分段校正FD3019型γ測井儀器的方法分析

李　悅

（浙江省核工業(yè)二六九大隊，浙江金華321000）

分段校正FD3019型γ測井儀器的方法分析

李悅*

（浙江省核工業(yè)二六九大隊，浙江金華321000）

放射性測井儀器校正是儀器誤差檢查中必要的一環(huán)，減少測井儀器計量誤差會對測井質(zhì)量有明顯提高。通過采用不同“死”時間補償進行儀器校正，分析誤差結(jié)果，說明傳統(tǒng)校正方法存在的問題，以及通過分段校正FD3019型γ測井儀器的對比結(jié)果，分析分段校正的可行性。結(jié)果表明特高品位鈾礦段測井，分段校正儀器能減少其靈敏度誤差。

“死”時間：分段校正：線性

1　概述

1.1文章背景及來源

隨著國家經(jīng)濟發(fā)展，2006年國家重啟鈾礦勘查計劃，以發(fā)展清潔、高效的核能，滿足現(xiàn)階段能源發(fā)展需求。

早在20世紀80年代，勘查儀器主要是計數(shù)管型，測量時間長，維修保養(yǎng)周期短。近期計算機技術(shù)、電子技術(shù)高速發(fā)展，儀器設(shè)計得到改善，勘查測井儀器已更新?lián)Q代。

1.2研究的主要內(nèi)容

按照測井規(guī)范要求，對投入生產(chǎn)測井的FD3019型γ測井儀，需每月進行校正。在校正過程中，有的探管如果用同一固定“死”時間校正儀器，發(fā)現(xiàn)探管的靈敏度在高計數(shù)情況下，偏差超過5%。本文通過“死”時間的變化求得不同的靈敏度值，通過對比結(jié)果，其中分段實驗校正，在不同區(qū)段可以修正“死”時間帶來的多計或漏計脈沖的結(jié)果，能有效減少解決各段靈敏度的誤差，使其能夠在高品位段的靈敏度誤差在規(guī)范要求范圍之內(nèi)。

2　基本概念及方法原理

2.1儀器校正工作原理

測量原理：FD3019γ測井儀，使用NaI（Tl）與光電倍增管為探測器。測井探管部分包括探測器輸出的電脈沖信號進入前置電路，再形成放大器，是脈沖信號放大到適當(dāng)幅度，并整形成矩形脈沖（程業(yè)勛、王南萍、侯勝利，2005），信號通過電纜傳送回地面。由地面儀器中計數(shù)率測量線路，將電脈沖變換為與脈沖計數(shù)率成正比的直流電壓，最后轉(zhuǎn)換為可視γ計數(shù)率（Cps）。

2.2校正方法

校正應(yīng)在儀器測程范圍內(nèi)均勻地給出不少于10個測量值的點，每個測量值的點上測量次數(shù)應(yīng)不少于10個。用固體鐳源標準校正時，不同距離的γ照射量率按式（1）計算：

式中：I——距固體鐳源為R處的γ照射量率的數(shù)值，nC/（kg·h）：

Kr——距固體鐳源1m處的γ照射量率的數(shù)值，（nC·m2）/（kg·h）：

R——鐳源中心到晶體中心距離的數(shù)值，R＞2L，m：

L——晶體長度的數(shù)值，m（張錦由，1992）。

2.3γ照射量率換算系數(shù)核查

γ測井在野外進行核查時，每次核查的γ照射量率換算系數(shù)與在放射性勘查計量站校準時確定的γ照射量率換算系數(shù)之間的相對差應(yīng)不大于5%，γ照射量率換算系數(shù)相對差按式（2）計算：

式中：δ1——照射量率換算系數(shù)相對差的數(shù)值，%：

Ki——任意一次照射量率換算系數(shù)核查的數(shù)值，（nC·s）/（kg·h）：

K——校準時確定的照射量率換算系數(shù)值，（nC·s）/（kg·h）（余水泉，杜建農(nóng)，丁忙生等，2005）。

對于特高品位的儀器鑒定，則需要結(jié)合計量站數(shù)據(jù)和高品位校正的數(shù)據(jù)。對于南方地區(qū)，經(jīng)常遇到特高品位的鈾礦，這就需要對高品位進行另外分段校正，以滿足生產(chǎn)要求。

2.4探頭“死”時間（τ）與補償概念

整個探頭“死”時間（τ）被定義為最終脈沖信號寬度，它的大小由探測器的分辨率和后面的電子學(xué)電路共同決定，一般來說，它取決于兩者之中最大的一個。

“死”時間τ也可以理解為探頭對輻射的響應(yīng)恢復(fù)時間，輻射具有隨機性，在這一相應(yīng)恢復(fù)時間段內(nèi)，存在著一定的輻射幾率，這個幾率與輻射強度成正比，由于FD3019采用的脈沖式γ總量測井的方法，所以探頭將不能區(qū)分下一個脈沖的到來，結(jié)果是，2個脈沖被堆疊到了一起。計數(shù)率越高，堆疊在一起的概率就越大，總的脈沖計數(shù)就變得更少了。

