CN114578443B - 一种铀矿核查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铀矿核查装置，属于铀矿勘测领域；可同时提供四个含铀矿石层的测试点，根据四个含铀矿石层的设置，可以得到0.01%、0.05%、0.10%和1.0%四个等级测试点的平均计数率；进而实现定量γ参数等效铀含量范围（0.01%～1%）eU和γ‑γ密度参数等效密度范围（1.05～2.30）g/cm3等技术指标。本申请方案提供的核查装置质量轻且体积小，提高野外核查工作的便利性和可操作性的同时，为野外测井量值准确可靠提供技术保障。

Description

一种铀矿核查装置
技术领域
本发明涉及铀矿勘测领域，特别地，涉及一种铀矿核查装置。
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，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
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种铀矿核查装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一方面，
一种铀矿核查装置，包括：密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
所述主体由四个测试点和五个非测试点组成；每个测试点由含铀的矿石层组成；每个非测试点由不含铀的矿石层组成；
所述主体两端为非测试点，任意两个测试点之间包括至少一个非测试点。
进一步地，所述测试点为从主体一端到另一端依次设置的第一测试点、第二测试点、第三测试点和第四测试点；
所述第一测试点由三层含铀矿石层组成，每层矿石层高度均为50mm，含铀量依次为0.335%、0.100%和0.335%；
所述第二测试点由一层含铀矿石层组成，高度为50mm，含铀量为0.134%；
所述第三测试点由三层含铀矿石层组成，三层矿石层高度分别50mm、100mm和50mm，含铀量依次为1.17%、0.300%和2.21%；
所述第四测试点由一层含铀矿石层组成，高度为200mm，含铀量为3.015%。
进一步地，所述主体两端的非测试点高度均为100mm。
进一步地，所述主体直径为156mm，所述圆形孔直径60mm。
另一方面，
一种铀矿核查装置，包括：四个测试点，所述四个测试点设置在低含量组和高含量组中，所述低含量组和高含量组均包括密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
所述低含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；所述高含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；
所述高含量组主体中任一测试点的矿石层的含铀量大于所述低含量组主体中任一测试点的矿石层的含铀量。
进一步地，所述低含量组主体中一个测试点的矿石层高度为45cm，含铀量0.0335%；另一个测试点的矿石层高度为35cm，含铀量0.201%。
进一步地，所述高含量组主体中一个测试点的矿石层高度为45cm，含铀量0.7671%；另一个测试点的矿石层高度为35cm，含铀量3.35%。
进一步地，所述低含量组和高含量组的主体高度均为80cm，圆形孔直径均为60mm。
有益效果：
本申请技术方案提供一种铀矿核查装置，可同时提供四个含铀矿石层的测试点，根据四个含铀矿石层的设置，可以得到0.01%、0.05%、0.10%和1.0%四个等级测试点的平均计数率；进而实现定量γ参数等效铀含量范围（0.01%～1%）eU和γ-γ密度参数等效密度范围（1.05～2.30）g/cm3等技术指标。本申请方案提供的核查装置质量轻且体积小，提高野外核查工作的便利性和可操作性的同时，为野外测井量值准确可靠提供技术保障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种铀矿核查装置主体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种低含量主体结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种高含量主体结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的描述说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请所保护的范围。
