EJ T 1139-2001 勘查用γ辐射仪和γ能谱仪性能和测试方法.pdf

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1、ICS 27. 120.30 F 85 J 中华人民共和国核行业标准FL 2190 EJ/T 1139-2001 勘查用y辐射仪和y能谱仪性能和测试方法Y -ray rad i at i。nmeters and Y -ray spectr。metersused f。rpr。specting-characteristicsand test meth。ds阳l！刷刷2001-11-15发布国防科学技术工业委员会发布EJ/T 1139-2001 目IJ吕本标准规定勘查用y辐射仪和y能谱仪的主要性能和测试方法。本标准是在已发布和实施的产品标准EJ/T583-91轻便测井仪、EJ厅584-94勘探用便携

2、式Y辐射仪和ly能谱仪、EJ厅585-91车载y能谱测量系统的基础上编制的。勘查用y辐射仪和y能谱仪有多种类型：便携式y辐射仪和y能谱仪、Y总量测井仪和y能谱测井仪、车载y能谱测量系统以及航空y能谱测量系统等。而Y能谱仪（包括能谱测量系统）又分囚道能谱仪和多道能谱仪。四道即总道、铀道、仕道和伺道，在铀矿勘查中最常用。便携式y辐射仪和￥能谱仪由探头和主机（操作台）组成。按结构形式分为一体型（探头和主机组成一体）、分体型探头和主机用电缆连接起来。常用的探测器有闪烁探测器（如Nal(Tl和半导体探测器如高纯错、Si(Li)等）。Y总量测井仪和y能谱测井仪由下井仪器（探管和地面仪器组成。下井仪器包括y

3、辐射探测器及其相应的功能部件和外壳。地面仪器包括绞车、电缆和操作台。车载能谱测量系统包括探测器、Y能谱数据采集和分析系统、以及定位系统等辅助设备。本标准不涉及航空y能谱测量系统，其主要性能和测试参见EJ厅1032一1996航空伽玛能谱测量规范附录B和IEC1334:1992地面y辐射航测仪。本标准由全国核仪器仪表标准化技术委员会提出。本标准由核工业标准化研究所归口。本标准起草单位：核工业北京地质研究院。本标准主要起草人：张银贵、张彪。EJ/T 1139一2001勘查用y辐射仪和y能谱仪性能和测试方法1 范围本标准规定了勘查用y辐射仪和y能谱仪的主要性能和测试方法。本标准适用于勘查用便携式y辐射

4、仪和y能谱仪、Y总量测井仪和y能谱测井仪、军载y能谱测量系统。本标准不适用于航空y测量系统。2 规范性引用文件下列规范性文件中的有关条文通过本标准的引用而成为本标准的条文。下列注明日期或版次的引用文件，其后的任何修改单或修订版本都不适用于本标准，但提倡使用本标准的各方探讨使用其最新版本的可能性。下列未注明日期或版次的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB/T 4833-1997 多道脉冲幅度分析器主要性能、技术要求和测试方法GB/T 8993-1998 核仪器环境条件与试验方法EJ 528-1998 核仪器安全通用要求3 术语3. 1 3.2 3.3 本标准采用下列术语。含量灵敏度concen

5、tration sensitivity 仪器对被测物放射性元素含量所具有的响应。含量换算系数concentration conversion coefficient 仪器单位示值所相当的放射性元素的含量。本底background在没有被测辐射源存在的条件下，测量装置的固有示值。这些示值是宇宙射线、周围环境中的放射性物质和探测器本身的放射性污染等引起的。3.4 能量非线性energy non-I inear ity 在能量响应范围内，能谱仪放大器输出脉冲幅度与入射光子能量之间的非线性。3.5 含量非线性concentrationnon-I i near i ty 在某种元素的可测量含量范围内，仪

