Способ градуировки и поверки геофизических автои аэрогаммарадиометров

Способ градуировки и поверки геофизических автои аэрогаммарадиометров

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к ядерной геофизике и может быть использовано при метрологическом обеспечении аппаратуры для автои аэрограмма съемки Цель изобретения - снижение стоимости, повышение точности, производства и оперативности градуировки и поверки. При метрологической поверке автои аэрогамма-радиометров и электрометров проводят полигонные измерения на участках штатных взлетно-посадочных полос аэродромов , предварительно аттестованных методом передачи размеров единиц массовых долей естественных радиоактивных элементов от государственных стандартных образцов состава 3 табл.

(В) SU (11) 1N6912 Al (51) 5 GO1V5 02 G01V1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

t

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) к (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21} 4629892/25 (22) 02.01.89 (46) 30.1093 Бюп. Нв 39-40 (71) Научно-производственное объединение

"Рудгео физика" (72) Боголюбов АН„Ветров АГ„Карабанов Н.И„Лучин ИА; Мальцев АВ.; Серых АС.; Хайкович И.М„ Царицын.ВА (54) О)ОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ АВТО- И АЭРОГАММА РАДИО МЕТРОВ (57) Изобретение относится к ядерной геофизике и

2 может быль использовано при метрологическом обеспечении вппфатуры для авто- и азрограмма съемки. -Цель изобретения - снижение стоимости, . повышение точности, производства и оперативности градуировки и поверки. При метрологической поверке авто- и: аэрогамма-.радиометров и электрометров проводят полигонные измерения на участках штатных взлетно-посадочных полос аэродромов, предварительно апестованных методом передачи размеров единиЯ массовых долей естественных радиоактивных элементов от государственных стандартных образцов сос àâà 3 табл.

1686912

Изобретение относится к ядерной гео. изике, в частности к технологии градуиоовки и поверки авто- и азрогамма-радиометров и спектрометров, -;рименяемых для определения массовых долей естественных радиоактивных элементов (МДЕ РЭ).

Известен способ градуировки аэрогамма-спектрометров, используемый в ряде за-: рубежных стран (CLUA, Канада, Финляндия, Таиланд и др.) и основанный на применении комплекта специальных объемных образцов массовых долей (МД). ЕРЭ, изготовленных йа бетонной основе. Размеры таких образцов в плане колеблются от

7,5 до 10 м, толщина (мощность) радиоактивного бетонного слоя — 40-50 см, масса—

1ÎÎ-150 т. Недостатками этого способа градуировки являются высокая стоимость (де:ятки тысяч долларов), значительная сложность изготовления и аттестации, связанная с необходимостью отбора и химических анализов многих тысяч проб. Кроме того, при измерении большими детекторами на высоте 1 м и более образцы выбранных геометрических размеров не обеспечивают насыщения по гамма-излучению в плане. Для обеспечения укаэанного насыщения размеры образцов в поперечнике необходимо увеличить до 30-40 м (отношение высоты съемки к радиусу образца не менее 15). Поэтому в СССР указанный способ градуировки не применяется, Наиболее близким к предлагаемому способу является способ градуировки и поверки геофизических авто- и аэрогамма-радиометров (спектрометров с применением насыщенных по гамма-излучению стандартных образцов с известными массовыми долями естественных радиоактивных элементов). Способ предусматривает применение комплекта малых стандартных образцов чистого калия, урана и чистого тория (с неустановленными МД ЕРЭ) массОй по

5 — 50 кг и одного (или нескольких) протяженных природных полигонов с установленными МД калия, урана и тория., Размеры природных полигонов для самолетного варианта выбираются в.пределах 1000х300 м, а для вертолетного варианта — 50 х 50 м.

