Question

航空γ能谱仪

Answer 1

我国目前使用的航空γ测量装置都是加拿大Exploranium公司生产的256道航空γ能谱仪。一为GR-800D，一为GR-820。后者与前者相比，有几点较大改进。

1）GR-820的稳谱技术，是利用天然γ能谱中特征峰采用软件和硬件相结合的数字化稳谱技术，且分别对单条晶体进行自动稳谱。从总体来看，钍峰（2.62MeV）漂移小于±1道，（GR-800D一般小于±3道），且无需恒温。

2）数字化、可视化、自动化优于GR-800D；GR-820具有适时错误判断系统，出现错误信息即时报警，确保仪器可靠工作。

3）GR-820具有谱图实时显示，有利于空中适时了解γ场变化情况和发现异常（GR-800D要通过作图显示）。

4）GR-820采用线性放电法进行模数转换，其积分非线性和微分非线性优于电压比较法（GR-800D）。

5）能自动计算能量分辨率和峰漂，且具有多种数据输出格式和方式，甚至可按用户需要设置。

GR-820为256道也可以扩展为512道，其结构原理如图4-6-1所示。

图4-6-1 GR-820的结构原理框图

探测器为两箱NaI（Tl）晶体，每箱为五条一样大小方形晶体。其中一个为上测晶体，摆放在四个晶体上面，以下测晶体为地面岩石、土壤放射性γ射线的屏蔽层。每条晶体用隔温材料包装，箱体下面有防震材料，可装在飞机舱底板上。为减小噪声，线性放大器使用专门电源。ADC为线性放电模数转换器。下甄别器阈电压可手调从20～200 keV。上甄别器阈电压设置为4 MeV。4 MeV以上为宇宙射线测量道。每道最大计数率为65536（16位）。前置放大器是使探测器输出脉冲信号保持不变，进入主放大器（线性放大器），使脉冲幅度线性放大，以利后续处理。本机使用的ADC为50MHz Wikinson线性放电模数转换器，DMA为一个编址存储器，根据ADC输出的数码，给予地址码，使进入道址（+1）。本机使用两个计算机芯片（CPU），主CPU为MPU进行行参数设置，数据收集包括γ谱数据、雷达测高数据、GPS定位、气压、温度以及显示功能和数据输出系统。SPU为辅助CPU，主要用于稳谱等。DAO为四道模拟输出曲线图系统，以供适时观察。

本机稳谱系统的特点是，上测探测器采用一个低强度（0.01μCi；1Ci=3.7×10¹⁰Bq）的铯-137源（662 keV），放置在顶部；下测探测器稳谱采用天然核素钍（2615 keV）和钾（1460 keV）。在空中正式飞行测量时，下测探测器，常采用天然钍峰作自动稳谱。因为地面铀含量高的时候，钾峰（1460 keV）容易受到干扰，但钍峰基本没有干扰。只是钍峰2615 keV的计数率通常不高，峰值出现“参差不齐”；但GR-820在软件计算上作了改进，使钍峰成为最好的选择。钍峰的计数率只要超过0.5计数/s的地区，就可以用作稳谱。实际使用时：如果整个测区钍峰计数率高于1计数/s，就选用钍峰。如果钍峰小于1计数/s，而钾峰受影响不大，其计数超过2计数/s则可先用钾峰。

如果是海上飞行测量或大部分（60%）测区在海上，虽然钍、钾仍有本底计数，可能计数率过低。可控制一定高度，在海上先飞行30 min，统计30 min读数。如果钍或钾峰值超过300计数/30 min，仍可用以稳谱。如果低于100计数/30 min，这时只能在下测探测器中放入0.01 μCi（1Ci=3.7×10¹⁰Bq）的¹³⁷Cs源或放一小袋（5 kg）钾肥，即可用铯峰（660 keV）或钾峰进行稳谱。

GR-820的所有数据采集都在空中完成。最后得到输出是一张硬盘。

室内有一台工业计算机（相当于GR-800D的G-714）对硬盘输入的数据进行计算处理，打印出各种图件。