6、器示值与含量之间的非线性。3.6 照射量exposure x或y射线在质量为dm的空气中释放出来的全部电子（正电子或负电子）被空气阻止时，在空气中产生一种符号的离子的总电荷的绝对值dQ除以dm，即：3. 7 3.8 EJ/T 1139-2001 dQ X气一（Clkg)(I) m 照射量率exposure rate 在dt时间内照射量的增量dx除以dt，即：X去问d(2) 照射量率灵敏度exposure rate sensitivity 仪器对单位照射量率的响应。4 主要性能和使用环境条件4. 1 主要性能勘查用y辐射仪和y能谱仪的通用性能有本底、工作误差、含量非线性、不稳定性和功耗。另外还有

7、如下特定性能：序乒J 2 3 4 5 6 7 8 9 IO JI 12 13 14 2 的照射量率灵敏度或含量灵敏度（￥辐射仪和y总量测井仪）：b）能量分辨率、含量换算系数、相对固有误差（囚道或多道y能谱仪；c) 能量非线性、积分非线性和微分非线性（多道y能谱仪：d）介电强度、绝缘电阻和漏电流（测井仪）。主要性能及其测试要求如表1所示。表1y辐射仪和y能谱仪主要性能及其测试要求测试要求性能便携式仪器测井仪车载测量系统Y辐y能谱仪 y能谱仪四道y多道y射仪囚道多道总量四道多道能谱仪能i需仪能量分辨率+ + + + + + 照射量率灵敏度或含量灵敏度+ + 含量换算系数+ + + + + + 本底

8、+ + + + + + + + 相对固有误差+ + + + + + 工作误差+ + + + + + + + 能量非线性+ + + 含量非线性+ + (+) + + (+) + (+) 积分非线性+ + + 微分非线性+ + + 不稳定性+ + + + + + + + 功耗+ + + + + + + + 介电强度+ + + 绝缘电阻+ + + 测试条目5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5. ll 5.12 5.13 5.14 5.15 EJ/T 1139一2001表1（续）测试要求测序便携式仪器测井仪车载测量系统试性Y辐Y能谱仪Y能谱仪四道y多道y条号y

9、射仪四道! 多道总量四道| 多道能谱仪能谱仪目15 漏电流+ + + 5.16 注l：“”表示必测项目：“（）”表示选测项目注2：含量灵敏度和含量换算系数都用来描述元素含量和仪器响应的关系，两者密切相关，在y能谱仪中通常使用含量换算系数4. 2 环境条件严酷等级勘查用y辐射仪和y能谱仪在野外条件下使用，在恶劣的气候条件和机械条件下应保证仪器性能，其低温、高温、温度变化、湿度、高低气压等气候条件，以及振动、冲击、碰撞等机械条件的严酷等级如表2所示（参见GB厅8993-1998的表5.1和表7.1）。表2y辐射仪和y能谱仪环境条件的严酷等级环境条件环境参数环境条件严酷等级便携式测井车载分代项目名称

10、单y辐Y能谱仪Y总Y能谱仪四道多道类码位射仪四道多道量四道多道能i普能谱低温 -10 -10* -25 气高温 40 40* 40170 候温度变化 -5125 -5125* -5130 条K 高相对温度% 93+Z -3 C35C) 935 (35） 93+Z -3 (40） 件低气压kPa 86 86* 86 高气压kPa 106 106* 106 正弦稳态振动位移幅度mm 3.5 7.5 7.5 加速度峰值m/s2 10 20 20 机频率范围Hz 29 9200 29 9200 29 9200 非稳态振动（包括冲击）械冲击响应谱类型II II II 加速度峰值m/s2 100 300

11、300 1000 300 1000 条M 自由跌落高度质量lkg口10.25 件质量lIOkg口10.1 0.5 质量1050kg口10.05 0.25 . 测井仪的探管工作在井下，温度高、受压大，应由说明书明确规定特殊的环境条件。40一一有通风，发动机室除外：70C无通风，发动机室除外。5 IJ试方法5. 1 测试总要求5. 1. 1 测量器具必须经法定计量部门检定，并在有效期内。3 EJ/T 1139-2001 5. 1. 2 主要性能测试应在基准条件或标准试验条件下进行，在测试环境不产生异议时，可在正常大气条件下进行测试。基准条件、标准试验条件和正常大气条件见表3。5. 1. 3 仪器测

