航空放射性测量方法和技术(应用交流).ppt

航空放射性测量方法与技术,讲课内容,方案设计 作业飞行 数据处理 标定实施 应用范例,工作方案设计,明确测量对象 环境辐射评价 放射性污染调查 本底调查与监测 核事故应急 寻找放射源 制定任务目标,测区,测区范围应根据任务需求、地形、测量目标分布等情况合理确定，并应兼顾资料的完整和施工的方便。 应使探测对象或主要异常处在测区的中央。,工作方案设计,测区,测区范围或边部一般应包括必要的正常值或区域背景值。 测区边界应尽量规则。,工作方案设计,测区,申请飞行范围要大于测区范围，要在设计的测区基础上每边外扩，保留足够的空间让飞机转弯。 测区还应考虑军事管辖区。,工作方案设计,工作方案设计,测区,需要了解测区相关信息 地理位置 交通人文 气候地形 以往工作程度 周围机场 飞行管制,测网,测网的选择应根据任务、探测对象的大小、异常特点及能谱测量分辨率来确定 以不漏掉主要的探测对象为原则，即至少应有一条测线穿过其产生的异常，所以线距应不大于该异常的长度。 简单地说： 异常体大，可用较小的比例尺（如1:5万，一般不能小于该比例尺）； 异常体小，应需用较大的比例尺（如1:2.5万， 1:1万，或更大比例尺）,工作方案设计,测线方向,测线方向应尽量与测区内的主要异常方向垂直，或尽量以最大角度相交。在详查或更大比例尺测量中，则要建立比较规则的测网。,工作方案设计,1,2,1000,测线,控制线,飞行高度和飞行速度,根据任务要求和测区内的地形条件，结合作业飞机类型和天气变化等特点，设计飞行高度。 飞行采用沿地形缓起伏飞行或平飞的方法。 尽量保持相邻测线的飞行高度相近。 设计平均飞行高度保持150m以下。 飞行速度尽量小。 越低能谱测量效果越好，但飞行安全不能保证。,工作方案设计,导航定位,测量使用全球卫星导航定位系统。 实际飞行中，领航员根据飞行计划，依次用测线两端点建立理论航线，导航系统随即提供飞机的三维空间位置、飞行航向、飞行高度、速度、偏航距、待飞距及预达时间等多种信息。供飞行人员随时校准，以引导飞机进入测线并保持航向。 采用测网疏密度评价全区导航质量。如1:5万测量比例尺，要求测网疏密度在500m100m以内，最大偏航距150m。 为确定平面定位精度，要分别对导航定位系统地面静态定点观测。每次观测时间不少于2小时，要求平面定位误差优于10m。,工作方案设计,飞机及仪器设备,选用飞机 固定翼飞机，还是直升机，航空公司，机号。 仪器设备 伽玛能谱系统，导航定位系统，无线电高度计，稳压电源。 选用XX机场为作业基地，XX机场为备降场。 数据处理系统 计算机配置，数据处理软件，打印机，数据备份设备,工作方案设计,RS-500能谱仪结构,PC数据收录系统,数字(串口) 或模拟量,RS232串口或网,飞行领航,GPS定位系统,高度计,RS-500能谱数据0,RS232串口,RS232串口,RS-500能谱数据3,RS232串口或网,RS501接口,RS232串口或网,工作方案设计,测区申报,执行单位编制测区申请报告 测区名称，测量位置和范围（附图），测量方法，航空公司，使用飞机（机号），工作量，飞行高度，作业时间 国家环保局起文向总参申报。 总参批后，向空司报送，向相关部门下达任务。 飞行公司拿到批文，到使用机场和飞行涉及到的各飞行部门进行协调。 召开飞行任务协调会。 待以上各个环节均打通后，才能飞行测量。,作业飞行,飞行协调会,参加单位：飞行管制、通讯、油料、机场保障、救护等，明确各方责任和如何协调工作。 测量内容，作业方法 作业时间，飞行架次 作业范围，飞行高度 安全保障，应急预案,作业飞行,飞行任务书,向飞行管制部分申报第二天的飞行测量任务 一般是下午3点之前向作业所在机场航调部门申请 作业时间，作业区域，飞行高度 主计划和备份计划 向机长下达飞行任务书，并进行交流 起飞时间，作业时间，测量内容，测量公里数 向工作人员下达飞行任务，并进行交流 准备工作，人员安排； 测量内容，注意事项。 