第一实施例，本发明实施例提供了一种铀矿核查装置，包括：密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
如图1所示，所述主体由四个核查点和五个非核查点组成；每个核查点由含铀的矿石层组成；每个非核查点由不含铀的矿石层组成；
所述主体两端为非核查点，任意两个核查点之间包括至少一个非核查点。
其中，核查点为从主体一端到另一端依次设置的第一核查点、第二核查点、第三核查点和第四核查点；
所述第一核查点由三层含铀矿石层组成，每层矿石层高度均为50mm，含铀量依次为0.335%、0.100%和0.335%；
所述第二核查点由一层含铀矿石层组成，高度为50mm，含铀量为0.134%；
所述第三核查点由三层含铀矿石层组成，三层矿石层高度分别50mm、100mm和50mm，含铀量依次为1.17%、0.300%和2.21%；
所述第四核查点由一层含铀矿石层组成，高度为200mm，含铀量为3.015%。
所述主体两端的非核查点高度均为100mm。
优选地，主体直径为156mm，所述圆形孔直径60mm。
第二实施例，本申请提供一种核查装置，包括：四个测试点，所述四个测试点设置在低含量组和高含量组中，所述低含量组和高含量组均包括密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
如图2所示，所述低含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；所述高含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；所述高含量组主体中一个测试点的矿石层高度为45cm，含铀量0.7671%；另一个测试点的矿石层高度为35cm，含铀量3.35%。
如图3所示，所述高含量组主体中任一矿石层测试点的的含铀量大于所述低含量组主体中任一测试点的矿石层的含铀量。
优选地，所述低含量组和高含量组的主体高度均为80cm，圆形孔直径均为60mm。
为了更进一步的说明本申请的技术方案，下面提供一种本申请技术方案提供的核查装置的模拟过程，其中，在以下解释中，第一实施例中装置叫做单模型，第二实施例中装置叫做双模型。步骤如下：
（一）数值计算模型的建立
目前铀矿定量领域主要使用FD—3019型γ测井仪，本申请使用该仪器在标准测井模型和核查装置上进行测试，获得一批标准数据。以标准数据为依据建立核查装置的数值计算模型，利用数值计算模型和理论计算设计符合技术需求的方案，在本本申请采取总体技术路线包括：
（1）建立γ测井仪数值模型
本申请以FD-3019数字传输型闪烁γ测井仪为核查装置主要目标对象，仪器使用Ф23×40mm的NaI（TI）晶体探测器，灵敏度为262±12s-1/100ppm（标准饱和铀模型）。仪器探管部分为Ф40×1105 mm的圆柱体。
（2）标准井数值模型的建立
参照核工业航测遥感中心的标准井实物模型，按其尺寸规格、元素含量等参数可以建立测井数值模型。但铀系和钍系元素的能量较多，为了提到模拟效率，较少统计误差，需要对γ射线的种类和能量进行选择。在γ射线的选取上主要根据发射几率和射线的能量两个方面来考虑。
（二）模型的物质组成
参照标准测井模型全元素分析结果，模型除U、Th、K三个放射性系列元素外其余岩石成分组成如表1所示。模型的核查装置的以表中各模型的平均含量值进行计算。
表1
Figure 33254DEST_PATH_IMAGE001
（三）γ测井仪数值模型验证
