㈠ γ測量方法
γ測量是利用儀器測量地表岩石或覆蓋層中放射性核素放出的γ射線，並根據射線強度或能量的變化，發現γ異常或γ射線強度（或能量）增高地段，以尋找鈾礦床或解決其他地質問題的一種天然核輻射測量方法。
γ測量可在地面、空中和井中進行，按測量的物理量的不同，可分為γ總量測量和γ能譜測量兩類。γ總量測量簡稱γ測量，是一種積分γ測量，記錄的是鈾、釷、鉀放出的γ射線的總照射量率，但無法區分它們。γ能譜測量是一種微分γ測量，記錄的是特徵能譜段的γ射線照射量率，並進而確定岩石中鈾、釷、鉀的含量，故解決的地質問題更廣泛。
12.1.1 地面γ測量
12.1.1.1 γ射線照射量率的計算
γ輻射儀在地表測得的γ射線照射量率與地質體的形態、規模、放射性核素含量、γ射線譜成分、蓋層特點及測量條件等因素有關。下面僅對一些簡單模型進行討論，以便了解地質體周圍γ射線照射量率分布的基本特徵。
（1）點源的γ射線照射量率
設點狀γ源處於均勻介質中，則介質內部距離點源R（cm）處的γ射線照射量率為
勘查技術工程學
式中m為點源中放射性物質的質量（g）；μ為介質對γ射線的吸收系數（cm-1）；K為伽馬常數，數值上它等於對γ射線無吸收的情況下，距質量為1 g的點源1 cm處的γ射線的照射量率。鈾、鐳、釷、鉀的K值分別為
勘查技術工程學
用不同類型儀器測量時，K值稍有變化。
當點源產生的γ射線通過幾種不同介質時，距點源R處的γ射線照射量率為
勘查技術工程學
式中μi為第i種介質對γ射線的吸收系數（cm-1），Ri為γ射線通過第i種介質的距離（cm）。
（2）圓台狀岩體上的γ射線照射量率
如圖12-1所示，有一高為 l、上底半徑為 R 的圓台狀岩體出露地表，其密度為ρ，放射性核素質量分數為 w，岩石對γ射線的自吸收系數為μ，空氣對γ射線的吸收系數為μ0，則圓台體內放射性物質質量為 dm 的體積元 dV 在高度為H 的P 點處產生的γ射線照射量率為
圖12-1 圓台狀岩體上γ射線照射量率的計算參數
勘查技術工程學
取P為球坐標的原點，將dm=wρdV，dV=r2sinφdrdφdθ代入上式，並對整個體積積分，則
勘查技術工程學
由於r1-r0=lsecφ，r0=Hsecφ，故上式變為
勘查技術工程學
對（12.1-4）式中的積分，可引入金格函數
勘查技術工程學
式中t=xsecφ。金格函數是比指數函數e-x衰減得更快的列表函數（見表12-1）。當x→0時，Φ（x）→1；x→∞時，Φ（x）→0。可以證明
表12-1 金格函數表
勘查技術工程學
將（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ0H或x=μl+μ0H），則圓台體在空中任一點P產生的γ射線照射量率為
勘查技術工程學
式中φ0為P點對圓台上底半徑的張角，且有
勘查技術工程學
如果圓台厚度為無限大（l→∞），則（12.1-6）式變為
勘查技術工程學
地面測量中，儀器探頭緊貼地面移動，可認為H→0，則上式簡化為
勘查技術工程學
容易證明，觀測點P對圓台所張的立體角為
勘查技術工程學
於是，（12.1-8）式可寫成
勘查技術工程學
（12.1-9）式表明，對於放射性核素含量均勻的同一放射岩層，觀測點對岩體所張的立體角不同，會對地面γ測量結果產生很大的影響。如圖12-2所示，在狹縫中測得的γ射線照射量率高於平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的頂部測到的γ射線照射量率就更低。所以，地面γ測量中應注意微地形對測量結果的影響，一般應記錄平坦表面上的測量數據。