制作空中操作记录表,作业飞行,飞行任务书,每天向机长下达飞行任务书，任务书内容包括： 测量日期，起飞时间，作业时间 测线公里数，航程公里数,作业飞行,仪器工作要求,每架次飞行前和结束后做好航空伽玛能谱测量系统的检查工作,有条件的话进行前后校工作，前校开始之前通过仪器自动稳谱功能保证仪器的稳谱效果良好。 在飞机停机坪上，每架次飞行前后能谱仪进行本底值测量，比较前后校测定的钾、铀、钍道和总道的本底计数率，并记录晶体的分辨率，从而对仪器性能进行评价。 每架次飞行前，尽可能使能谱仪处于开机运行状态，直到飞机开车再关闭能谱仪，目的是为了保证能谱仪处于稳谱状态。 保证所有晶体均完成了一次稳谱过程后，飞机才能起飞。,作业飞行,辅助测量,基线飞行 每架次测量前后进行基线飞行，基线飞行按测量高度飞行。 基线飞行要选择在机场附近地形平坦、地标明显、地表植被不发达、伽玛能谱场非异常区； 基线长度约8km（大约2分钟数据量）； 通过基线飞行监测大气氡的浓度变化和检查仪器工作状态。,作业飞行,辅助测量,重复线测量 为检查航空伽玛能谱测量系统自身的稳定性和一致性，同时为了满足数据处理过程中时间滞后改正研究的需要，试生产过程中计划开展适量重复线飞行。 重复线飞行时，要求既有同方向飞行（检查一致性），也有反方向飞行（进行时间滞后校正）； 力求与测线首次飞行时的航迹、飞行高度相同。,作业飞行,辅助测量,控制线测量 （切割线测量） 目的是用于统一测区的伽玛能谱场水平。要求控制线的飞行高度和导航定位精度与主测线尽可能一致。 控制线飞行要求在测量仪器系统和导航定位系统的工作状态良好，避开雨天及雨后第一天，在天气能见度好，风速不大，气流平稳的气象条件下进行。 在实际飞行中，可以根据地形及对应的放射性场情况适当的调整控制线的位置，以便取得更好的效果。,作业飞行,辅助测量,视察飞行 测量飞行开始之前要安排视察飞行，以观察测区地形、地物、山峰标高、气象等特征； 考验航空伽玛能谱测量系统的性能； 检查导航定位系统的工作性能。 对于超低空飞行尤其重要，以确保飞行安全,作业飞行,资料整理和编录,拷贝原始数据，并做好双备份 对各种记录表等原始资料进行检查、编录、登记 一般是按架次进行分类编录 操作员填写测量飞行说明 责任人进行签字认可 编制架次飞行报告 安排第二天的飞行工作,作业飞行,野外数据预处理,利用专用软件对航空伽玛能谱原始数据进行处理 处理内容 定位数据 能谱谱数据 能谱各道数据 飞行高度数据 检查以上各数据的质量，检查是否有漏记点或跳点,数据处理,野外数据预处理,定位数据，统计偏航距 按测点逐点统计实际航迹与设定航线的偏离距离，按设计指标进行评价。 一般用偏航“超过50m的连续长度10km” 偏航结果通常都能满足,数据处理,野外数据预处理,测网疏密度统计,数据处理,野外数据预处理,统计能谱分辨率和峰漂,数据处理,野外数据预处理,显示谱图,数据处理,野外数据预处理,按测线统计能谱各道数据的最小值、最大值和平均值 绘制平面剖面图，进行检查。,数据处理,野外数据预处理,飞行高度数据，统计飞行高度,数据处理,野外数据预处理,其它统计 工作量（总工作量和每条测线工作量） 测线上所用的飞行时间，测线方向 飞行速度（每条线和整架次的飞行速度） 进入测线记录点号，退出测线记录点号 进入测线时间，退出测线时间,数据处理,野外数据预处理,测量质量的确认 通过以上各种统计，最终确认测量质量是否符合设计要求。 满足设计要求，测线有效；不能满足设计要求的测线要进行重飞。 每架次飞行后，必须立即进行数据预处理。 