γ取样的测量装置

目前用于γ取样的辐射仪,主要有FD-42型定向辐射仪,有些单位还用改装后的FD-3013型、FD-3014型辐射仪等。不管用何种辐射仪进行γ取样,均需满足下列要求：

要求仪器灵敏度高,测程范围大(最大测程要大于3000γ以上),对高、低能量的照射量率都能准确记录,稳定性好,标定曲线的非线性要求小于10%,光电倍增管(GDB-10M管、GDB-44M管)的噪声要小于5keV,仪器密封性能好,受温差、湿度的影响要小,而且仪器要轻便坚固。

改装后的FD-3013型、FD-3014型辐射仪铅套要求尽量轻便,能有效地消除干扰辐射的影响。分层能力强,铅套支架要求轻便坚固、灵活、伸缩间距大。

本任务以目前最常用的FD-42型定向辐射仪为例说明辐射取样的原理和工作方法。

1.定向γ取样

目前γ取样已广泛采用一次定向测量ΔI差值法,其基本原理仍然是以开缝式铅套二次测量差值为基础,仅在辐射仪中采用单管双晶体同轴结构补偿原理达到一次测量ΔI差值的目的,如图6-9所示。

图6-9 FD-42型定向辐射仪原理图

图6-9是国产FD-42型定向辐射仪的电路方框图,探头部分装有两个晶体：主晶体和副晶体,主晶体为碘化钠[NaI(Tl)]；副晶体为塑料型闪烁体(Pe)。它们之间有一个锥形铅套。主、副晶体受到γ射线照射后的闪光讯号,由光电倍增管转换为电脉冲,因为NaI(Tl)晶体的闪光时间大于塑料(Pe)晶体的闪光时间,故当电脉冲进入后级讯号区分电路时,便能把主、副道脉冲分离出来,再通过率差电路将主、副道脉冲的平均频率换成平均电流I_主、I_副并进行自减,然后输入表头直接显示出来。

由图6-9可以看出,主晶体和副晶体均接受两部分射线,即测量张角内的γ照射量率I_矿和张角以外的干扰照射量率I_扰,其表达式如下：

I_主=S_主(I_矿+I_扰·d)　　(6-2)

I_副=S_副(d·I_矿+I_扰)　　(6-3)

式中：S_主,S_副——主、副道电路中射线照射量率与电流换算系数,其中S_副是可调节的；

d——岩矿石的γ射线透过铅套的系数,对于一定的γ能谱成分来说,它是一个定值。在校正仪器时,通过调节S_副的“补偿”作用可使

S_副=d·S_主 (6-4)

将公式(6-4)代入公式(6-3),再由式(6-2)减去式(6-3),得

ΔI=I_主－I_副=S_主·I_矿(1－d₂)　(6-5)

由式(6-5)可见,ΔI值正比于被测方向的γ照射量率I_矿,而与周围的干扰照射量率I_扰无关,实现了定向γ取样的目的,并且一次测量即可得到其差值。

2.野外工作方法

在开展γ取样工作之前,应对矿区的地质条件、矿化特点和地球化学特征等有个基本了解。然后进行γ取样的试验工作,即γ取样与刻槽取样同时进行。目的在于通过刻槽取样的分析结果,初步了解矿层内的铀镭平衡系数位移情况和矿石射气逸散程度以及钍、钾等伴生元素含量的高低。对比刻槽取样分析所得线储量(即γ照射量率与长度的乘积)与γ取样解释所得的线储量,检验γ取样成果能否客观地反映矿体的品位、厚度。如果γ取样和刻槽取样的线储量误差小于±10%,说明γ取样是可行的；否则,要查明原因,如果属铀镭平衡严重偏铀或由于铀钍混合元素引起的误差,可改用β+γ综合取样法或γ能谱取样法。总之,试验的目的是了解刻槽取样与γ取样间有否系统误差和误差的大小,找出原因和消除办法,使γ取样用于生产以代替刻槽取样。

