CN209674006U - 一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，所述核查体源装置模拟铀矿放射性测量仪器的工作环境，通过内壁、外壁、顶盖和底盖构成密闭的填充部，在填充部中填充水泥、石英砂浆和铀矿粉，创造接近地下近似4π角度的γ辐射环境，完全模拟地下所提供的轴向饱和条件，精确度高，测量方便。本实用新型提供的装置中以铀矿粉代替现有技术中的镭源，避免了固体镭源对工作人员的照射，降低了工作人员的辐射剂量，提高了地质勘查效率，保护环境。本实用新型提供的核查体源装置体积小，方便携带；坚固耐用，便于野外作用；对铀矿放射性测量仪器进行核查和检测，操作简单，精确度高，尽可能满足纵向和横向上的饱和度。

Description

一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置

技术领域

本实用新型属于铀矿勘查仪器领域，具体涉及一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置。

背景技术

我国铀矿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，镭源量值稳定，与铀矿体的γ能谱最为接近，且体积小携带方便，被用来作为野外现场校准的标准源。但是固体镭源在使用过程中，固定原件可能松动，导致内部源管发生移动，影响测量准确度，对于采用玻璃材质的源管甚至可能破损或者碎裂，产生氡或镭粉末的泄露，对工作人员造成误照射，对环境造成放射性污染。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，IAEA曾宣布2005年为无镭源年。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。

随着我国铀资源勘查的发展，新技术新方法不断得到应用。中子测井和能谱测井方法因其直接测铀和能谱分辨测铀的技术优势在北方砂岩型铀矿的勘查中发挥了重要作用。由于镭源中只含有镭一种核素，不含铀，因此中子测井仪和能谱测井仪的野外现场校准采用镭源是不合适的。这些新方法勘查仪器的应用对现场核查标准提出了新的需求。同时这些新仪器的研制过程中也需要新型标准源满足仪器性能测试的需求。

实用新型内容

为了解决以上的技术问题，本实用新型提供一种采用铀矿代替镭源的放射性铀矿放射性测量仪器的核查体源装置。

本实用新型的目的是提供一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置。

本实用新型提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，所述核查体源包括了外壁、内壁、顶盖和底盖；所述内壁的横截面为圆形，所述外壁、内壁、顶盖和底盖共同构成封闭的填充部；所述填充部设有能够释放γ射线形成γ射线场的放射源组件。

优选地，所述放射源组件能够释放γ射线，形成无限大地层γ射线场。本实用新型提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源中的放射源组件能够形成铀含量与核查体源等效铀含量相同的无限大地层形成的γ射线场相当的γ射线场。

本实用新型提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置中的填充部的放射源组件能够释放γ射线形成与标称含量一致的无限大地层的γ射线场，标称含量是指等效铀含量。本实用新型提供的核查体源装置形成的γ射线场在轴向上能够达到接近饱和状态，本实用新型的填充部的放射源组件能够形成近似4π角度的γ射线场。4π角度是指能够辐射720度的空间角度。本实用新型提供的填充部中填充的物质为铀矿粉、水泥和石英砂。铀矿粉、水泥和石英砂通过适当的比例进行混合，模拟了4πγ射线场，且射线强度等效于大型饱和体源标准。本实用新型提供的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置的填充部中填充铀矿粉、水泥和石英砂的混合物，提供接近饱和γ射线场环境。

可选地，所述内壁的横截面的直径为4-9cm。本实用新型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。

可选地，所述核查体源装置的长度为20-100cm。

优选地，所述外壁的横截面为圆形，所述内壁与外壁的横截面为同心圆，所述核查体源装置为柱状圆环结构。

可选地，所述核查体源装置由多个同心柱状圆环叠加组成，靠近圆心的柱状圆环的外壁的直径与相邻的柱状圆环的内壁的直径相同。

优选地，所述填充部的总厚度为1-5cm，所述外壁的横截面的直径为 7.2-20.2cm。本实用新型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。进一步优选地，本实用新型的外壁材料的厚度为0.5cm，内壁材料的厚度为0.1cm，内壁越薄对检测结果的准确性越高，外壁越厚能够阻挡更多的环境射线，降低外界环境对检测结果的影响。

