李 悅
(浙江省核工業(yè)二六九大隊(duì),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(duì),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(jì)量誤差會(huì)對測井質(zhì)量有明顯提高。通過采用不同“死”時(shí)間補(bǔ)償進(jìn)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(shí)間:分段校正:線性
1.1文章背景及來源
隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展,2006年國家重啟鈾礦勘查計(jì)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(jì)80年代,勘查儀器主要是計(jì)數(shù)管型,測量時(shí)間長,維修保養(yǎng)周期短。近期計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)高速發(fā)展,儀器設(shè)計(jì)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(jìn)行校正。在校正過程中,有的探管如果用同一固定“死”時(shí)間校正儀器,發(fā)現(xiàn)探管的靈敏度在高計(jì)數(shù)情況下,偏差超過5%。本文通過“死”時(shí)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(shí)驗(yàn)校正,在不同區(qū)段可以修正“死”時(shí)間帶來的多計(jì)或漏計(jì)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)。
2.1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(jìn)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(jì)數(shù)率測量線路,將電脈沖變換為與脈沖計(jì)數(shù)率成正比的直流電壓,最后轉(zhuǎn)換為可視γ計(jì)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(gè)測量值的點(diǎn),每個(gè)測量值的點(diǎn)上測量次數(shù)應(yīng)不少于10個(gè)。用固體鐳源標(biāo)準(zhǔn)校正時(shí),不同距離的γ照射量率按式(1)計(jì)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(jìn)行核查時(shí),每次核查的γ照射量率換算系數(shù)與在放射性勘查計(jì)量站校準(zhǔn)時(shí)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(jì)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(zhǔn)時(shí)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(jì)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(jìn)行另外分段校正,以滿足生產(chǎn)要求。
2.4探頭“死”時(shí)間(τ)與補(bǔ)償概念
整個(gè)探頭“死”時(shí)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(gè)。
“死”時(shí)間τ也可以理解為探頭對輻射的響應(yīng)恢復(fù)時(shí)間,輻射具有隨機(jī)性,在這一相應(yīng)恢復(fù)時(shí)間段內(nèi),存在著一定的輻射幾率,這個(gè)幾率與輻射強(qiáng)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(gè)脈沖的到來,結(jié)果是,2個(gè)脈沖被堆疊到了一起。計(jì)數(shù)率越高,堆疊在一起的概率就越大,總的脈沖計(jì)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(shí)間進(jìn)行補(bǔ)償。儀器對測量計(jì)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(yùn),周宗杰等,2013):
τ——“死”時(shí)間,s。
3.1不同τ誤差分析
表1 不同“死”時(shí)間τ修正誤差表
不同τ誤差增大趨勢明顯,在計(jì)數(shù)50000Cps時(shí),τ= 1μs和τ=10μs的誤差可分別達(dá)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(shí)間在以往是雙源法校驗(yàn)得出,為使兩源照射強(qiáng)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(shí)首先將其中的一只鐳放射源照射儀器的探測器,照射強(qiáng)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(shí)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(jì)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(gè)“死”時(shí)間,在單一“死”時(shí)間內(nèi)校準(zhǔn),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(shí)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(bǔ)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(jì)量站給定值誤差不大。在1600~6400nC/(kg·h)區(qū)段則誤差大,隨計(jì)量率增大下降趨勢明顯,誤差大于5%,不能達(dá)到規(guī)范要求。
所以該型測井儀器僅僅調(diào)整“死”時(shí)間,按照傳統(tǒng)的校正方法,校正的結(jié)果有可能不會(huì)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(bǔ)償狀態(tài)下校正:3200~6400nC/(kg·h)區(qū)段,測井儀τ= 3.5×10μs補(bǔ)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(diǎn)狀鐳放射源對輻射儀器進(jìn)行校正,讀數(shù)以計(jì)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(dá)到更好的線性要求。
圖2 不同τ分段測量對比圖
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(gè)問題:
(1)正確理解“死”時(shí)間(τ)與補(bǔ)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(shí),建議采用分段校正的方法。
(3)“死”時(shí)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(gè)探管都有不同的“死”時(shí)間,對于特高品位段校正,可視儀器線性結(jié)果進(jìn)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)[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(huì),2005:5-6.
[4]管少斌,張積運(yùn),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。