航空伽玛能谱测量大气氡校正方法研究

【类型】学位论文

【作者】谷懿 

【关键词】 大气氡 伽玛能谱 高度衰减系数 校正系数

【摘要】氡是自然界唯一的天然放射性气体,其衰变子体悬浮于大气环境中自发衰变并且释放伽玛射线,这对航空伽玛能谱测量有较大的影响,对大气氡校正方法研究对提高我国航空伽玛测量领域技术理论水平和拓宽其应用范围具有重要意义。论文讨论了大气氡的来源及其分布特点,以氡迁移的对流-扩散模型为基础,建立地空界面上大气氡浓度分布的数学表达式,从理论上解释了大气氡的来源和大气氡的分布。根据大气氡分布理论和陆地伽玛射线在大气中的衰减规律,分析了大气氡对航空伽玛能谱测量仪器谱的影响;根据航空伽玛测量谱线构成和高、低能伽玛射线在大气中衰减差异,提出了扣除散射射线的谱线比大气氡校正新方法,并建立了谱线比大气氡校正的数学模型。比较采用传统剥离系数消除散射射线的影响,分析了谱线比大气氡校正方法的适用性。在该方法的研究过程中,针对大气氡对航空伽玛能谱测量的影响,设计并完成两项试验:（1）通过地面大气氡影响试验对大气氡对航空伽玛测量影响有了直观的认识,并初步估算出大气氡在地面测量低能窗和铀能窗的贡献占地面测量结果的比例分别能达到8%和18%以上;（2）实施了不同高度伽玛能谱测量试验。结果表明,在大气氡影响下低能窗和铀能窗的高度衰减系数分别为0.00813和0.00238,较无大气氡影响情况下,低能窗和铀能窗计数随高度的衰减速度会显著的降低。大气氡校正方法中的校正系数是该方法能否准确扣除大气氡影响的关键,论文中通过对校正系数的分析,从理论推导了各组分校正系数随测量高度、地面铀组分校正系数与大气氡校正系数的关系。在此基础上,设计了基于饱和基准模型测量的校正系数刻度方法。避免了使用对谱形的数学拟合或矩阵运算而可能导致校正系数错误和物理含义模糊的问题,且该校正系数刻度方法容易实现,无需大量的实际刻度飞行数据,提高了刻度效率。论文中采用了蒙特卡罗方法代替数值分析和实验测量对航空伽玛能谱测量大气氡校正进行了研究。在对校正系数的刻度中,为提高模拟效率,采用了分解式的模拟过程:（1）模拟了探测器对不同组分伽玛射线的参考射线和特征能窗射线本征峰探测效率之间关系,提出了相对本征峰探测效率的概念,用于描述伽玛能谱探测器对各组分参考峰伽玛射线和铀、钍能窗伽玛射线本征峰探测效率的差别。（2）模拟了航空伽玛能谱测量大气氡组分、陆地铀组分和钍组分低、高能射线入射至探测器通量的比值随高度变化关系。（3）使用蒙特卡罗模型对不同空气密度下陆地伽玛射线高度衰减系数和校正系数的变化规律,解决了实际试验中较难控制空气密度的问题。在论文的最后,对两种校正系数刻度结果进行了讨论和初步的误差分析。将刻度结果应用在高度测量试验结果中,获得满意的结果,经过氡校正后铀能窗和低能参考能窗的高度衰减系数更符合理论分析值,与理论值的相对误差不超过6%。采用饱和基准模型测量和蒙特卡罗模拟刻度的校正系数值,在80110m高度中,大气氡校正后铀能窗计数相对误差不超过30%。

【学位名称】博士

【学位授予单位】成都理工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】葛良全，周坚鑫

【读秀链接】读秀链接