γ輻射儀是用於γ射線總量測量的輕便型儀器,在地質找礦和環境γ輻射監測中得到廣泛應用。
(壹)FD-3013型數字式γ輻射儀
該儀器是具有典型意義輕便輻射儀,1998年出產,是地質找礦中常用的儀器。儀器的結構原理框圖如圖4-5-1所示。探測器由NaI(Tl)和GDB-35光電倍增管組成。電脈沖信號輸出,首先經過放大器、甄別器。本儀器的甄別閾為40keV,即能量小於40keV的低能γ射線不記錄,能量大於40keV的γ射線通過處理後進行記錄。
圖4-5-1 FD-3013數字輻射儀結構原理框圖
儀器的探測靈敏度為5s-1(cps)/10-6(eU)(平衡鈾含量),即巖石、土壤中每10-6(eU)能產生每秒5個計數。分頻器實質上是壹個除法器,通過微調時鐘電路,使每5cps輸出壹次10-6eU信號;經過選通門最後在顯示器上讀出的是以10-6eU為單位的鈾含量值。
顯示器為四位液晶顯示器。定時器給出選定的測量時間信號。報警器根據設定的計數率信號以及計數溢出、電池電壓不足等進行報警。
儀器適應工作溫度為:-10~+50℃;耗電為150mW,用兩節壹號電池供電,可用40h。
國外使用的類似儀器很多,如美國的GR-101A型γ輻射儀,用250°率表顯示讀數,讀數精確;探測器為3.8cm×3.8cm NaI(Tl),閾壓為50keV。儀器適用於踏勘普查,以尋找異常為目標的野外γ測量儀,儀器重1.25 kg,改進後的GR-110為四位液晶顯示器讀數的數字γ輻射儀(Geo-Metrics公司生產),探測器為13cm3的NaI(Tl)晶體。該儀器設有兩個閾值,分別為0.08MeV和0.4MeV。在鈾礦山或高γ場中使用0.4MeV。又如印度常用的數字式γ輻射儀,使用?4cm×5cm NaI(Tl)晶體,每10-6eU(鈾含量)產生的每秒脈沖計數可在1~10之間調節,儀器直接讀出平衡鈾含量值。儀器體積小(8cm×12cm×18cm),使用方便。
(二)FD-3014積分γ能譜儀
儀器的整體結構原理與FD-3013類似,其主要差別在甄別器閾電壓可調。可以分別測量不同能量閾的γ射線總計數,可以定性地分別測量鈾含量和釷含量。如果將閾電壓調在40keV位置,則儀器與FD-3013 壹樣。如果將閾電壓調至1.65MeV,測量的是鈾(Rac1.76MeV)和釷(ThC112.62MeV)的特征γ射線的總計數率;再將閾電壓調至2.5MeV,測量的只是釷的特征γ射線計數率;兩者相減即為鈾的特征γ射線計數率。通過分頻器,可以分別給出鈾、釷含量。
類似這種輕便型積分γ能譜儀,如加拿大的UG-130型單道積分γ能譜儀和GRS-400型積分γ能譜儀,兩者的NaI(Tl)晶體大小不同,均設有5個閾電壓位置。GIS-5型積分γ能譜儀,使用方形NaI(Tl)晶體,總體積為82cm3;有四個固定電壓位置,可以分別測量γ射線總計數率和鈾、釷、鉀含量。閾電壓分配如表4-5-1所列。
表4-5-1 閾電壓與測量譜段
(三)ZDD3901建材放射性檢測儀
該儀器屬於γ射線輻射儀,使用?30mm×50mm NaI(Tl)晶體。其特點是在探測器外加厚度為1cm的圓形鉛室,降低周圍環境γ輻射本底。本儀器主要用作天然石材工程板(30cm×30cm×2cm)現場放射性測量,根據《建築材料放射性核素限量》GB6566—2001標準對石材工程板進行放射性檢測分類。
1)工程板γ射線劑量率≤0.1 μGy/h,相當於A類。相對誤差好於±30%。
2)γ射線劑量率在0.1~1 μGy/h範圍,相當於B類。相對誤差不超過±20%。
3)劑量率超過1μGy/h,為C類。相對誤差好於±15%。
(四)CKL-3120 X-γ劑量率儀
主要用於環境X-γ射線空氣吸收劑量率的測量。儀器輕便,可用於空氣吸收劑量率測量,也可用於固定場所連續監測。儀器的原理結構,如圖4-5-2所示。探測器用的是?70mm×70mm的塑料閃爍體,與光電倍增管配合,輸出脈沖信號輸入AD變換器,目的是將模擬信號轉變為數字信號,再輸入到CPU(單片機)進行處理。為適應多種需要,自動給出測量數據的平均值、變異系數、測量時間及日期等。
圖4-5-2 CKL-3120X-γ劑量率儀原理框圖
儀器主要性能指標如下。
1)能量範圍和響應:25~100keV時,對137Cs參考源輻射響應的差別≤±20%;100keV~3.0MeV時,對137Cs參考源輻射響應≤±5%。
2)有效量程:10nGy/h~100mGy/h。
3)儀器連續工作8h,指示值變化限值<±10%。
4)適應溫度範圍:-5~50℃,誤差不超過±25%。