高分辨航空伽马阵列探测器群能谱响应研究

As the need for deep resource exploration, high sensitivity, high precision airborne gamma-ray energy spectrum measurement technology is urgent need. Airborne array detector with high-energy-resolution and high-group-resolution for airborne gamma ray spectrometry is developing trend. For gamma-ray energy spectrum response of high resolution airborne array detector design, this project carry out photon transport and energy loss mechanism study for high resolution array detector. There are several aspects need to research. First, establish the incident gamma-ray energy sedimentation quantitative prediction model in main detector, adjacent detector and isolation material. Second, establish the photoelectric conversion efficiency function for airborne array detector and anti-Compton increasing peak counting function which is based on energy compensation. Finally, establish the detection efficiency response model and quantitative calibration model between the characteristic peak intensity and ground target element content for high resolution airborne gamma ray spectrum measurement system. Based on the above research results, provided the scientific basis and technical support for high sensitivity, high precision and high resolution airborne gamma ray spectrum measurement system design and precise quantitative calibration technical. Research achievements should improve the research level of airborne radioactivity survey equipment and its technology of China.

随着深部资源勘探对高灵敏度、高精度航空伽马能谱测量技术的迫切需求，阵列式高能量分辨率探测器群是高分辨航空伽马能谱测量技术的发展趋势。本项目针对阵列高分辨探测器群伽马能谱响应的技术难题，开展高分辨阵列探测器群伽马光子输运与能量损失机理研究，建立伽马光子在主探测器、相邻探测器和隔离材料中沉积能量的定量预测模型、阵列探测器群光电转换效率函数、能量补偿反康增峰函数，以及高分辨航空伽马能谱测量系统的探测效率响应模型和特征峰强度与地表目标元素含量的定量标定模型。为高灵敏度、高精度和高分辨航空伽能谱测量系统的设计与精准定量标定提供科学依据与技术支撑。对提高我国航空放射性勘查装备和技术研究水平具有重要意义。

随着深部资源勘探对高灵敏度、高精度航空伽马能谱测量技术的迫切需求，阵列式高分辨探测器是航空伽马能谱测量技术的发展趋势。针对高分辨阵列探测器伽马能谱响应的技术难题，重点开展高分辨阵列探测器伽马光子输运与能量损失机理研究、高分辨阵列探测器伽马光子能量与探测效率响应研究和高分辨阵列探测器能谱互响应校正技术研究。研究成果可为提高小体积晶体阵列探测器合成仪器谱峰背比提供新的解决途径，有效提高航空伽马能谱测量技术对地探测灵敏度，具有重要的科学意义和实用价值。.通过国内外文献调研、理论研究、数值模拟、物理实验和数据处理等工作，取得了多项技术成果：①建立了阵列探测器中一次散射光子注量数学模型，得到单能、多能伽马光子在主探测器不同入射点条件下，主探测器、次探测器和隔离材料内中的能量沉积分布。②提出了基于粒子模式伽马能谱测量的阵列探测器能谱互相应反康增峰校正技术，建立了隔离材料能量沉积预测函数，搭建了4×5阵列CeBr3闪烁探测器粒子模式伽马能谱测量系统。物理实验表明，经反康增峰校正后，主探测器全能峰计数增加4.98%，其中由次探测器贡献4.51%，隔离材料（空气和0.5mm铝包层）贡献0.47%。③提出了一种基于水体伽马能谱测量测定水体总α/β放射性活度的方法，建立了水体总α、总β比活度与相关特征伽马射线强度数学公式，设计了三个溴化铈探测器“品”字型紧贴排列的伽马射线能谱测量装置，为水体放射性污染的实时在线监测提供了新技术与装备。④提出了溴化镧闪烁伽马能谱仪固有γ+X，γ+β，γ+α放射性本底仪器谱的重构技术与数学模型；在伽马能谱测量数据处理方面，提出了一种基于改进型辛普森-SNIP算法和基于分形逐层滤波的伽马能谱测量数据处理技术，在两个铀矿勘查航空伽马能谱测量数据处理中得到应用，取得初步地质效果。.在项目实施期间，培养博士研究生6名，硕士研究生4名和多名本科生；发表学术论文17篇，其中SCI/EI检索10篇，核心期刊6篇；参加10余次学术会议共20人次交流，特邀/主题报告2次。