蒙特卡罗仿真模型是一种物理问题的数学表述，而这种数学表述中的假设、近似一定会产生误差，比如几何结构简化、边界条件假设、物质属性理想化等都是误差来源，因此蒙特卡罗数值模型在实际使用前一定要进行准确性假设。国内外研究计算机仿真人员也已经达成共识：没有进过验证的仿真模型没有任何价值。
测井仪数值模型准确性验证，首先用测井仪对标准60Co和137Cs点源进行测量，取得测量数据；同时使用测井仪数值模型计算60Co和137Cs点源的模拟数据；对比总道的计数率，误差小于5%，则可以认为测井仪数值模型通过准确性验证。表 2为模拟计数率与测量计数率的对比表，从表3可以看出模拟计数率与测量计数率的误差为0.32%，满足本本申请后续研究工作的需要。
表 2
Figure 428463DEST_PATH_IMAGE002
（四）模拟过程化简与分析
（1）单矿层法
通常蒙特卡罗方法进行模型最优化设计使用的是穷举法。穷举法是将模型分割成目标形状的若干等分，如图1所示，然后按照排列组合进行抽样，计算全部的可能性，从这些可能性中找出符合约束条件的最优组合。
从图1中可以看出，边长为80cm长的目标模型，均匀分割成16块厚度为5cm的模块，每个模块的铀含量取值以100ppm变化，从0ppm到10000ppm也有100个取样，这样整个模型的组合有10016种组合，以现有计算能力将上述组合全部完成，将是不可能完成的任务。
为此本本申请提出了单矿层法。同样将模型分割成目标形状的若干等分，每个等分当作一个单元层，整个核查装置内部的γ测井仪响应曲线，可以用多个单元层叠加组成，则总的响应曲线可以表示为：
Figure 180519DEST_PATH_IMAGE003
Figure 2981DEST_PATH_IMAGE004
式中：
Figure 270014DEST_PATH_IMAGE005
表示核查装置中心孔坐标为
Figure 468915DEST_PATH_IMAGE007
处的单元层内铀元素的含量；
Figure 75476DEST_PATH_IMAGE008
表示深度坐标为
Figure 68840DEST_PATH_IMAGE009
的采样点由核查装置中心孔的计数率；
Figure 823170DEST_PATH_IMAGE010
表示核查装置中心孔坐标为
Figure 560181DEST_PATH_IMAGE009
处单元层的响应曲线。只要模拟计算出单元层的响应曲线，则核查装置中心孔的计数率可以同过卷积计算得到。
（2）单元层响应曲线的模拟
单矿层法的核心是计算出单元层响应曲线，本申请从两步完成。第一模拟计算单元层的饱和长度；第二计算出单位含量的响应活度。
1）单元层计数概率的模拟
根据模型制作的工艺，选择5cm作为单元层的最小高度。通常认为单元层的影响范围在40cm，本申请考虑到辐射的对称性及完整性，选择单元层响应曲线总长度为110cm。
单元层从中心点向两边分别下降，下降满足金格函数（可近似为指数衰减），从数值上看其主要影响区域在20cm范围内，说明核查装置在详细设计时，每个坪区调整主要考虑20cm内的数据调整。
2）单位含量的响应活度
蒙特卡罗方法计算的结果是归一化概率，即表示源释放一个粒子时，探测器测量到数据的概率，该数据需要借助实验测试才能转化为计数率。
核工业航测遥感中心自主研制的UH-0.01-1002模型，U含量为0.01%高度为61cm矿层探测器位于中心位置的计数率为300.1cps，本申请也制作了同样大小的数值模型，经过测试，其中心点的概率η=9.20355×10-3。由于
Figure 21250DEST_PATH_IMAGE011
其中：
Figure 451094DEST_PATH_IMAGE012
表示UH-0.01-1002模型中心位置的计数率；
Figure 692720DEST_PATH_IMAGE013
表示UH-0.01-1002模型的中活度；
Figure 967843DEST_PATH_IMAGE014
表示UH-0.01-1002模型中心位置的FD3019测量的计数率。则可以计算出UH-0.01-1002总活度