预处理可发现仪器工作是否正常？飞行质量是否满足要求？如有问题，必须处理好后，才能安排下一次飞行测量。,数据处理,室内数据处理,能谱数据的本底扣除 使用计算的能谱系统换算系数结果计算和扣除本底 飞机本底、宇宙射线换算系数 大气氡的影响比例系数 地面辐射对上视的影响系数 使用早、晚基线数据确定的本底修正系数扣除本底 利用早、晚基线数据,数据处理,室内数据处理,能谱数据的各项改正与换算 活时间改正； 本底修正； 康普顿散射校正； 高度归一化能谱数据（利用高度衰减系统）； 含量换算。,数据处理,室内数据处理,能谱数据的各项改正与换算 活时间改正； 本底修正； 康普顿散射校正； 高度归一化能谱数据（利用高度衰减系统）； 含量换算。,数据处理,室内数据处理,利用上视扣除本底和进行各项改正,数据处理,室内数据处理,利用基线扣除本底和进行各项改正,数据处理,室内数据处理,绘制平面剖面图和平面等值线图 右图存在明显的条带现象,数据处理,室内数据处理,能谱场调平 通过切割线法进行能谱数据切割线调平； 根据有效早晚基线、相邻测线/架次各窗口平均计数的统计结果，进行条带干扰人工修正； 利用加拿大Geosoft公司的OASIS软件对能谱数据进行微调平； 利用背景值进行滑动平均。,数据处理,室内数据处理,水平调整后的等值线图,数据处理,室内数据处理,最终成图(用于上交的图件) 平面剖面图 平面等值线图 飞行高度图 测线布置图,数据处理,标定实施,为了消除伽玛能谱测量各方面的影响，并将计数率换算为真正的地面含量，就必须对系统进行标定。 本底解算的系数 康普顿散射系数 高度衰减速系数 含量换算系数,标定实施,标定实施,标定频率 系统的灵敏度和剥谱系数相对保持一个常数，除非飞机有改变，或者伽玛能谱仪有较大改变。因此，航空能谱可以隔较长时间标定一次。例如，加拿大地调局每隔一段时间进行一次。加拿大地调局统计七年当中剥谱系数，基本不变。 按照我国航空伽玛能谱测量规范，每年进行野外测量前，能谱系统必须在标定设施上进行标定。在野外工作期间，如果更换了仪器或仪器的主要部件及飞机时，也要重新进行标定。 因此，建议能谱仪在每次正式测量飞行前进行标定，也可以每12个月标定一次（除非飞机或仪器有改变）。,标定实施,标定实施,标定前的准备工作 标定时要考虑雨，雪，风等天气的影响。标定前要严格检查上机人员和飞机本身的放射性。 标定时的仪器及工作状态应和野外测量时保持完全一致。飞机周围50米内不能有放射源。 标定前必需对探测器做好前校，调好增益，保持良好状态，测定晶体的分辨率和峰位。 通知模型站人员同步进行地面能谱仪测量。,标定实施,标定实施,飞机和宇宙射线本底的测量 测定飞机和宇宙射线本底的方法是在渤海湾海上本底测试区利用较高的高度飞行来确定。 本底测试区是距海岸大于10km，最小范围为13020（经度纬度）专门划定的区域。 测定时一般选择1800、2100、2400、2700、3000米五个飞行高度。,标定实施,标定实施,飞机和宇宙射线本底的测量,标定实施,标定实施,康普顿散射改正系数及地面灵敏度,标定实施,标定实施,康普顿散射改正系数及地面灵敏度 测定前要认真检查模型周围50范围内的放射性，并要求模型表面清洁干燥，若有水，雪或表面潮湿则不能进行测定。 按照模型放置顺序，即本底、K、Th、U、混合模型以次进行测定，每个模型上先后测两次，测定必须连续进行。 测定时严格要求探测器系统的中心置于模型中心正上方。 每个模型上每次测定时间为5分钟（混合坪上为10分钟），在本底坪可适当延长测量时间，以提高测量数据的精度。 记录每个坪测量的起始时间。 仪器供电问题。,标定实施,标定实施,康普顿散射改正系数及地面灵敏度,标定实施,标定实施,大气氡系数改正 大气氡改正系数，高度衰减系数和100m高度的空中灵敏度是在已知地面放射性浓度的动态标定带上，利用不同高度飞行得到的数据计算而来。 