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航空γ能谱仪基础知识以及应用作者：丘安顺毛伟业杨钢马俊腾罗航翟刚来源：《科技创新与应用》2018年第25期摘要：航空γ能谱仪测量系统由碘化钠晶体（NaI）和光电倍增管为主要部件航空γ能谱测量系统，多采用4条下测晶体和1条上测晶体组合成航空γ能谱测量系统的探头，设计了温度传感器、电流反馈型前置放大器等，实现了γ光子与核信号的转换；通过高速ADC与数据采集系统实现模拟核信号的数字化。
关键词：航空γ能谱仪测量；γ能谱仪；应用中图分类号：P631 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）25-0187-02Abstract：The measurement system of airborne γ spectrometer is mainly composed of sodium iodide crystal （NaI） and photomultiplier tube （PMT）. The probe of airborne γ energy spectrum measurement system is composed of four lower crystals and one upper crystal， and the temperature sensor and current feedback preamplifier are designed to realize the conversion between γ photons and nuclear signals， and the analog nuclear signals are digitized by high-speed ADC and data acquisition system.Keywords：airborne γ spectrometer measurement；γ spectrometer； application1 航空γ能谱仪测量原理航空γ能谱测量，简要地说就是将航空γ能谱仪安装在飞行器上，在测量地区上空按照预先设计的测线和高度对岩石和地层中天然放射性核素岩石或矿石品位进行测量的地球物理-地球化学方法。
中国核科学技术进展报告（第一卷）铀矿地质分卷Progress Report on China Nuclear Science & Technology（V ol.1） 2009年11月航空数字伽玛能谱测量系统的研制葛良全1，曾国强1，赖万昌1，范正国2，倪卫冲3，熊盛青2（1．成都理工大学地学核技术省重点实验室，四川成都 610051；2．中国国土资源航空物探遥感中心，北京 10083；3．核工业航测遥感中心，河北石家庄 050002）摘要：航空伽玛能谱测量技术已经成为寻找放射性铀、钍矿床和非放射性的多金属矿、贵金属矿、钾盐、石油等，以及环境放射性污染调查与评价、核设施监测、核事故应急事件监测等主要的支撑技术。
论述了具有自主知识产权的航空数字化伽玛能谱测量系统的最新研制成果。
该测量系统以NaI（Tl）晶体（10 mm×10 mm×40 mm）和光电倍增管构成的闪烁计数器为伽玛射线探测器，采用4条下测晶体和1条上测晶体组合成航空伽玛能谱测量系统的探头，设计了温度传感器、电流反馈型前置放大器和低纹波高压供电电路，实现了伽玛光子与核信号的转换；采用Y/U双通道数控增益放大器、双回路自动稳谱电路和算法实现了谱漂的精细调节和自动稳谱，通过高速ADC与CPLD实现模拟核信号的数字化。
研制的航空数字化伽玛能谱测量系统可接入NaI（Tl）闪烁计数器伽玛探测器数20条，可探测能量范围为0.02～10.0 MeV，采样周期为0.5-1 s，最大计数通过率大于100 k/s，1024道谱漂±1道。
关键词：航空伽玛能谱测量；伽玛能谱仪；核地球物理勘探航空放射性测量在六十年代以前，仅是总量测量，随后开发了航空伽玛能谱测量系统。
二十世纪七十年代为4道航空伽玛能谱测量系统，采用探测器内加入人工核素辐射源的稳谱技术，代表性的有国产FD-123型4道航空伽玛能谱测量系统等。
到八十年代末期，由北京铀矿地质研究院采用国外探测器组件，组装了AS2000型4道航空伽玛能谱测量系统。
航空γ能谱仪基础知识以及应用航空γ能谱仪测量系统由碘化钠晶体（NaI）和光电倍增管为主要部件航空γ能谱测量系统，多采用4条下测晶体和1条上测晶体组合成航空γ能谱测量系统的探头，设计了温度传感器、电流反馈型前置放大器等，实现了γ光子与核信号的转换；通过高速ADC与数据采集系统实现模拟核信号的数字化。