Figure 611314DEST_PATH_IMAGE015
，将其转化为5cm单元层的活度为
Figure 884163DEST_PATH_IMAGE016
。将单元层响应曲线转换为单元层单位含量（U含量为0.01%）计数率曲线。
（五）模型厚度的选择
标准测井模型是矿层厚度都大于50cm的饱和模型，显然为了保证核查装置的可移动性，本申请需要对核查装置的厚度进行规律性研究。本申请使用单变量分析法，将模型的长度固定为100cm，宽度从1cm到100cm变化，不同厚度计数率变化曲线随着模型厚度的增加，中心点的计数率随矿体厚度是单调上升的，当厚度大于30cm增长率变慢，当厚度大于50cm后中心点的计数率趋于饱和。
为了增加核查装置的可移动性，核查装置的厚度应该是越小越好，厚度在减少后要达到相同计数率，就必须增大矿层的铀含量。表3为不同矿层等效0.01%饱和铀模型计数率需要的含量。根据目前能做到的铀含量最大模型为5%；核查装置最大等效铀含量为1%；核查装置的厚度应该是越小越好；以及模型套管等射线吸收四个约束条件，本申请优选的模型厚度为4cm，等效0.01%饱和铀模型计数率需要的含量为0.0335%，在考虑模型制作难度，可以适当增大加大厚度。
表 3
Figure 613085DEST_PATH_IMAGE017
由于孔径对计数率的影响是非常小的，以矿层厚度为4cm为例，中心孔径从φ5cm到φ8cm，计数率仅仅增加了1.2cps，占总计数的0.46%，因此中心孔径需要按照实际需求选择即可。核查装置需要具备校准γ测井仪和密度测井仪的功能，其中密度测井仪的管径（φ51mm）较大，故优选的核查装置中心孔径为φ60mm。
（七）模型组合的选择
核查装置设计的核心是模型含量计算，通过前面单元层响应情况的分析，如果一个检测点需要产生10cm以上的坪区，则矿层长度需要大于40cm。如果要达到检测点，则需要制作大于160cm的模型，也可以分为2～4个模型。依此分析，本申请提出两种模型设计方案。
（1）双模型方案，该方案有两个独立模型组成。每组矿层长度为80cm，并产生两个测试点。
（2）单模型方案，能利用矿层两边的衰减区，通过精细化设计，可以在80cm到100cm的长度内产生4个测试点，每个检测点产生5cm以上的坪区。
基于上述两种设计原则，本申请使用单矿层法计算出15000多种模型含量组合数据，要筛选出合适的目标组合，就必须首先确定筛选原则。
本申请通过对数据综合分析后，确定了以四条模型含量组合数据的筛选原则：
（1）根据双坪区（或四坪区）的设计需求，目标组合产生的计数率图中必须明显看出2个（或4个）计数率坪区。
（2）每个计数率坪区应该大于5 cm。
（3）计数率坪区能覆盖（300～25000）cps中四个等级。
（4）低计数率坪区（如平均计数在300cps左右的坪区）不能靠近整体模型的边沿，这样很容易受到环境的影响，导致坪区波动。
（八）双模型设计方案
经过前面可以看出，矿层长度等于40cm就可以产生10cm以上的计数率坪区，通常认为分别设计两个模型，直接拼接在一起就可以达到相应效果。但是本申请研究发现，两个模型的含量差距过大，则低含量的坪区会受到高含量的影响，导致坪区缩短，或者坪区消失。
为此，本申请从两个方面进行了约束。第一，同一组模型的铀含量尽量接近，比如将铀含量等效模型0.01%和0.05%组成一组，将0.2%和1%组成一组，这样避免过高含量影响低含量。第二，延长低含量的模型的长度，通过对比分析45-35组合（及低含量模型为45cm，高含量模型为35cm）即可取得较好的结果。
（1）低含量组
表4是低含量组两个测试点的平均计数率，其可以等效覆盖铀含量为0.01%和0.05%两个等级，其含量分布如图2所示。
表4
Figure 691900DEST_PATH_IMAGE018
低含量组的计数率在12.5cm到27.5cm位置产生了一个15cm坪区，坪中平均计数率为300cps，最大偏差为2.4%。在57.5cm到72.5cm位置也有一个15cm坪区，坪中平均计数率为1313cps，最大偏差为0.74%。
（2）高含量组
表5是高含量组两个测试点的平均计数率，其可以等效覆盖铀含量为0.3%和1%两个等级，其含量分布如图3所示。
