伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置论文和设计-张焱

全文摘要

本实用新型公开一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，该装置包括γ能谱探测系统、主动式X荧光系统、辅助设备。本实用新型的优点在于：采用同位素嵌入，自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题。解决低能区γ射线（能量＆lt;0.5MeV）的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素。主动式X荧光实现地层中从Si到U等元素同时进行定量与地层参数解析。伽马能谱与主动式X荧光联合提高解析准确度，实现铀、钍、镭、钾等多核素同时测量。

主设计要求

1.一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于：该装置包括γ能谱探测系统、主动式X荧光系统、辅助设备，γ能谱探测系统包括γ射线探测器（1）和集成电子学数字多道分析仪（5），γ射线探测器（1）通过电路连接集成电子学数字多道分析仪（5），主动式X荧光系统包括同位素源（2）、X荧光探测器（3）、铍窗(4)和集成电子学数字多道分析仪（5）,X荧光探测器（3）通过电路铍窗(4)和集成电子学数字多道分析仪（5）连接，辅助设备包括电缆（6）、滑轮（9）、套管（10）和计算机（7），集成电子学数字多道分析仪（5）通过电缆（6）传送至计算机（7）；套管（10）的一端设有滑轮（9）。

设计方案

1.一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于：该装置包括γ能谱探测系统、主动式X荧光系统、辅助设备，γ能谱探测系统包括γ射线探测器（1）和集成电子学数字多道分析仪（5），γ射线探测器（1）通过电路连接集成电子学数字多道分析仪（5），主动式X荧光系统包括同位素源（2）、X荧光探测器（3）、铍窗(4) 和集成电子学数字多道分析仪（5）, X荧光探测器（3）通过电路铍窗(4) 和集成电子学数字多道分析仪（5）连接，辅助设备包括电缆（6）、滑轮（9）、套管（10）和计算机（7），集成电子学数字多道分析仪（5）通过电缆（6）传送至计算机（7）；套管（10）的一端设有滑轮（9）。

2.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于：γ射线探测器（1）包括常用的碘化钠、锗酸铋、溴化镧探测器。

3.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于：采用同位素源（2）主动式激发X荧光，同位素伽马源为137Cs。

4.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于： X荧光探测器（3）为碲化镉探测器、碲锌镉探测器、低能碘化钠探测器，探测范围为1keV到1MeV。

5.根据权利要求1所述伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，其特征在于：铍窗（4）厚度为0.1-1mm。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于核测井领域，涉及核技术，尤其是一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置。

背景技术

核电的主要燃料铀，作为国家重大战略物资，影响和制约着我国核电等能源战略发展。我国的核能发电计划使得对铀的需求量急剧增加，为了解决核燃料问题，我国已经在全球范围内寻觅原料，但是为了避免国外市场震荡带来的风险，必须加强我国铀矿资源勘查与勘探开发的力度，以满足我国迅速发展的核能事业对铀资源的需求。

目前，我国铀矿勘探一般采用的总量γ测井技术，需要通过大量的岩矿取样和化学分析来修正总量γ测井中铀含量定量解释结果，即修正铀镭平衡、氡射气、钍钾干扰等因素，存在解释效率低、误差大等缺点。γ能谱测井比总量γ测井在性能上先进，但其也受到干扰因素较多，如地层散射到时低能区累积效应，探测器漏计数；谱漂严重；铀、钍、镭、钾等放射性核素相互干扰等难题，严重影响测量精度。因而，现如今急需一种快速、准确的铀、钍、镭、钾同时解析的测井装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，该装置通过X荧光信息得到的地层多元素与地层信息为γ射线探测器的能谱解析提供关键参数，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量。

本实用新型的技术方案为：一种伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，该装置包括γ能谱探测系统、主动式X荧光系统、辅助设备，γ能谱探测系统包括γ射线探测器和集成电子学数字多道分析仪，γ射线探测器通过电路连接集成电子学数字多道分析仪，主动式X荧光系统包括同位素源、X荧光探测器、铍窗和集成电子学数字多道分析仪, X荧光探测器通过电路铍窗和集成电子学数字多道分析仪连接，辅助设备包括电缆、滑轮、套管和计算机，集成电子学数字多道分析仪通过电缆传送至计算机；套管的一端设有滑轮。