标签：航空γ能谱仪测量；γ能谱仪；应用Abstract：The measurement system of airborne γ spectrometer is mainly composed of sodium iodide crystal （NaI）and photomultiplier tube （PMT）. The probe of airborne γ energy spectrum measurement system is composed of four lower crystals and one upper crystal，and the temperature sensor and current feedback preamplifier are designed to rea lize the conversion between γ photons and nuclear signals，and the analog nuclear signals are digitized by high-speed ADC and data acquisition system.Keywords：airborne γ spectrometer measurement；γ spectrometer；application1 航空γ能谱仪测量原理航空γ能谱测量，简要地说就是将航空γ能谱仪安装在飞行器上，在测量地区上空按照预先设计的测线和高度对岩石和地层中天然放射性核素岩石或矿石品位进行测量的地球物理-地球化学方法。
航空伽马能谱测量方法技术现状与展望航空伽马能谱测量因为其自身所具有的高效性、低成本性在很大程度之上被应用于我们国家的航天事业当中。
并且在航天物探的任务当中发挥着重要的作用。
藉此，本文立足于航空伽马能谱测量技术的基本原理，简要的介绍了国内外对于该技术研究与发展的现状，并且结合我们国家现阶段的地质找矿工作基本要求，提出了航空伽马能谱测量技术应该被应用于以上工程当中，并需要加以重视。
最后结合我们国家的基本国情，对该技术在未来的发展与应用现状进行了展望。
标签：航空伽马能谱测量；方法技术；矿产勘查；航空物探；展望前言：因为航空伽马能谱测量技术具有鲜明的高效性与低成本性，所以随着应用研究的不断深入，其已经被广泛的应用在了区域性航空物当中，并且在其它类似于地质找矿任务当中同样发挥着积极的效用。
经过几十年的发展，航空伽马能谱测量技术已经逐渐成熟，在配套的仪器使用当中，从一开始的盖革计数管式仪器到Nal（TI）大晶体探测器，仪器的性能正在不断的提高。
在数据处理过程当中，同样发展出了新的高效处理技术。
因此，对航空伽马能谱测量方法技术现状与展望研究是十分必要的。
一、数据处理与资料解释方法技术近几年来，国内外对于航空伽马能谱测量方法当中的数据处理与资料解释方法技术进行了深入的研究，并且取得了很多可喜的成果。
在降噪技术、地形改正等方面都进行了深入的研究与应用。
（一）降噪方法技术。
随着航空伽马能谱测量的进一步发展，针对该技术所存在的谱线数据过滤技术也被广泛的重视起来。
并随着研究与应用的不断深入成为了现阶段最为有效的降噪方法之一。
这种方法在实际的应用过程当中可以轻易有效的降低谱线当中的噪声。
并且降噪面积范围大，而对谱线当中存在的数据信息不会造成影响。
其中最小二乘拟合方法被证明是最为有效的谱线处理方法，大约可以降低Th 含量不确定性的25%。
NASVD与MNF是现阶段应用作为广泛，应用效果最为良好的两种谱线降噪方法。
这两种方法都是通过对原有谱线进行标注处理，然后得出主成分谱，最后利用谱重构达到降噪目的。
统计分析方法在航空伽玛能谱数据处理中的应用研究的开题报告一、研究背景和意义：随着科学技术的不断发展和应用领域的拓展，人们对于宇宙和地球环境所产生的高能粒子的研究也逐渐深入，其中包括伽马能谱的研究。
伽马能谱是指天体放射出的伽马光子的能量分布图谱，可以反映出宇宙射线的能量分布、强度分布、源分布特征等重要信息，对研究宇宙射线来源和宇宙物理过程等有着重要的意义。
在航空探测领域中，使用伽马辐射探测器获取地球射线伽马能谱是一项重要的工作。
如何对伽马能谱数据进行分析处理，提取出有用的信息，是目前探索表面射线和地下物质探测综合性领域中需要解决的难点问题。
传统的伽马能谱数据处理方法主要依靠人工经验和直觉，这种方法难以保证数据的可靠性和有效性。
统计分析方法是一种能够快速有效地处理大量数据并提取有用信息的方法，已在多种领域得到了广泛应用。
因此，将统计分析方法应用于航空伽玛能谱数据的处理中，可以提高数据处理的可靠性和效率，并获取更加丰富的科学信息。
二、研究内容和目标：本研究主要针对航空伽玛能谱数据的分析处理方法进行研究，具体研究内容包括以下几个方面：1. 建立伽玛能谱数据处理和分析的数学模型和统计模型；2. 基于统计分析方法，设计一套可靠、高效的航空伽玛能谱数据处理和分析算法；3. 对比分析传统方法和本研究方法的处理效果，验证本研究方法的可靠性和有效性；4. 通过数据实验，探究航空伽玛能谱数据的特征和相关规律，并通过统计分析方法获得更加准确、可靠的数据信息。