表5
Figure 189877DEST_PATH_IMAGE019
高含量组的计数率在12.5cm到27.5cm位置产生了一个15cm坪区，坪中平均计数率为6000cps，最大偏差为2.3%。在57.5cm到72.5cm位置也有一个15cm坪区，坪中平均计数率为26260cps，最大偏差为0.83%。
（九）单模型方案
单模型是充分利用模型的散射特性，用高含量拼接出低含量计数。该方案需要精细调节。表6是单模型四个测试点的平均计数率，其可以等效覆盖铀含量为0.01%、0.05%、0.10%和1.0%四个等级，符合核查装置在γ测井仪校准刻度的需求，其含量分布如图1所示。
表6
Figure 961524DEST_PATH_IMAGE020
单模型组的计数率在15cm到25cm位置产生了一个10cm坪区，坪中平均计数率为1595cps，最大偏差为0.47%；在35cm到40cm位置也有一个5cm坪区，坪中平均计数率为315cps，最大偏差为1.08%；在60cm到65cm位置也有一个5cm坪区，坪中平均计数率为2471cps，最大偏差为1.31%；在85cm到90cm位置也有一个5cm坪区，坪中平均计数率为23679cps，最大偏差为0.04%。
（十）最优组合模型在密度仪校准上的可行性分析
核查装置第二个功能是进行密度仪校准，本申请以JMZD-2D型密度组合测井仪为主要研究对象。JMZD-2D型密度组合测井仪的密度测量部分包括一个伽玛源及两个高灵敏度闪烁探测器。伽玛射线源通过准直器射出伽玛射线，经岩层散射后到达探测器。探测器检测到的信号经放大和甄别处理，得到了与岩石密度相关的有用信息，再经各类校准处理，计算出岩石的密度。JMZD-2D型密度组合测井仪测量密度有两个NaI探测器，其中长源距400mm，短源距200mm，两个探测器的源距差为200mm，正好是单模型组的平台分布，可见模型组是可以用于密度仪校准。
根据γ-γ密度测井的原理，以单模型组任意两点相邻测试点作为测量点，可计算出等效密度，其计算公式如下：
Figure 849845DEST_PATH_IMAGE021
其中：
Figure 732351DEST_PATH_IMAGE022
表示视密度，单位g/ cm3；
Figure 84835DEST_PATH_IMAGE023
表示长源距计数率，单位cps；
Figure 27383DEST_PATH_IMAGE024
表示短源距计数率，单位cps；
Figure 465318DEST_PATH_IMAGE025
表示短源距系数由刻度得到，为验证正确性，本申请使用JMZD-2D测井仪（编号10515）的刻度数据，
Figure 841196DEST_PATH_IMAGE026
；
Figure 313765DEST_PATH_IMAGE027
表示短源距系数由刻度得到，本申请使用JMZD-2D测井仪（编号10515）的刻度数据，
Figure 427215DEST_PATH_IMAGE028
。
从计数率上看，最大计数率没有超过仪器32768cps的限制，可以进行正常测量，但计算结果超过了（1～3）g/ cm3范围，这在后期详细设计中可以通过有增加铅过滤器进行修正。
下面提供一种上述核查装置的制备方法
通过搜集相关资料，在核工业放射性勘查计量站历年来研建模型体源的基础上进行研制。本申请实施主要分为模型制作和模型定值两阶段完成，其中模型制作包括前期准备、模型混合干料搅拌均匀、模型浇筑3个环节，模型定值包括样品取样和分析定值两个环节。
（一）核查装置参数的确定
通过模拟计算和实际试验，考虑核查装置的便携性、重量、野外应用对强度的要求和防护性，同时根据双模型设计和单模型设计两套方案，最终确定核查装置为带模拟钻孔的柱状体。单模型几何、物性参数为：孔径60 mm，内壳厚度3 mm，外壳厚度5 mm，长度1020mm，内外壳材质均采用铝镁合金，矿层厚度40 mm，密度2.0 g/cm3。双模型几何、物性参数为：孔径为60 mm，内壳厚度3 mm，外壳厚度5 mm，长度均为810 mm，内外壳材质均采用铝镁合金，矿层厚度40 mm，密度2.0 g/cm3。