圖12-2 不同立體角對γ測量的影響
（3）半無限岩層上的γ射線照射量率
對於體積半無限大的岩層，l→∞，R→∞，φ0→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ0→0，Φ（μl+μ0H）→0，此時離地面H高度上P點的γ射線照射量率為
勘查技術工程學
可見P點的γ射線照射量率將隨高度的增加按金格函數規律衰減。
地面測量中，在岩層表面任一點，H→0，Φ（μ0H）→1，此時γ射線照射量率達到極大值
勘查技術工程學
（4）半無限大岩層上有覆蓋層時的γ射線照射量率
設非放射性覆蓋層厚度為h，覆蓋層對γ射線的吸收系數為μ1，則用與推導（12.1-10）式類似的方法，可求得覆蓋層表面上任一點的γ射線照射量率
勘查技術工程學
上式表明，無限大岩體覆蓋層上的γ射線照射量率隨覆蓋層厚度增加而按金格函數規律衰減。蓋層物質的密度不同，γ射線照射量率的衰減程度也不相同。蓋層密度越大，吸收的γ射線越多，照射量率衰減得越快。
12.1.1.2 地面γ輻射儀
地面γ測量使用的輻射儀由γ探測器和記錄裝置組成。最常用的γ探測器是閃爍計數器，它由閃爍體（熒光體）和光電倍增管組成，其功能是將光能轉換成電能（圖12-3）。當射線射入閃爍體時，使它的原子受到激發，被激發的原子回到基態時，將放出光子，出現閃爍現象。這些光子打擊在光電倍增管的光陰極上，產生光電效應而使光陰極放出光電子，再經光電倍增管中各倍增電極的作用，使光電子不斷加速和增殖，最後形成電子束，在陽極上輸出一個將初始光訊號放大了105～108倍的電壓脈沖。輻射射線強，單位時間產生的脈沖數目多；輻射粒子的能量大，脈沖的幅度也大。因此，閃爍計數器既可測量射線的強度，又可測量射線的能譜。
圖12-3 閃爍計數器工作原理圖
閃爍體可分為無機閃爍體（NaI、CsI、ZnS等）和有機閃爍體（蒽、聯三苯等）兩大類。常用的NaI（Tl）晶體是在碘化鈉晶體中滲入鉈作激活劑，使晶體發出可見光，並防止光被晶體自身吸收。由於晶體發光時間僅為10-7s，因而最大計數率可達105 cps。測量γ射線要使用大體積晶體，而測量X射線則使用薄晶體（厚度1～2 mm）。
輻射儀的記錄裝置由一套電子線路組成，閃爍計數器輸出的電壓脈沖經放大、甄別（選擇一定幅度的脈沖）、整形（將不規則脈沖變成矩形脈沖）和計數後，由線路的讀數部分顯示出來。
12.1.1.3 地面γ測量工作方法
地面γ測量一般應布置在地質條件和地球物理、地球化學條件對成礦有利的地段。在地形切割、水系發育、露頭良好、覆蓋層較薄，並有機械暈和鹽暈發育的地區進行γ測量最為有利。
地面γ測量可分為概查、普查和詳查三個階段，各階段的工作比例尺和點線距如表12-2所示。概查在從未做過γ測量或勘查程度較低的地區進行，概查的工作比例尺為1∶1萬～1∶5萬，目的是為下一步工作圈出遠景區；普查一般在概查階段所選的遠景區內進行，其工作比例尺為1∶2.5萬～1∶1萬，其任務是研究工作地區的地質構造特徵，尋找異常點、異常帶，研究它們的分布規律，解釋異常的成因，為詳查圈定遠景地段；詳查在選定的遠景地段或礦區外圍進行，採用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任務是查清已發現異常的形態、規模、強度、賦存的地質條件、礦化特徵等，以便對異常進行評價，為深部揭露提供依據。
表12-2 γ測量精度及點線距要求
概查和普查都採用路線測量方法，γ測量路線應與地質測量路線一致。觀測採用連續測量方式，以穿越地層和構造走向為主，發現岩性變化、構造帶及破碎帶等地質現象時，可沿走向適當追索。為保證測線兩側范圍不漏掉異常，實測路線可以是曲折的。詳查採用面積測量方法，按選定比例尺預先布置測網，測線應盡量垂直穿過欲探測的地質體。
