度的纯陆地核素谱数据。
6.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤h中，求取纯陆地核素谱数据各道高度衰减系数μ；μ值用下式求得：
h1、h2——标准大气压、标准温度下的飞行高度，m；
Rh1——实际飞行高度h1时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
Rh2——实际飞行高度h2时纯陆地核素谱数据各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
7.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤i中，利用下式求取钾、铀、钍各核素1m高度单位谱：
A＝MX-1
X为模型含量矩阵，
下标含义：下标第一个字母表示模型，第二个字母表示核素；
M为计数率矩阵，
下标含义：下标字母表示模型，数字表示道数；
A为单位谱矩阵，
下标含义：下标字母表示核素，数字表示道数。
8.根据权利要求1所述的无上测晶体大气氡修正参数求取方法，其特征在于，在步骤j中，利用下式求取各核素不同高度单位谱：
Rh＝R1·eμ(h-1)
h——标准大气压、标准温度下的高度，m；
Rh——高度h时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
R1——高度1m时各核素单位谱各道的计数率，计数每秒；
μ——高度衰减系数，m-1。
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|---|---|---|---|---|
| CN113777660A (zh) * | 2021-09-15 | 2021-12-10 | 核工业航测遥感中心 | 能谱比法大气氡修正参数求取方法 |
| CN115586562A (zh) * | 2022-10-14 | 2023-01-10 | 核工业航测遥感中心 | 放射性烟羽航空监测方法 |
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| KR101922211B1 (ko) * | 2018-04-30 | 2018-11-26 | 주식회사 베터라이프 | 라돈 저감을 위한 실내라돈 예측 시스템 및 그 방법 |
| KR102030929B1 (ko) * | 2018-06-28 | 2019-10-10 | 연세대학교 원주산학협력단 | 월별 보정계수를 기반으로 라돈의 연간노출선량을 예측하는 방법 |
| CN110873890A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-10 | 核工业航测遥感中心 | 一种航空放射性谱数据大气氡修正方法 |
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