γ射线探测器包括常用的碘化钠、锗酸铋、溴化镧探测器。

采用同位素源主动式激发X荧光，同位素伽马源为137Cs。

X荧光探测器可以为碲化镉探测器、碲锌镉探测器、低能碘化钠等探测器，探测范围为1keV到1MeV。

铍窗厚度为0.1-1mm。

本实用新型的优点在于：采用同位素嵌入，自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题。解决低能区γ射线（能量<0.5MeV）的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素。主动式X荧光实现地层中从Si到U等元素同时进行定量与地层参数解析。伽马能谱与主动式X荧光联合提高解析准确度，实现铀、钍、镭、钾等多核素同时测量。

附图说明

图1为本发明装置工作示意图。

图2为铀矿伽马能谱图。

图3为X荧光能谱图。

其中：

1- γ射线探测器；2-同位素放射源；3-X荧光探测器；4-铍窗；5-集成电子学数字多道分析仪；6-电缆；7-计算机；8-地层；9-滑轮；10-套管。

具体实施方式

本实施例中，是一种新型的伽马能谱与主动式X荧光同时测铀、钍、镭、钾的装置，其基本原理为：利用γ射线探测器1收集地层8中放射性核素的伽马信息获得0.5 MeV-4MeV能量范围内的伽马能谱，并判断此刻地层是否存在放射性核素；同时利用同位素源2主动式激发地层8元素1keV-1MeV范围的 X荧光信息，通过铍窗4被X荧光探测器3采集形成能谱，得到地层多元素及参数信息，最后联合伽马能谱与X荧光能谱进行地层铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时测量。采用伽马能谱与主动式X荧光技术联合测量，克服谱漂、累计效应等难题，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量。伽马能谱与主动式X荧光联合同时测铀钍镭钾的装置，由γ能谱探测系统、主动式X荧光系统、辅助设备组成。其中γ能谱探测系统包括γ射线探测器1和集成电子学数字多道分析仪5，γ射线探测器1对能量范围0.5MeV-4MeV的地层8γ射线进行采集并传送至集成电子学数字多道分析仪5形成能谱分析，解决低能区γ射线（能量<0.5MeV）的累积效应带来的γ射线探测器饱和与漏计数难题，并判断此刻地层是否存在放射性核素；主动式X荧光系统包括同位素源2、X荧光探测器3、铍窗4和集成电子学数字多道分析仪5, 采用同位素源2主动式激发地层8的元素信息，地层多元素被同位素源激发后产生的X荧光信息穿过铍窗4后，1keV-1MeV的X荧光被X荧光探测器3采集并传送至集成电子学数字多道分析仪5形成能谱分析，通过特征X荧光峰值信息进行地层多元素定量与地层参数的分析；此外，同位素源2释放的伽马射线同样被γ射线探测器1采集，根据特征峰的道址，自动进行γ射线探测器的能量刻度校准，克服谱漂问题；辅助设备包括电缆6、滑轮9、套管10和计算机7，集成电子学数字多道分析仪5形成的γ和X荧光能谱通过电缆6传送至计算机7联合解析，通过X荧光信息得到的地层多元素γ射线探测器的能谱特征峰对比，二次判断地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素含量，实现地层中铀、钍、镭、钾等放射性核素的同时准确测量，克服传统单一伽马能谱低能饱和、谱漂和多核素相互干扰等难题。

实施例1：

1. 采用法国圣戈班公司的BGO探测器，探测器高压900V，放大倍数11，探测阈值0.5MeV，能量分辨率9.7%@0.667MeV。

2. 同位素伽马源为137Cs，活度300微居。

3. 采用美国amptek公司碲化镉探测器，铍窗厚度0.5mm，分辩率<1.5 keV @122keV，探测阈值1keV。

4. 集成电子学数字多道分析仪由发明人自主研制，采用双通路FPGA集成，道数512-2048道可选。

5. 套管直径90mm，材质为304不锈钢。

6. 地层为标准模型井，其中铀含量1%，每次测量时间为60s，测量距离间隔10cm。

7. 图2和图3分别展示了γ射线探测器和X荧光探测器的能谱图，通过特征峰能量如铀元素的特征峰为98.42keV、钍元素的特征峰为93.33keV、镭元素的特征峰为88.48keV，钾元素的特征峰为3.31keV，分别求得元素含量为铀1.01%，钍含量0.02%，镭0.5%，钾0.05%。

以上所述，仅是本发明的叫价实施例，并非对本发明作任何限制，根据本发明技术实质可以有各种更改和变化。凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同提花、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

设计图

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