Подготовка природных полигонов заключается в отборе проб, их анализе на калий, уран и торий и подсчете средних значений

МД ЕРЭ и их флюктуаций. В этом способепрототипе вначале с помощью комплекта ::алых образцов определяют лишь безразмерные отношения спектральных чувствительностей прибора в выбранных энергетических интервалах к урану и торию, окончательные градуировочные козффициенты определяют в процессе измерений на природных полигонах. определение поправок на высоту полета проводят на осНовании облета участка по его центральному профилю. Недостатками способа-прототипа являются недостаточная точность определения градуировочных гараметров, вызванная тем, что в результате неравномерной обнаженности, колебаний, влажно10 сти и эманирования участка во времени и пространстве затруднено определение аттестуемых значений МД ЕРЭ; высокая тру доемкость, и стоимость подготовки и аттестации природных полигонов; значи15 тельные непроизводительные затраты из-за подлетов на большие расстояния (сотни километров) от пунктов основного базирования до природных полигонов, снижение производительности работ.

20 Цель изобретения — снижение стоимости, повышение точности, производительности и оперативности градуировки и поверки.

Сущность предложения состоит в следу25 ющем: взлетно-посадочные полосы (ВПП} аэродромов представляют собой ровную, горизонтальную, покрытую однородными по составу бетонными плитами поверхность. Ширина участка составл: ет 40 м, дли30 на — 1500 м. Наполнителем бетона является щебень горных пород (гранит) с повышенными МД СР3. Бетонные плиты укладываются на подушку из той же горной породы толщиной не менее 45-50 см. У,зовен ь грун35 товых вод находится ниже подошвы подушки, а покрытие из бетонных пгит является надежной защитой от проникновения поверхностных вод. Технологией строител ьства ВПП предусмотрено тщательное

40 перемешивание бетона и гравийно-щебенистого наполнителя, что обеспечивает равномерность распределения МД ЕРЭ (коэффициент вариации содержаний не превышает 20-30;(,), что удовлетвс ряет требо45 ваниям создания СО состава, Таким образом, в процессе строительства ВПП автоматически.обеспечивается необходимое для градуировки и поверки спектрометрической аппаратуры равномерное распределе50 ние МД ЕРЭ в пределах участка на уровнях до10 10 $ урана,до30.10 4 j, торил идо

7 калия. Более того, поле гамма-излучения непосредственно над поверхностью ВПП (высота градуируемого детектора авто- или

55 аэрогамма -спектрометра составляет около

1 м) характеризуется равномерностью и устойчивостью почти на два порядка выше равномерности поля содержания ЕРЭ, что с большим запасом гарантирует соблюдение основных требований к стандартным образ1686912 цам свойств и состава ЕРЭ при использовании ВПП. Аттестацию ВПП в качестве стан- . дартных образцов МД ЕРЭ выполняют методом передачи размера единиц МД ЕРЭ от Государственных стандартных образцов 5 (ГСО) с помощью высокоточной гамма-спектрометрии с применением образцового прибора или компаратора по типовой методике.

Для практического осуществления. 10 предлагаемого способа проводят следующие операции;

1. По принятой в аэрогамма-спектрометрии методике путем измерений скоростей счета гамма-квантов от малых 15 стандартных образцов урана и тория в выбранных трех энергетических интервалах определяют отношения чувствительностей градуируемого авто- или аэрогамма-радиометра: .20

«N2v b2, «N3v«b3

Щ= — = — Q3

N1v b1 N1v Ь1

25 д N2Th С2 р ЗТЬ С3

М1ть С1 й1ть С1

Здесь b1, Ьг и b3 — чувствительности спектрометра к урану (скорости счета гам- ма-квантов на единицу МД урана) соответственно в первом, втором и третьем энергетических интервалах: С1,. Сг и СЗ вЂ” то 30 же к торию; а2, аз, Д и)Ъ вЂ” безразмерные отношения соответствующих чувствитЕльностей, численно равные отношениям сооТветствующих скоростей счета гамма-квантов от локальных источников-образцов.