12、量前应按规定进行预热。5. 1. 4 测量计数和谱数据时，应选取足够的测量时间，以保证获取数据的有效。对单个数据的测量，应读多次数取平均值作为一个数据。5.2 能量分辨率5. 2. 1 测试设备工作源137Cs，活度为3104Bq7104Bq。多道脉冲幅度分析器，l台。表3基准条件和标准试验条件影响量基准条件标准试验条件环境温度20 1822c 相对湿度65% 55l也75%大气压强101.3 kPa 86 kPa 106 kPa 直流供电电压额定值Ct士1%）额定值交流供电电压LJN ( l土1%)UN 交流供电频率50Hzb (l士1%)50Hz 交流供电波形正弦汲波形总畸变5%环境y辐射

13、可忽略空气吸收剂量率小子0.25 Gy/h 外界电磁场干扰可忽略小于引起干扰的最低值外界磁感应可忽略小于地磁场引起干扰的2倍放射性污染可忽略可忽略a UN单相电源220V或三相电源380Vo b 交流供电频率，特殊情况技产品标准处理。5.2.2测试程序正常大气条件isc35C 45!- 75% 86 kPa 106kPa 将探测器端面中心贴近工作源，并使探测器的输出信号输入多道脉冲幅度分析器（对四道y能谱仪，用单独的多道脉冲幅度分析器：对多道y能谱仪，用本身的多道脉冲幅度分析器），选择足够长的测量时间，测量137Cs源y能谱，并绘制计数率N与能量E的关系曲线，如图l所示。N o N0!2 E

14、图1计算能量分辨率的示意图4 EJ/T 1139-2001 5.2.3 数据处理从图1可取与137Cs光电峰半高宽FWHM相应的能量差M，按式（3）计算能量分辨率Re:E 几Eoxl00% . (3) 式中：E。一一图1中对应137Cs光电峰峰位道的能量（661keV）。.1E和Eo常用多道脉冲幅度分析器的道址m表示。5.3 灵敏度根据实际需要测量照射量率灵敏度或含量灵敏度。5. 3. 1 照射量率灵敏度点源法适用于测量（y射线）照射量率灵敏度。点源法测量应在检定场的条件下进行。检定场地必须平坦开阔，被测仪器的探测器和标准源都应处于距地面1.5m以上的同一高度上，并应避免存在与检定无关的任何辐

15、射源和可能引起散射的物体，且周围无影响正常工作的机械振动和电磁场干扰。5. 3. 1. 1 测试设备标准源226Ra，固体，0.lmg级或1.0mg级。5. 3. 1.2 测试程序应合理选取检定点井确定相应的探测器与标准源的距离。对线性率表仪器，其检定点应在每个量. 程i雨刻度的75%附近：对数字仪器，应在20,80, 320 nC/(kg.h）附近选取23个检定点。设xi表示检定点处的照射量率，则用式（4）计算对应该检定点的探测器中心与标准源的距离D;(m): D1= I十.( 4) v xi 式中：A一一标准源常数。将标准源放在与探测器中心相距不同距离D，的地方，记录相应仪器读数川，并测量

16、无源时仪器的本底计数率l吨。5. 3. 1. 3 数据处理绘制仪器读数N，和照射量率X的关系图，用直线拟合各数据点，得到Ra源标定曲线（见图2）。N 。x xi 图2Ra源标定曲线5 EJ/T 1139一2001照射量率灵敏度Se即图2中直线的斜率，按式（5）计算t6.N N N Se；. ( 5) 6. x XI 式中tN1一一图2中直线上点A的纵坐标，s飞x，一一图2中直线上点A的横坐标，nC/(kg.h）。5. 3.2 含量灵敏度饱和模型法适用于测量y辐射仪和y总量测井仪的放射性元素含量灵敏度。5. 3. 2. 1 测试设备Y辐射仪用模型：一一地面铀饱和模型，一个：一一地面本底模型，一个