优选地，所述内壁的横截面的直径为5cm，所述填充部的厚度为5cm，所述核查体源装置的长度为60cm。

可选地，所述外壁的横截面为正方形或正六边形，所述内壁的圆心与外壁的中心重合。

可选地，所述内壁到外壁的最小厚度为1-5cm。

可选地，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。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供的核查体源装置模拟铀矿放射性测量仪器的工作环境，通过内壁、外壁、顶盖和底盖构成密闭的填充部，在填充部中填充水泥、石英砂浆和铀矿粉，形成无限大的γ射线场，创造接近地下近似4π角度的γ辐射环境，完全模拟地下所提供的轴向饱和条件，精确度高，测量方便。并且本实用新型提供的装置中以铀矿粉代替现有技术中的镭源，避免了固体镭源对工作人员的照射，降低了工作人员的辐射剂量，提高了地质勘查效率，保护环境。本实用新型提供的核查体源装置体积小，方便携带；坚固耐用，便于野外作用；对铀矿放射性测量仪器进行核查和检测，操作简单，精确度高，尽可能满足纵向和横向上的饱和度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例1提供的核查体源装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的核查体源装置的横截面结构示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的核查体源装置的使用状态示意图；

图4是本实用新型实施例2提供的核查体源装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例3提供的核查体源装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例4提供的核查体源装置的结构示意图；

图7a是饱和模型注量率变化曲线示意图；

图7b是饱和模型中心点能注量的变化曲线示意图；

图8是核查体源长度与注量率曲线关系；

图9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10是2cm厚度矿层不同位置处能注量的相对比值；

图11是矿层厚度、包裹外壳与计数率的关系；

图12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

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型所保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，本实用新型提供一种铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，所述核查体源包括了外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4；所述内壁2的横截面为圆形，所述外壁1、内壁2、顶盖3和底盖4共同构成封闭的填充部5；所述填充部5设有能够释放γ射线8形成γ射线场的放射源组件。

作为可选的实施方式，所述放射源组件能够释放γ射线形成无限大的γ射线场。

本实用新型提供的核查体源装置，包括了内壁2、外壁1、顶盖3和底盖4，它们共同构成了密封的填充部5，在填充部5中填充等效0.01-1％的铀含量需要的铀矿粉以及水泥、石英砂浆，水泥、石英砂浆与铀矿粉混合之后被密封于填充部5中，形成牢固的结构，结构坚固，耐用，并且填充部形成了近似4π角度的γ射线场，且射线强度等效于大型饱和体源标准。并且本实用新型在填充部 5以铀矿粉代替现有技术中的固体镭源，降低了对工作人员的辐射，降低了对环境的污染；本实用新型提供的结构稳定，有效降低了因仪器性能的变化带来的储量估算不确定，提高铀资源量估算的准确性；本实用新型提供的核查体源装置的内壁2构成中空的环状的结构，中空部分形成模拟钻孔6，内壁2和外壁1之间形成填充部5，模拟了铀矿放射性测量仪器的工作环境，提供接近4π角度的γ辐射环境，尽可能的满足横向和纵向的饱和度，提高了测量仪器的准确性。

作为可选的实施方式，所述内壁2的横截面的直径为4-9cm。

作为可选的实施方式，所述核查体源装置的长度为20-100cm。

作为可选的实施方式，所述外壁1的横截面为圆形，所述内壁2与外壁1 的横截面为同心圆，所述核查体源装置为柱状圆环结构。

作为可选的实施方式，所述填充部5的总厚度为1-5cm，所述外壁1的横截面的直径为7.2-20.2cm。优选地，所述内壁2的横截面的直径为5cm，所述填充部5的厚度为5cm，所述核查体源装置的长度为60cm。