2. На выбранных участках ВПП образцовым гамма-спектрометром, например РКП305. путем съемки по сети 5х5 м проводят передачу размера единиц МД ЕРЭ от Государственных стандартных образцов (ГСО). . Измерения проводят методом высокоточной гамма-спектрометрии. 8 результате обработки полученных данных определяют средние по участку МД калия, урана и тория.

8 пределах аэродрома Ржевка такие работы нами были выполнены на трех участках. Результаты передачи МД ЕРЭ приведены в. табл. 1.

3, Подлежащий градуировке авто- (или

Ф; аэрогамма) спектрометр помещают поСяедовательно в центр каждого иэ трех участков ВПП, проводят многократные измерения скоростей счета гамма-квантов в выбранных интервалах энергий и вычисляют средние их значения. Результаты граду-. ировки автомобильного спектрометра приведены в табл. 2.

4. С учетом данных определения отношения чувствительностей по п.1 раздельно по каждому из трех участков вычисляют их абсолютные значения, для чего: а) Записывают развернутые выражения скоростей счета гамма-квантов во втором и третьем энергетических интервалах спект" рометра, полученные при измерениях на первом участке ВПП, в форме:

Й21Ч1Ь2+Тп1С2; Й31 .Ч1b3+Th1C3.

Для нашего конкретного примера (см. таблицы 1 и 2) зто соответствует: е 62;5-40 b2+5 Сг; 8.0=40 Ьз+ 5 Сз . (2)

Необходимо заметить, что в выражениях (2) отсутствуют члены, учитывающие вклад гамма-излучения калия, так как по

ОпрЕдЕлЕниЮ аг-аЗ-О. б) Выражения (2) дополняют полученными по пункту 2 отношениями чувствительностей: а -0,75, аз - 0,05Р 2-1.0, Д -1,6, иэ которых очевидны выражения; — 15,,— = -0,625. (3) ьг «ж Сг %

b3 з )Б в) Совместное решение (2) и (3), представляющих собой устойчивую систему четырех уравнений с четырьмя неизвестными, позволяет однозначно определить чувстви- тельности:

Ьг=1,5, Ьз=0,1, C2"0,5, Сз 0,8. г) Записывают развернутое выражение скорости счета гамма-квантов в первом интервалеэнергий, полученной на участке1: . N11- К1а1+ Ч1Ь1+ ТЬ1С1 или 135.015а1+ 40Ь1+5С1, из которого с учетом данных отношений по п.1 однозначно определяют недостающие чувствительности: а1=2,0, Ь1-2.0, С1-0,5 ..

Принципиально на этой операции градуировка прибора может быть закончена, ибо определены все девять (с учетом двух нулевых чувствительностей) спектральных коэффициентов, необходимых и достаточных для последующих вычислений МД урана, тория и калия. Для повышения достоверности градуировки перечисленные операции дублируются минимум на трех природных полигонах. Поэтому аналогичным описанному в подпунктах а — r образом вычисляют значения чувствительностей по данным измерений на втором, а затем на третьем участках ВПП, пЬсле чего средние значения чувствительностей используют для вычисления определителя 00. а1 Ь1 С1

Оо- а2 Ь2 С2 аз Ьз Сз

1686912 и рабочих расчетных выражений для урана, торил и калия: й1х Ь1 С1

Кх g N2x Ь2С2 о йзх Ьз Сз а1х й1хС1 аг йгх Сг аз йзх Сз

Чх

10 а1 Ь1 N1x аг Ьг йг аз Ьз йзх

ТЬ 1 о

Для нашего примера получены. следующие числовые выражения

2,0 2,0 0.5

0 15 05

0 01 08

=2,3

Кх"0,5N1x — 0,6739й2х + 0,1087N3x 25

Чх-0,6957N2x — 0,4348 йэх

Thx 1 3043NÇx — 0,0870й2х, 1. Для;пределения поправочных коэффицие йов за рабочую высоту полета применяют общепринятую методику пролета 30 по цен гральному маршруту участка ВПП (" зависание" над центром участка в случае вертолетной съемки) на разных высотах vl вычисления отношений полученных МД ка-" лия, ур" íà и тория при аттестации участка 35 по п.2 настоящей заявки с фактически измеренными МД на данной высоте полета.