17、y总量测井仪用模型z一一测井铀饱和模型，一个：一一测井本底模型，一个。5.3.2.2 测试程序将Y辐射仪的探测器分别放在地面铀饱和模型和地面本底模型上，测量足够长的时间，以保证所测量的计数率有足够的精度，记录所测得的计数率N和凡。将Y总量测井仪的探测器分别放在测井铀饱和模型和测井本底模型上，用相同的方法得到另一套数据N和Nbo,5.3.2.3 数据处理Y辐射仪的含量灵敏度SQ用式（6）计算t,. N-N, 句亏亏且（- Q-(h 式中zN一在饱和铀模型上测得的计数率，s;Nb一在本底模型上测得的计数率，sI;9一一铀饱和模型上的当量铀含量，模型中所含饵和牡的含量都折合成当量铀含量，git;Qb

18、一一本底模型的当量铀含量，git.Y总量测井仪的含量灵敏度Sc同样用式（6）计算，只是使用y总量测井仪的相应数据。5.4 含量换算系数5.4. 1 便携式y能谱仪5. 4. 1. 1 测试设备6 饱和标定模型一套，包括：一一本底模型：一一铀模型，主要含铀，少量牡、何元素，且要求铀、锯处于平衡状态：一一牡模型，主要含牡，少量铀、饵元素：一一饵模型，主要含饵，少量铀、牡元素：一一混合模型，它含有适当比例的铀、牡、饵，用来检验仪器的含量换算系数是否准确。精密脉冲幅度发生器，1台。EJ/T 1139一20015. 4. 1. 2 常用能量范围为避开自稳参考源的影响，便携式y能谱仪的能量范围必须高于自稳

19、源特征辐射的能量范围。当Y能谱仪的能量分辨率优于9%时，可采用表4所示的常用能量范围：当谱仪能量分辨率为9俨11% 时，可参照表4所示的能量范围适当放宽，但谱不应重叠。表4能谱测量常用能量范围分析元素被测核素Y射线能量能量范围MeV MeV K 41( l.46 1.381.56 u 214Bi l.76 l.66-1.90 Th 2”Tl 2.62 2.442.77 5. 4. 1. 3 测试程序5. 4. 1. 3. 1 设置y能谱仪铀道、牡道、饵道道宽对四道y能谱仪，按产品说明书进行。对多道y能谱仪，将探测器放在牡模型上，调节放大器增益，一般使牡道的2.62MeV峰位于总道数的2/3道址

20、，再按表4分别确定在饵、铀、牡测量峰位对应的道址以及相应道宽。注：何道、铀道、吐道是指有一定多道道数的窗口5.4. 1.3.2 首先，选取足够的测量时间，在本底模型上测量饵道、铀道、牡道的计数率Nk.BNu.s N,s。其次，依次在何、铀、牡模型上进行测量，存储各道的计数率NiJ(i=k、u、t，分别代表饵道、铀道、牡道：j=k、u、t、m分别代表饵模型、铀模型、牡模型、混合模型。5.4. 1.4 数据处理将饵模型、铀模型、牡模型上测得的各道计数分别减去本底模型上测得的各道计数，并将铀模型、牡模型、饵模型上饵、铀、牡的含量分别减去本底模型钢、铀、牡的含量后，代入式（7）（10)分别计算铀、牡、

21、饵道的含量换算系数A，、B，、C;(i=I. 2, 3，不同于Nu中的i，依次表示铀、牡、饵元素含量的换算系数）：Nk,k Nu.k N(kl INk,u Nu,u N(ul .(7) Nk,t Nu,t N4J Nk,k Qi.k N4k Nk,u A: ,Nk,t NN- A叫乱A ( 8) Nk,k Nu,k QH N k,u N u,u ) i,u B; = I N k, t Nu, t () i, ti (9) . d 7 式中：EJ/T 1139一2001Qk Nu,k Qu Nu,u j= IQt N，t Nt1(10) Nie.Jo N时，N厂一减去本底模型上各道计数（. N.