因此，利用脈沖式γ總量測井必須對“死”時間進行補償。儀器對測量計數(shù)率：

式中：NL——在低含量飽和模型體源上的測量結(jié)果，s-1：

R——低飽和模型的含量與高飽和模型體源的含量的比值：

NH——在高含量飽和模型體源上的測量結(jié)果，s-1（管少斌，張積運，周宗杰等，2013）：

τ——“死”時間，s。

3　典型實驗數(shù)據(jù)分析

3.1不同τ誤差分析

表1　不同“死”時間τ修正誤差表

不同τ誤差增大趨勢明顯，在計數(shù)50000Cps時，τ= 1μs和τ=10μs的誤差可分別達到5.00%和50.00%。如圖1所示，圖中①、②、③、④線的τ分別為1μs、3μs、5μs、10μs。

3.2同一τ線性分析

隨著測量結(jié)果越大，修正結(jié)果誤差越大，這樣的結(jié)果也給以后儀器的線性修正帶來了很大的難度。

另外“死”時間在以往是雙源法校驗得出，為使兩源照射強度相近，最好兩源都是鐳量1mg左右的6號源或0.1mg左右的5號源。測量時首先將其中的一只鐳放射源照射儀器的探測器，照射強度選在測程的中值略偏低處，讀取測量值N1：然后將另一只鐳放射源放置在第一只源附近，同時照射測量，讀取測量值N12：再相應(yīng)得出另外的第二只源的N2，及本底Nb：通過計算得出（不考慮本底）：（劉則堯，郭謙，陳碧明，1987）。而現(xiàn)有型號的儀器，一般測井都只有一個“死”時間，在單一“死”時間內(nèi)校準，同樣線性不能滿足規(guī)范要求，如表2所示，這是FD3019型儀器用6號鐳源在同一“死”時間校正結(jié)果。

KL（5）：0.124KL（6）：0.124KL（7）：0.122KL （8）：0.121

KL（5）～KL（8）為照射量換算系數(shù)，KL（5）為0～1600nC/（kg·h）區(qū)段的平均照射量換算系數(shù)。

圖1　N1與N2測量結(jié)果對比

測井儀在τ=4.0×10μs補償狀態(tài)下校正，由表2數(shù)據(jù)表明，儀器在0～1600nC/（kg·h）區(qū)段線性良好，KL值基本都在0.124，校正結(jié)果也與計量站給定值誤差不大。在1600～6400nC/（kg·h）區(qū)段則誤差大，隨計量率增大下降趨勢明顯，誤差大于5%，不能達到規(guī)范要求。

所以該型測井儀器僅僅調(diào)整“死”時間，按照傳統(tǒng)的校正方法，校正的結(jié)果有可能不會符合測井規(guī)范要求。

3.3分段校正

0～1600nC/（kg·h）區(qū)段，測井儀τ=4.0×10μs補償狀態(tài)下校正：3200～6400nC/（kg·h）區(qū)段，測井儀τ= 3.5×10μs補償狀態(tài)下校正。校正結(jié)果見表3。

按傳統(tǒng)的儀器校正方法，用點狀鐳放射源對輻射儀器進行校正，讀數(shù)以計數(shù)率表示，繪制校正曲線，用“切線法”求取非線性，如圖2所示，結(jié)果表明：①線在3200～6400nC/（kg·h）區(qū)段，線性明顯不好。經(jīng)過不同區(qū)段修正后，②線線性符合規(guī)范要求，KL值基本都在0.124左右，線性良好。

表2　伽馬測井儀校正記錄表

表3　伽馬測井儀校正記錄表

因此，該類儀器校正，特高品位段需要分段校正才能達到更好的線性要求。

圖2　不同τ分段測量對比圖

4　結(jié)論及建議

FD3019型γ測井儀器校正結(jié)果影響因素很多，其中采用的校正方法很重要。在儀器校正過程中須注意幾個問題：

（1）正確理解“死”時間（τ）與補償概念，對不同型號儀器工作原理須理解透徹，有助于解決校正過程中出現(xiàn)的問題。

（2）不同礦山礦石品位不一，儀器校正的范圍也不一樣，儀器不能滿足測程要求，線性不能夠保證時，建議采用分段校正的方法。

（3）“死”時間測定可以用雙源法或雙模法，得出正確的測定值很關(guān)鍵，對接下來的校正結(jié)果影響很大。

（4）儀器校正過程中，每個探管都有不同的“死”時間，對于特高品位段校正，可視儀器線性結(jié)果進行不同處理。

（5）采用固體鐳源校正儀器，容易受周邊環(huán)境、氣候的影響，選擇場地和方法盡量符合規(guī)范要求，使校正結(jié)果更加準確，減少誤差。

［1］程業(yè)勛，王南萍，侯勝利.核輻射場與放射性勘查［M］.北京：地質(zhì)出版社，2005：86-87.

［2］張錦由.放射性方法勘查實驗［M］.北京：原子能出版社，1992：13-14.

［3］余水泉，杜建農(nóng)，丁忙生，等.EJ/T 611-2005伽馬測井規(guī)范［S］.北京：國防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會，2005：5-6.

［4］管少斌，張積運，周宗杰，等.JJG（軍工）27-2012γ測井儀檢定規(guī)程［S］.北京：國家國防科技術(shù)工業(yè)，2013：6-7.

［5］劉則堯，郭謙，陳碧明.鈾礦山放射性物探儀器校正方法的商榷［J］.鈾礦冶，1987，6（3）：53-54.

P631.6

A

1004-5716（2016）02-0126-04

2015-09-24

2015-10-08

李悅（1976-），男（漢族），浙江永康人，工程師，現(xiàn)從事鈾礦勘探技術(shù)工作。