（二）矿石原料选购
合格的原材料是铀矿放射性测量仪器野外核查装置研制质量的根本保证，因此本申请前期主要开展原材料调研工作。原材料主要包括铀矿石、水泥、石英砂等，原材料的选择按如下原则进行：
（1）铀矿石的选择方法
为保证建成的核查体源辐射量值稳定，应选择以原生铀矿物（沥青铀矿、晶质铀矿等）为主的高品位铀矿石（铀含量大于5%），这样可以降低体源的射气析出率，稀释后可以降低非主导核素（K、Th）的含量；此外，为了满足设计中对体源铀镭平衡的要求，铀矿石的铀镭必须保持平衡状态。
根据本申请对矿石品位的需求，电话调研目标地，初步确定矿石产地后，由技术人员到现场采用便携式多道γ能谱仪进行测量，根据测量结果和上述矿石选择要求初步筛选，每种原材料至少初选出基本符合要求的2种，并取样送实验室进行理化分析，根据分析结果最终确定采用的原材料，以确保原材料的质量符合要求。
（2）水泥的选择
用于核查体源制作的水泥应选择物质成份稳定、固结性能好、放射性核素活度浓度低的硅酸盐水泥。这不仅可以使制作的体源具有良好的抗压性，而且便于配比计算，降低非主导核素的活度浓度。
水泥的调研方法与铀矿石的调研方法一样，在初步选定3家水泥供应商后，分别取样并送实验室分析，根据分析结果最终确定采用的水泥。
（3）石英砂的选择方法
石英砂作为体源的主要充填料，根据设计要求，其选择原则必须“纯”，钾、铀、钍、镭等放射性核素及其它杂质元素含量尽可能低。
（三）核查体源制作
（1）配比
由样品分析结果可知，制作核查装置的硅酸盐水泥、石英砂、水中的铀含量与铀矿粉的铀含量相比较而言很低，其铀含量可忽略不计，铀模型中的铀含量按原材料铀矿石计算。重量配比计算按如下公式计算。
Figure 352446DEST_PATH_IMAGE029
式中：
Wk——模型中铀（钾）矿粉的重量，kg；
Uk——矿粉的铀（钾）含量,%；
Um——模型的设计铀（钾）含量,%；
Wg——模型的设计干重量，kg；
Dg——模型的设计干密度，kg/m3；
Vm——模型的设计体积，m3；
实际计算包括取样重量、均匀性检测模块重量和适当的损失量。
由于核查装置需要保证内部放射性物质的密封状态，保证铀镭氡平衡，因此核查装置均具有镁铝合金包壳，同时考虑到单模型设计中存在13个单元层，且有8个单元层厚度仅为5 cm，厚度薄，对矿层厚度精度要求高，矿粉用量少，均匀性把控难，这是单模型核查装置制作中的难点和关键技术。首先在装置下端焊接长10 cm，外径15.6 cm，内径14.6 cm的盆状镁铝合金结构和长101cm，外径6.6 cm，内径6.0 cm柱状镁铝合金结构。其次制作8个外径15.6 cm，内径14.6 cm，长5 cm的镁铝合金空心筒；3个外径15.6 cm，内径14.6 cm，长10cm的镁铝合金空心筒；1个外径15.6 cm，内径14.6 cm，长20 cm的镁铝合金空心筒。根据单模型设计方案，制作一个固定式装置，由下而上逐一分层夯实，待全部完成13个单元层浇筑夯实后，再最外层套一个长102 cm，内径16.6 cm，外径17.6 cm镁铝合金外筒，两端采用厚度为0.5 cm的相同材质的镁铝合金焊封。待浇筑、养护完成后，完成全部焊封工作。
双模型装置制作相对较为简单，制作两个孔径6.0 cm，内壳厚度3 mm，外壳厚度5mm，长度81 cm，内外壳材质均采用铝镁合金柱状体模具。
在以往的制作经验基础上，为了进一步加强装置包壳的强度和耐腐蚀性，增加核查装置的使用年限，对所有包壳进行硬质阳极氧化处理，主要目的是提高铝合金的各种性能，包括耐蚀性、耐磨性、耐候性、绝缘性及吸附性等。硬质阳极氧化膜厚度50 μm（相关研究表明，50 μm厚度可增加20%以上表面强度），氧化完成后包壳内外均呈灰黑色。
（四）原材料混合干搅拌
核查装置制作的均匀性是重要的技术指标，在制作浇注前必须进行各种原材料（除水外）的混合干搅拌，使各原材料充分混合达到均匀。
将模型制作所需的矿粉、水泥和石英砂分别称重，按试验确定的配比倒入专用密封式搅拌机按预定时间进行搅拌，搅拌完成后倒入统一规格的塑料桶中。采用FD-3025型定向γ辐射仪现场测量，对干混料进行均匀性检测，测量10次。