22、 Nt, a）后，饵模型上钢、铀、牡道的计数率，sl; Nie, Nu,u 坷，u一减去本底模型上各道计数（屿，Nu, N, a）后，铀模型上例、铀、牡道的计数率，s-1; 吨，凡，坷，一一减去本底模型上各道计数（Nk, Nu, 屿，9）后，牡模型上饵、铀、牡道的计数率，sl;，矶，Qi，厂一减去本底模型含量后，铀、牡、饵模型中的铀、牡、何（分别用i=l,2, 3表示）的含量，git.注：N的下标技测量道计数率和模型的顺序排列，Q的下标按元素含量和模型的顺序排列，每个符号只用两个下标例如，凡，k表示锦（k）模型上铀（u）道的计数率：G，表示牡模型上铀、牡、何元素（分别用i=I,2. 3表示）的

23、含量5.4. 2 车载y能谱测量系统5. 4. 2. 1 测试设备航测饱和标定模型一套，包括：一一本底模型：一一一航测铀模型，主要含铀，少量牡、何元素，且要求铀、锯处于平衡状态：一一顿测牡模型，主要含牡，少量铀、饵元素：一一航测饵模型，主要含饵，少量铀、牡元素：一一航测混合模型，它含有适当比例的铀、牡、饵，且要求铀、锚处于平衡状态，用来检验仪器的换算系数是否准确。5.4.2.2常用能量范围常用能量范围同5.4.1.2.5.4.2.3 测试程序同5.4.1.3。如果车载y能谱测量系统的探测器中心在航测模型上方约Im高度，则模型不能视为饱和。应根据探测器到模型表面的高度确定模型的饱和度，然后按照式

24、（I I ）对各道实测计数率进行修正：式中：N。一一实测的计数率，st;N一一修正后的计数率，sl;N争 ( I I ) B一一模型饱和度（由国家一级放射性模型站提供数据）。5.4.2.4 数据处理数据处理同5.4.1.4。5.5 本底测量仪器本底有两种方法：水面法和模型法。本标准推荐水面法。8 EJ/T 1139一2001水面法应选择不受放射性污染、水深大于2m、半径大于50m的水域，将探测器悬于木制船体外的水面上进行测量。记录或存储各道的计数率。对于Y辐射仪和y总量测井仪等，应测量多次后计算平均值作本底值。对于多道y能谱仪，则本底是测得的本底谱。5.6 相对圄有误差5. 6. 1 测试设备

25、铀模型：一混合模型一个（用于便携式y能谱仪）：一一测井混合模型一个（用于y能谱测井仪）：一一航测混合模型一个（用于车载Y能谱测量系统。上述混合模型都含铀、牡、梆元素。5. 6.2 测试程序将y能谱仪的探测器放在混合模型中心位置上，测量足够长的时间，记录铀道、牡道、饵道的计数率（扣除本底）Nu，风，Nk：对直接显示铀、牡、何含量的Y能谱仪，则记录其含量息，Q,Qk 0 用同样的方法测量y能谱测井仪和车载y能谱测量系统的相应数据凡，叫，几或鸟，岳，Qk0 5. 6. 3 数据处理对示值为计数率的y能谱仪，按式（12）计算铀、牡、何含量Q.,Q,Qk:式中：Qu= A1Nu+B1Nt+C1Nk Qt

26、= A2Nu+B2Nt+C2Nk (12) Qk= A3Nu乌Nt+C3Nkl4、B，、C，一一铀、牡、饵的含量换算系数Ci=l、2、3），由式（8）、（9）和(IO）计算。再将测量、计算值息，Q,Qk分别与混合模型中己知的铀、牡、何含量Q.,o、Q,o、Qko进行比较，用式（13）计算y能谱仪测量铀、牡、饵含量的相对国有误差瓦，丘，Ek:IQ. -Q.ol II 一一一一一x100% Q.,o IQ,-Q,ol I . ( 13) E. 一一一x100% Q, jQk一Qkolk 一一一一一100% Qk Y能谱测井仪和车载y能谱测量系统的相对固有误差同样用式（13）计算，只是使用y能谱测井