В табл. 3 приведены сравнительные данные измерений концентраций калия, урана и тория по спецконтрольному марш- 40 руту автомобильным гамма-спектрометром

РСА-007 М 03, градуированным по общепринятой методике с использованием природного полигона (графа 3-5), градуированного по заявляемой методике с 45

Использованием участков ВПП аэродрома

Ржевка (графа 6-8). Здесь же даны результаты химических определений ЕРЭ в отобранных пробах (графы 9-11), свидетельствующие о преимуществах градуировки и редлагаемым способом.

Таким образом, предлагаемый способ градуировки и поверки авто- и аэрогаммаспектрометрической аппаратуры вместо природного полигона использует участки

ВПП, решает поставленную задачу более точно, более оперативно и экономично. В нашей стране ежегодно работают десятки аэро- и автомобильных геофизических отрядов, применяющих затратную методику градуировки и поверки гамма-спектрометрической аппаратуры на удаленных природных полигонах. B случае принятия и внедрения предлагаемого способа градуи- . ровки с применением ВПП гарантируется получение значительного экономического эффекта. По расчетам авторов, подготовка и аттестация только одного природного полигона требует только 150 тыс. рублей затрат.

Эти затраты складываются иэ предварительных наземных и воздушных гамма-измерений, из отбора и анализа проб и обработки результатов измерений, из необ-ходимости периодического контроля всей активной площадки. В то же время, затраты на аттестацию четырех участков ВПП с существенно различными значениями массовых долей ЕРЭ не превысят трех тысяч рублей. При необходимости иметь на территории СССР 10-12 полигонов минимальный экономический эффект от внедрения пред-. ложенного приема градуировки на основе использования ВПП составит 1,5 млн. рублей, (56) Lovborg L. The calibration of portable and

curborne gamma-ray spectrometers Theory, problems facilities Res report М;, 2456, 1984, р. 207.

Техническая инструкция по аэрогаммаспектрометрической съемке. M,: Мингео, 1977.

1686912

Таблица 1

Номе астка

М ана 10

М калия 10

М то ия 10

40М

ЗОМ

21й1

15.0+ 1,3.

20,0й1,5

13,0Ю,7

5,0М,4

2,0Ю,З

7,0+0,5

Таблица 2

Номе астка

135,0

101,0

71,55

62,5

46,0

35 05

8.0

4,6

778

Таблица 3

МД ЕРЭ по способуи ототип

Номер пикеМД ЕРЭ по предлагаемом способ

МД ЕРЭ по химическом анализ и об

ММ и/и

V Th

Th

Th тов

10

10

10

10 10

10 .

5 что, с целью снижения стоимости, повышения тоЧности, производительности и оперативности, полигонные измерения проводят на участках штатных взлетно-по10;садочных полос аэродромов, причем последние предварительно . аттестуют, методом передачи размеров единиц массовых долей естественных радиоактивных . элементов от государственных стандарт15 ных образцов состава.

Формула изобретения

СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ

ГЕОФИЗИЧЕСКИХ АВТО- И АЭРО АММАРАДИОМЕТРОВ и спектрометров, включающий проведение измерений на комплекте малых стандартных образцов, а также проведение полигонных измерений на насыщенных по гамма-излучению средах с последующим определением градуировочных коэффициентов, отличающийся тем, Составитель А.Боголюбов

Техред М.Моргентал Корректор(П.Гереши

Редактор Г,Шагова

Заказ 3193

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

2

4

6

8

10

10,5

11,0

11,5

12,0

15,0

15,5

16,0

21,5

22,0

22,5

11

11

13

13

18

12

4

29

26

26

19

7

1

11

12 .8

18

32

23

13

38

ЗЗ

34

28

33

29

18

17

16

22

23

18

36

37

37.

36

31

5 .

4, 4 ":

2

3 t0