用单因素方差分析法对干混合料进行均匀性检验，单因素方差分析法按以下公式进行计算。
组内离差平方和
Figure 576754DEST_PATH_IMAGE030
组间离差平方和
Figure 575934DEST_PATH_IMAGE031
组间自由度
Figure 860284DEST_PATH_IMAGE032
组内自由度
Figure 272811DEST_PATH_IMAGE033
式中：
Figure 300810DEST_PATH_IMAGE034
——每个样品的测量次数；
Figure 482393DEST_PATH_IMAGE035
——样品的数量；
Figure 609749DEST_PATH_IMAGE036
——第i个样品第j次测量结果；
Figure 509572DEST_PATH_IMAGE037
—第i个样品n次测量结果的平均值；
Figure 75682DEST_PATH_IMAGE038
—m个样品测量结果的总平均值。
统计量
Figure 377351DEST_PATH_IMAGE039
由给定显著性水平a（通常为0.05）、自由度v1、v2可查表得临界值F crit，若F≤Fcrit，则表明样品之间不存在显著差异，即模型配料是均匀的，可以用于体源浇筑。
（五）浇注浆料混合搅拌
将上述混合均匀的干料倒入搅拌机或干净容器，将按一定比例称重的水缓缓倒入进行混合搅拌约（3～5 ）min，并根据以往模型研制经验现场仔细观察确定，搅拌时间过长浆料会呈“团粒”状，影响均匀性；搅拌时间过短，干料和水亦不能混合均匀。
在混合料搅拌好后，分别从每个含量等份中取样0.2 kg的混合样。
在均匀性检验合格后，把每个混合大样均分成正、副样品分别包装，副样长期留存，正样按规定的实验室个数及实验室要求的样品重量进行缩分，缩分后的样品分送实验室进行放射性元素含量分析。
为了解制作模型中放射性元素分布的均匀性，将每份取样湿料（0.2 kg）装入同一规格的样品盒中，然后用FD-3025型定向γ辐射仪对样品盒进行放射性测量，以此来检查放射性元素分布的均匀性。为尽可能减小测量条件对样品柱放射性测量的影响，测量过程中要特别注意保持仪器的稳定性、测量现场的辐射本底，取样时间间隔和探测器放置的测量位置等影响因素的一致性。
（六）浇注
将混合均匀的浆料倒入模型外壳中压实，进行取样后充分振捣，使浆料上表面与模型外壳平齐。
（1）浇注前，按设计要求固定好模具；
（2）把不同含量且取好样品的湿混料，单模型由下而上分别按本底10 cm一层浇注一层，3.015%铀含量湿混料10 cm一层浇注两层，本底5cm一层浇注一层，2.21%铀含量湿混料10 cm一层浇注一层，2.21%铀含量湿混料每10 cm一层浇注两层一份料浇注，1.17%铀含量湿混料5 cm一层浇注一层，本底5cm一层浇注一层，0.134%铀含量湿混料5 cm一层浇注一层，本底10 cm一层浇注一层，0.335%铀含量湿混料5 cm一层浇注一层，0.100%铀含量湿混料5 cm一层浇注一层，0.335%铀含量湿混料5 cm一层浇注一层，本底10cm一层浇注一层等共计14个浇注层振捣夯实。
双模型中低含量组模型由下而上分别按0.0335%铀含量湿混料每10 cm一层浇注4层，最后5 cm浇注1层；0.201%铀含量湿混料每10 cm一层浇注3层，最后5 cm浇注1层。高含量组模型由下而上分别按0.7671%铀含量湿混料每10 cm一层浇注4层，最后5 cm浇注1层；3.35%铀含量湿混料每10 cm一层浇注3层，最后5 cm浇注1层。
（3） 严格控制浇注时间，湿混合料的浇注不超过水泥终凝时间；
（4）为了达到设计的模型干密度值，每个小层的浆料倒入模具槽之后，立即采用定量压实法压实。所谓定量压实法就是将设计重量的浆料压缩成设计的体积，从而达到设计的密度。也就是将计算好的每个小层的浆料压缩成每个小层的体积，保证每个小层达到设计的干密度。
（七）核查装置养生、维护及封装
核查体源浇注后应及时用塑料薄膜覆盖进行养生，使水泥固化，水分缓慢自然挥发，防止模型产生裂隙。