27、仪和车载y能谱测量系统的相应数据。5. 7 工作误差用当量平衡铀源作检验源，使测量值在有效测量范围上限的1110113处，选择足够长的测量时间，分别在表2的环境条件下或经过相应的环境试验后，按5.6的方法进行测量，用式(14）计算仪器对铀的工作误差Eu,i:9 EJ/T 1139-2001 E .i乌严x100%.(14) 式中：Qui在某一环境条件下或经过某一环境试验后仪器对检查源的测量值，g/t;Quo检查源的基准值，git。最后，取Ei中的最大值作为仪器的工作误差。5.8 能量非线性5. 8. 1 测试设备锚（或铀矿粉）源一个，活度为（15）104Bq：牡矿粉源一个，活度为(I5）104

28、Bq。5. 8.2 测试程序将放射源放在探测器前端的中心位置上，适当选择放大器增益，使2osTI（址源子体）的2.62MeV峰位于总道数的213道址，分别测量牡源和锚源全谱。测量时间应适当长，使谱中每个峰有足够的计数，能准确确定峰位道的道址。记录牡源y谱中0.24MeV、0.58MeV、2.62MeV能量峰对应的道址及锯源y谱中0.61MeV、l.12MeV、1.76MeV能量峰对应道址。5.8.3 数据处理以址源和锚源标定yi普中6个峰的能量（0.24,0.58, 0.61, 1.12, 1.76, 2.62 MeV）和这些峰的道址为数据，用最小二乘法进行拟合，得到能量刻度的理想直线。能量非

29、线性NLE用式（15）进行计算：A八F 一，早Lxl00%.( 15) 式中zdEm囚一一实现tl能量刻度曲线与理想直线的最大偏差，MeV;Em能量响应范围的上限值，这里取3MeV。5.9 含量非线性5. 9. 1 测试设备铀饱和模型，一套，不同级别模型中的铀元素含量覆盖测量范围。5.9.2 测试程序将探测器放在不同的铀饱和模型中心位置上，分别记录仪器示值：含量Q或计数率N。计数率N可用式（6）或Cl2）换算为含量Q.5.9.3 数据处理10 将所测数据用最小二乘法进行拟合，得到含量刻度的理想直线。含量非线性NLQ用式(16）进行计算：L 丝且Q二元旦旦Lx100%. (16) 式中：dQm阻

30、一一实测含量刻度曲线与理想直线的最大偏差，git;EJ/T 1139-2001 Qm一一一套铀饱和模型中铀元素含量的最大值，git.5. 10 积分非线性积分非线性按GB!f4833一1997中7.4规定的测试方法进行测量。5. 11 微分非线性微分非线性按GB!T4833一1997中7.5规定的测试方法进行测量。5. 12 不稳定性5. 12. 1 测试设备U-Th矿粉混合源，其放射性活度应足够高，能保证y能谱仪铀、牡、何道计数率不小于40s1.5. 12.2 测试程序将U-Th矿混合源放在探头前端，开启仪器电源，按产品标准规定的时间预热后，首先测初始值N。，然后在8h内每隔Ih获取一个数据

31、（连续读3次取平均值），共计8个数据N;Ci=l8）。5. 12.3 数据处理仪器的不稳定性NS用式(17）进行计算：IN广NolNS= No max x100% (I 7) 式中：儿和N，一一仪器的初始值和随后获取的数据（例如计数率，s）。5. 13 功耗开启仪器电源，在最大负荷条件下，使用适当精确度和量程的电压表和电流表，分别测量仪器的供电电压和相应的输入电流。仪器的功耗P用式（1引进行计算：P=UJ(W ) . ( 18) 式中：U一一仪器的供电电压值，V:I一一仪器的输入电流值，A。当整个仪器由多根电源线吸收功率时，应分别测量这些功率，然后求和得到整个仪器的功耗。5. 14 介电强度介电强度按EJ528一1998中4.5所规定的测试方法进行测量。5. 15 绝缘电阻绝缘电阻按EJ528中4.6.1所规定的测试方法进行测量。5. 16 漏电流漏电流按EJ528中4.6.2所规定的测量方法进行测量。II CONAMMU阳气mH