在标定带上空选择60，90，120，150，180，210，240，300m八个高度，每个高度飞四次，飞行顺序先由低高度至高高度，每一高度飞两次，然后由高向低，同一高度再飞两次。 每一高度的每一次飞行都应包括水陆两部分，其飞行时间应不少于一分钟，陆地部分由地标确定，水面部分要经水域最宽处飞行； 飞行按选定高度进行，高度变化不应超过10%，陆地部分飞行航迹偏离地标不应大于20m；,标定实施,标定实施,大气氡系数改正,标定实施,标定实施,大气氡系数改正,标定实施,标定实施,大气氡系数改正,标定实施,标定实施,高度衰减系数和空中灵敏度,标定实施,应用范例,核事故污染监测 1986年4月26日，切尔诺贝利核电站发生严重事故，由于当时反应堆堆芯含有一炉运行装粒的裂变放物和活化产物，所以这次事故释放出的放射性核素种类很多，对全球尤其是对欧洲各国造成了大面积的放射性污染。 2011年日本福岛核电站泄漏。 航空放射性测量用于监测,应用范例,应用范例,核事故污染监测 瑞典地质调局(SGAB)用两架飞机，采用航空伽玛能谱测量来圈定散落灰的分布范围，持续了大概7个星期。 用的是256道伽玛谱仪，探测器为16L的闪烁探测器（NaI）, 双引擎飞机，采用20到50km的线距（个别地区用100m线距）、150m的飞行高度进行测量，到第8天，整个瑞典已普查一遍。 接下来在污染最严重的地区以2到10km线距进行详细的测量。到1986年10月初航空测量结束时，总共飞行距离约为35000km。 瑞典的实践表明：当伽玛射线平均照射量率增加5%时，用16L的NaI晶体，飞行高度为60m时，就可以探测到该异常。,应用范例,应用范例,核事故污染监测 在人工放射性核素监测方面，前苏联的工作是系统而有效的。 前苏联在事故发生后，在527400平方公里上进行了1：10万、1：20万、1：50万的航空伽玛能谱测量，测量仪器为30-50L的闪烁探测器。 1986年开始在圣彼得堡、莫斯科、基辅等城市进行过放射性污染调查。到1991年共调查了210个城市，其中俄罗斯100个城市。 调查方法采用航空伽玛能谱测量结合汽车和地面伽玛能谱测量，测量参数为总计数率、U、Th、K、137Cs、134Cs的含量。 90年代初，俄罗斯从事这项工作的有1020架航测飞机，15台汽车伽玛能谱测站，以及几十个地面详测队。 在被调查的城市中发现了3000多个放射性污染地段，其中在莫斯科森林公园的休养区内发现4个137Cs污染地段。,应用范例,应用范例,地表核设施监测 航空伽玛能谱测量在核设施周围区域的环境监测中是一种有用的工具。 瑞士自1989年以来每年一次、自1994年以来每半年一次用航空伽玛能谱测量方法对核设施进行环境剂量监测，使用的仪器为256道航空伽玛能谱仪（GR-820）。 他们将一个16L的NaI探测器固定在直升飞机下方，飞行线距为250m，飞行高度为90m，飞行速度为90km/h。 在这样典型的飞行参数情况下，对点源的可探测下限为0.4-19GBq，对地面137Cs探测下限在约是5000Bqm-2。,应用范例,应用范例,铀矿尾矿等污染监测 铀矿开采和矿冶活动中在某些地区堆弃了大量的尾矿、矿渣及废矿堆，对地表造成了严重的放射性污染。 美国利用美国能源部的国家铀资源评价计划（NURE）的航空放射性测量数据，仅在犹他州盐湖城就圈出选矿厂尾矿、铀矿石、放射性矿渣、储存的选矿设备等14个以前未知的放射性异常区。,应用范例,应用范例,铀矿尾矿等污染监测 德国用航空放射性方法（能谱）测量德国的铀矿矿石开采和冶炼区。使用直升机加载探测器进行了铀矿尾矿、废矿石圈定。在Alouette型直升飞机上安装了高纯锗（HPGe）和NaI(Tl)两种探测器。 HP