体源侧面和底面的密封，可利用外壳对模块的紧密包裹来密封。为防止焊接缝泄漏氡气，焊接缝合处采取里外两面焊接方法，并将所有焊接缝采用环氧树脂里外两面进行密封处理；体源模块浇注时，经充分振捣，使模块与外壳间紧密贴合，确保氡气不会在模块与外壳结合处形成集聚空间，保证模型密封性。
（八）成品
封装完毕后的核查装置装箱，并加装称重盖层，完成最终成品，每核查装置箱两端开孔，用于γ测井仪的野外检查，打开箱盖后，每个不同含量坪区将有十字刻线标识。
本发明实施例提供核查装置，完成了以标准数据为依据建立的核查装置的数值计算模型，应用蒙特卡罗方法设计了可同时提供4个检查点（坪区长度大于5 cm）的核查装置，该项技术的突破可实现野外γ测井仪和γ-γ密度测井仪短期稳定性、长期稳定性、一致性和准确性等仪器性能刻度的需求，减少野外核查装置质量和体积，提高野外核查工作的便利性和可操作性，为野外测井量值准确可靠提供技术保障，填补了国内空白。
本发明实施例通过研究铀矿勘查γ放射性和γ-γ密度测井参数野外核查技术和MC模拟计算、密度补偿算法、等效含量计算、矿体单元层叠加等关键技术，设计了野外γ放射性和密度融合核查装置，实现了定量γ参数等效铀含量范围（0.01%～1%）eU和γ-γ密度参数等效密度范围（1.05～2.30）g/cm3等技术指标。
本发明实施例提出了单矿层法，将主体分割成目标形状的若干等分，每个等分当作一个单元层，整个核查装置内部的γ测井仪响应曲线，可以用多个单元层叠加组成，只要模拟计算出单元层的响应曲线，则核查装置中心孔的计数率可以通过卷积计算得到。同时利用模型的散射特性，用高含量拼接出低含量计数，通过精细调节和计算，模拟出0.01%、0.05%、0.10%和1.0%四个等级检查点的平均计数率。

Claims (5)

1.一种铀矿核查装置，其特征在于，包括：密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
所述主体由四个测试点和五个非测试点组成；每个测试点由含铀的矿石层组成；每个非测试点由不含铀的矿石层组成；
所述主体两端为非测试点，任意两个测试点之间包括至少一个非测试点；
所述测试点为从主体一端到另一端依次设置的第一测试点、第二测试点、第三测试点和第四测试点；
所述第一测试点由三层含铀矿石层组成，每层矿石层高度均为50mm，含铀量依次为0.335%、0.100%和0.335%；
所述第二测试点由一层含铀矿石层组成，高度为50mm，含铀量为0.134%；
所述第三测试点由三层含铀矿石层组成，三层矿石层高度分别50mm、100mm和50mm，含铀量依次为1.17%、0.300%和2.21%；
所述第四测试点由一层含铀矿石层组成，高度为200mm，含铀量为3.015%。
2.根据权利要求1所述的铀矿核查装置，其特征在于：所述主体两端的非测试点高度均为100mm。
3.根据权利要求1所述的铀矿核查装置，其特征在于：所述主体直径为156mm，所述圆形孔直径60mm。
4.一种铀矿核查装置，其特征在于，包括：四个测试点，所述四个测试点设置在低含量组和高含量组中，所述低含量组和高含量组均包括密封外壳和圆柱形的主体，所述圆柱形的主体中心设有圆形孔；所述主体设于密封外壳内；
所述低含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；所述高含量组的主体为由两层含铀量不同的矿石层组成的两个测试点；
所述高含量组主体中任一测试点的矿石层的含铀量大于所述低含量组主体中任一测试点的矿石层的含铀量；
所述低含量组主体中一个测试点的矿石层高度为45cm，含铀量0.0335%；另一个测试点的矿石层高度为35cm，含铀量0.201%；
所述高含量组主体中一个测试点的矿石层高度为45cm，含铀量0.7671%；另一个测试点的矿石层高度为35cm，含铀量3.35%。
5.根据权利要求4所述的铀矿核查装置，其特征在于：所述低含量组和高含量组的主体高度均为80cm，圆形孔直径均为60mm。
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