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航空γ能谱探头温度效应及校正技术研究

杨焕章  
【摘要】: 航空γ能谱测量从最初单纯用在寻找放射性矿产发展到目前的多领域应用,为社会的稳定和经济的发展做出了巨大的贡献。随着我国“十一五”期间核电站大规模建设对核燃料的需求,航空γ能谱测量作为一项具有战略意义的工作,必将发挥更重要的作用。 目前国内自主研发的航空γ能谱仪主要是四道γ能谱仪,与国外仪器相比还存在较大的差距,因此,研制具有自主知识产权、主要性能指标达到或领先国际先进水平的航空γ能谱仪对提高我国航空γ能谱测量技术,提升自主研发大型精密测量仪器系统的能力具有重大意义。本论文依托于“863计划”重大课题──航空伽玛能谱勘查系统的研发,对航空γ能谱探头的温度效应展开基础性的研究,通过一系列温度实验,研究探头温度变化对仪器谱漂移的影响规律,为系统的谱漂校正及仪器研发提供指导。 如何克服谱漂和提高稳定性一直是谱仪研制中一个比较棘手的问题。与地面γ能谱测量相比,航空γ能谱测量由于所处环境的特殊性(如温度范围较宽、电磁环境复杂、机载电源的不稳定性等),在长时间工作时,系统稳定性受到了很大的干扰;此外,为提高航空γ能谱测量的灵敏度和响应速度,航空γ能谱测量系统多采用大体积NaI(T1)晶体配合大面积光电倍增管组成探头来进行测量,由于大晶体本身一致性、均匀性较差,其性能参数受温度影响更大;另一方面光电倍增管的增益以及其它电子元器件的性能也易受温度变化的影响。上述因素都会引起谱仪系统输出谱线的非线性漂移,对测量精度造成很大的影响。基于此,本文通过理论分析和实验研究,对航空γ能谱探头的温度效应及谱线漂移的校正对策进行了深入的探讨,在此基础上,研制自动稳谱电路对温度造成的谱漂进行补偿校正,进而为研发高稳定性航空γ能谱探头,提高航空γ能谱测量系统的测量精度和系统稳定性奠定了良好的基础。 航空γ能谱测量系统要求稳谱精度达到小于±1道(512道),因此,系统的稳谱措施是保证测量结果准确的关键因素。本文描述了NaI(T1)闪烁体探测器主要组成部分的温度特性,探讨了温度变化对谱线漂移量的影响,结合大量实验数据建立了温度变化量△T和光电倍增管高压调整量△VH之间的数学模型,设计了温漂补偿电路,利用刻度过的△T和△V H关系曲线,控制光电倍增管的高压,实时补偿因温度变化造成的谱线漂移,大大降低了温度变化对谱漂的影响,实现对谱仪系统的稳谱粗调,确保系统在整个测量过程中基本稳定,为下一步系统稳谱细调打下了基础。 论文的主要成果和创新点表现在: (1)对大晶体NaI(T1)闪烁探测器进行了长期的温度实验,获取了温度变化量与探测器输出谱线特征峰道址变化量的大量数据,为进一步的谱漂校正研究打下了基础。 (2)建立了谱漂校正的数学模型,通过大量实验数据拟合出温度变化量与光电倍增管工作高压调整量之间的函数关系式。 (3)研制了自动温漂补偿电路,利用建立起来的数学模型对NaI(T1)闪烁探测器进行自动温度补偿和校正,实现了系统稳定性的第一级调整。 (4)系统稳谱通过控制光电倍增管工作电压来实现,方法简单、可靠、稳定性高,可有效地抑制谱漂提高测量结果的准确度。


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