γ取样试验工作只需进行占总取样工作量的10%～20%就能基本说明问题。试验完毕后要有专题报告上报,经有关单位审批后,才能正式投入γ取样工作。正式投入γ取样后,刻槽取样工作可大幅度减少,只用10%～15%的刻槽取样作为外部检查之用。不管试验还是正式γ取样工作,工作方法均按下述步骤进行：

(1)取样线的布置及点距的选择

γ取样线原则上应沿矿体厚度方向布置,主要根据矿体产状的陡缓程度,分别用水平法、铅垂法布置取样线。对陡倾斜矿体(倾角≥60°),可采用水平法；对于中等倾角(30°～60°)的矿体,应根据具体情况可选用上述方法中的任何一种布置取样线。对缓倾斜矿体(倾角＜30°),如果厚度不大,可采用铅垂法取样。

取样线的间距应视山地工程揭露矿体的形式、矿体厚薄和矿化均匀程度而定。

在穿脉坑道中,对陡倾斜矿体应在双壁水平连续取样,取样线一般布置在坑道壁的腰线附近(高出底板1m左右)。对缓倾斜矿体,在坑道两壁按一定间距(一般2m,如矿体厚度较稳定,矿化均匀,可放稀到3m)用铅垂法布置取样线。中等倾角矿体可用水平法或铅垂法布置取样线,但在同一工程中最好用一个系统,便于将来进行储量计算的厚度换算。

在脉内沿脉坑道中,一般在掌子面上布置取样线,取样线间距应根据矿化均匀程度而定,一般每当工程掘进2m左右编录取样一次掌子面。如果矿化均匀,在掌子面腰线(陡倾斜)或中线(缓倾斜)部位水平或垂直布置一条取样线；当矿化不均匀时,应在掌子面腰线或中线两侧适当增布1～2条取样线。

在倾角很陡的矿体中一般施工浅井、天(暗)井、竖井,在这类工程中取样时,一般间隔2m,水平取样。

取样线点距的选择,应根据矿体厚薄和矿化均匀程度而定。对于热液型矿床的工业矿体,点距一般采用10cm；在矿化均匀的厚大矿体(＞2m)上点距可放稀到20cm；当矿体厚度＜20cm或异常峰值不明显时,点距应加密到5cm。究竟采用多大的点距为宜,要以严格控制矿体厚度又要提高工作效率为原则,结合具体情况灵活掌握。

在布置取样线的部位,要求工程壁清洁平整。取样线的位置要与工程坐标位置联系起来,并且与地质编录、矿山测量用同一工程起始点。用红漆把测点位置标在工程壁上。

(2)按标定辐射仪的要求及时标定好仪器

仪器出勤前后,要在几何条件相同的固定地点,用同一工作标准源检查灵敏度,并将测量结果绘制成灵敏度变化曲线,及时掌握仪器灵敏度变化情况,出勤前后两次测量照射量率相对于工作标准源(包括场地)照射量率的误差,应小于±10%；否则,应查出原因,重新标定仪器,当天工作成果无效。

(3)通风洗壁排除污染

进行γ取样时,要保持工作地段通风良好,降尘降氡；并用无放射性污染的清水冲洗壁面,洗掉沾有氡气衰变子体的附着物。

(4)测量方法

测量时,要细听耳机中脉冲声音的变化(对FD-42型定向辐射仪可自装耳机),多观察仪器读数的变化,根据测点上γ照射量率变化情况及时调整仪器测程。换程测量时,在同一测点上应该用两个测程读数,取其平均值作为该点的照射量率。如果换程误差大于±10%时,应查明原因,否则要再次复测。

取样线两边要尽可能测到正常场50cm以上,在测量过程中应选择10%左右的点进行重复测量。如发现可疑点或异常峰值不明显时,要及时检查和加密点距。

野外记录本要保持清洁美观,记录齐全,在现场把ΔI值、工程号、测线号、测点位置、仪器型号、铅套编号、工作日期、仪器校正日期、测量者等记录清楚。