本实用新型缇欧干的核查体源装置最优的结构为外壁1和内壁2为同心圆，内壁2、外壁1、顶盖3和底盖4构成中空的环形的柱体，并且内壁2的直径在1-5cm，填充部5的厚度也是1-5cm，最优地，内壁2的直径为5cm，填充部5厚度为5cm，长度为60cm，这样的筒状结构，来实现容纳γ测井仪7的近似4π辐射空间，满足纵向饱和度，提供各向同性的均匀辐射场。提升检测的准确性。这样的结构体积较小，方便移动，坚固耐用，精确度高。

实施例2

如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例中核查体源是由多个同心圆柱状环叠加组成的筒状，内壁2结构相同，内壁2和外壁1的尺寸也相同。只是在制造过程中，为了模拟厚度较厚的含矿层，填充部5的厚度较大，一次成型操作不便，因此核查体源由多个同心圆柱状环叠加，靠近圆心的柱状圆环的外壁1的直径与相邻的柱状圆环的内壁2的直径相同，并且，从最内侧的柱状圆环的内壁2到最外侧的柱状环圆环的外壁1的厚度和实施例1的范围相同，可以取3-5cm。

实施例3

如图5所示，与实施例1不同的是，本实施例中核查体源的外壁1为正方形，内壁2的圆心与外壁1的中心重合，内壁2到外壁1的最小厚度为1-5cm。

实施例4

如图6所示，与实施例1不同的是，本实施例中的核查体源的外壁1为正六边形，内壁2的圆心与外壁1的中心重合，内壁2到外壁1的最小厚度为 1-5cm。

上述实施例1-4中，所述外壁1、顶盖3和底盖4的材料可选铝镁合金、不锈钢、锌合金、铅合金或PMMA；所述内壁2的材料可选铝镁合金、不锈钢、 PMMA或PVC。

优选地，外壁1材料的厚度为0.5-0.6cm，外壁1采用金属材料或者性能优异的高分子材料且壁厚较厚，能够阻挡外界的辐射对检测结果的影响，内壁2 选用轻便的材料，厚度优选0.2-0.3cm，降低对检测结果的影响。

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7a和图7b所示。

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7a和图7b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/T 611-2005γ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8。

从图8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9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10。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11。从图11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1所示。

表1不同矿层等效0.01％饱和铀模型含量需要的含量

5.根据表1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 12所示。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型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装置，其特征在于，所述核查体源包括了外壁、内壁、顶盖和底盖；所述内壁的横截面为圆形，所述外壁、内壁、顶盖和底盖共同构成封闭的填充部；所述填充部设有能够释放γ射线形成γ射线场的放射源组件。

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装置，其特征在于，所述放射源组件能够释放γ射线形成无限大地层γ射线场。

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装置，其特征在于，所述内壁的横截面的直径为4-9cm。

4.根据权利要求3所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，其特征在于，所述核查体源装置的长度为20-100cm。

5.根据权利要求3所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，其特征在于，所述外壁的横截面为圆形，所述内壁与外壁的横截面为同心圆，所述核查体源装置为柱状圆环结构。

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装置，其特征在于，所述核查体源装置由多个同心柱状圆环叠加组成，靠近圆心的柱状圆环的外壁的直径与相邻的柱状圆环的内壁的直径相同。

7.根据权利要求5所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，其特征在于，所述填充部的总厚度为1-5cm，所述外壁的横截面的直径为7.2-20.2cm。

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

9.根据权利要求3所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，其特征在于，所述外壁的横截面为正方形或正六边形，所述内壁的圆心与外壁的中心重合，所述内壁到外壁的最小厚度为1-5cm。

10.根据权利要求1-9任一所述的铀矿放射性测量仪器的核查体源装置，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。