三、研究方法和技术路线：本研究采用实验研究和数值模拟相结合的方法进行。
首先，通过实验获取航空伽玛能谱数据，并将其进行预处理；其次，建立伽玛能谱数据处理和分析的数学模型和统计模型，采用MATLAB等软件进行模拟和实现；然后，基于统计分析方法、信息处理技术和模式识别算法，设计一套自动化航空伽玛能谱数据处理和分析算法；最后，通过数据实验，对研究结果进行分析和验证。
四、研究预期成果：本研究主要预期获得以下几个成果：1. 建立适用于航空伽玛能谱数据处理和分析的数学模型和统计模型；2. 设计一套基于统计分析方法的航空伽玛能谱数据处理和分析算法；3. 对比分析传统方法和本研究算法的处理效果，验证本研究方法的可靠性和有效性；4. 探索航空伽玛能谱数据的特征和相关规律，并提取更加准确、可靠的数据信息。
航空伽玛能谱稳谱技术研究航空伽玛能谱测量是将航空γ能谱仪安装在飞机上探测陆地介质放出的γ射线，进而确定地表介质中U、Th、K的含量。
航空γ能谱测量技术是放射性矿产勘查、地质填图、辐射环境调查和核应急等领域的主要支撑技术。
航空伽玛能谱稳谱的实现是提高航空伽玛能谱系统的稳定性和航空伽玛能谱测量数据的质量的重要保证。
论文选题来源于“十一五”863计划重大项目课题“航空伽玛能谱勘查系统研发”（课题编号：2006AA06A207）和国家自然科学基金项目“核地球物理学天然伽玛辐射场研究”（基金编号：40774063）。
论文以航空伽玛能谱勘查系统的谱漂为研究对象，在分析航空伽玛能谱测量过程中谱漂产生原因的基础上，通过理论研究、物理实验、数值模拟和生产试验，论文设计并实现了新的硬软件相结合的PID自动稳谱技术。
论文成果具有重大的实用价值和科学意义。
论文对国内外航空伽玛能谱测量技术和伽玛能谱稳谱方法技术进行了广泛调研、分析与总结。
在此基础上开展了航空伽玛能谱稳谱技术研究，研究内容涉及：，1）较深入地探讨了航空伽玛能谱仪仪器谱的形成机理和仪器谱谱漂产生的原因。
以大晶体NaI(Tl)闪烁计数器为伽玛射线探测器，开展伽玛能谱温漂实验和温漂规律研究，为航空伽玛能谱的稳谱提供理论与实验基础；2)将比例-积分-微分（PID）控制调节技术应用于航空伽玛能谱的稳谱，研究PID算法中稳谱参数的整定方法，包括稳谱参数的定义，基于模糊控制的自整定方法，多种PID 算法比较等，为航空伽玛能谱测量提供一种新的软硬件结合的稳谱技术；3)开展软件稳谱方法技术研究。
其中包含数字平移方法、抽样率转化以及GMM模型的谱线校正方法，为仪器谱的软件稳谱方法提供数学模型；4)开展光滑，降噪、扣本底、谱漂提取等仪器谱数据处理技术研究，为稳谱技术的实现提出高质量的仪器谱；5)开展航空伽玛能谱测量的应用试验，检验稳谱效果。
论文的主要研究成果与创新点如下：1）在分析航空伽玛射线仪器谱形成的基础上，探讨了仪器谱漂移产生的原因。
航空伽玛能谱测量系统能谱响应及应用研究航空γ能谱测量系统由具备相应探测效率的γ能谱仪、导航仪和高度计等设备,以及相配套的方法技术软件组成。
航空γ能谱测量系统安装在航空飞行器上,在飞行过程中测量地表介质中放射性物质和大气放射性物质所放出γ射线,实现地质找矿和辐射环境监测工作。
航空γ能谱测量系统的能谱响应是效率、放射性元素(核素)含量和射线剂量等核辐射相关参数刻度的技术关键。
我国虽然有完善的天然放射性核素的航空γ能谱测量系统响应的实物刻度模型,但因辐射安全性、造价昂贵和半衰期短等原因,还未形成有效的人工放射性核素的刻度装置,主要是通过数值计算方法解决人工放射性核素的刻度难题,且数值计算方法均基于点探测器的γ场理论,未考虑航空γ能谱仪本身几何形状和材质影响。
本文在天然辐射环境条件下,开展航空γ能谱测量系统的能谱响应研究,可为航空γ能谱测量技术在地质找矿和天然辐射环境监测中应用提供理论依据和技术支撑,具有重要实用价值与科学意义。
主要研究内容与研究成果如下:1)详细探讨了航空γ能谱测量系统的γ能谱响应特征。
较深入地分析了宇宙射线、仪器设备本底、大气氡子体、地表层天然放射性核素及人工放射性核素的γ辐射来源,并就航空γ能谱测量系统对其响应特征进行深入剖析,为航空γ能谱测量技术在地质找矿和环境辐射测量提供理论支撑。
2)基于无限多源粒子Monte Carlo模拟时无限大地层上空同探测高度的航空γ能谱仪响应谱一致的假设,建立起航空γ能谱仪响应谱的球壳模拟模型,该方法在源抽样粒子数不变的情况下大大提高了模拟精度。
同时根据介质互换原理、各能量γ射线单独模拟及地层横纵向模块化的思想,建立了近似无限大地层上空航空γ能谱仪响应谱的组合模拟模型。
比对发现,前者模拟时间约为后者的1/510;两者的谱型仅在40keV-350keV能区内存在差异,研究表明该差异主要源于后者模拟的近似无限大地层的外圈提供了更多的远距离散射γ射线,即“谱平衡”成份。