工作時，γ探測器應放在較平坦的地方測量，以避免微地形影響。測點附近的地質情況應予記錄，遇到有利層位，或岩性、構造和底數有明顯變化時，應適當加密測點。
用γ輻射儀測量時，所記錄的γ射線照射量率是由多種因素引起的，可表示為
勘查技術工程學
其中：是測點附近岩石或土壤中放射性核素產生的γ射線照射量率；是宇宙射線產生的γ射線照射量率；是儀器底數；，為儀器的自然底數。
由於宇宙射線的照射量率隨地區緯度、海拔高度和晝夜時間的變化而變化，儀器底數也受探測器內放射性核素含量、儀器受污染程度、儀器雜訊強度和假脈沖數，以及儀器使用時間長短的影響。因此，輻射儀的自然底數不是一個常數。但是這種變化一般不大，在岩石底數中所佔份額較小，所以可將它視為常數。不同的儀器，其自然底數也可能不等，當多台儀器進行γ測量，尤其是在環境γ本底調查、放射性核素定量測量以及為確定低於背景的γ偏低場而進行的測量中，必須測定各台儀器的自然底數，以便使測量結果能進行統一對比。
測定自然底數的方法有鉛屏法、水中法、水面法等多種，其中水中法最為簡便。選擇水深大於1.5 m，水面直徑大於2 m，無放射性污染的水域，將γ輻射儀用塑料布密封好，置於水下50 cm處，此時取得的讀數即為自然底數。
岩石中正常含量的放射性核素產生的儀器讀數叫做岩石底數或背景值。各種岩石有不同的底數，可按統計法求取，作為正常場值。野外工作中，凡γ射線照射量率高於圍岩底數三倍以上，受一定岩性或構造控制，性質為鈾或鈾釷混合者，該處稱為異常點。若γ射線照射量率偏高（高於圍岩底數加三倍均方差），但未達到異常照射量率標准，而地質控礦因素明顯，且有一定規模者，亦稱為異常點。應當指出，上述標准不宜用來解決非鈾地質問題。例如，找尋蓄水構造時，異常只比底數高 10%～80%。因此，解決非鈾地質問題時，高於底數者即是異常點。異常分布受同一岩層或構造控制，其長度連續在20 m以上者，稱為異常帶。對有意義的異常點應進行輕型山地工程揭露。在做好地質、物探編錄和取樣分析的基礎上，可提出進一步工作的意見。
在測區內鐳、鈾平衡遭到破壞，平衡顯著偏鈾時，由於鈾的γ射線照射量率很小，宜採用β+γ測量，即用記錄β射線的儀器測量β射線和γ射線的總照射量率。當需要查明浮土覆蓋地區鈾礦遠景時，可採用孔中γ測量。
為了評價地面γ測量的質量，應布置檢查路線。檢查路線應布置在地質有利地段或工作質量有疑問的地段。檢查工作量應不少於測區工作量的10%。工作質量高的標準是：未遺漏有意義的異常，檢查測量曲線與原測量曲線形態無明顯差異。
影響測量精度的主要因素是核衰變的統計漲落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途徑是要有足夠的脈沖計數。實際工作中可採用延長測量時間，增加測量次數等方法解決。
為了保證工作質量，每天出工前後都必須用工作標准源對儀器的性能進行檢查。當在某一固定點帶標准源和不帶標准源的讀數差在統計漲落允許范圍時，可認為儀器工作正常；否則應對儀器重新標定。同時，工作期間還應定期檢查儀器的穩定性、准確性及多台儀器對比的一致性。
12.1.1.4 地面γ測量數據的整理及圖示
（1）地面γ測量數據的整理
地面γ測量數據的整理包括將讀數（計數率）換算成γ射線照射量率、確定岩石底數、計算岩石γ射線照射量率統計漲落的均方差等。
為了求得岩石底數，首先要根據實測γ射線照射量率繪制頻數直方圖（或概率分布曲線）。如果岩石γ射線照射量率服從算術正態分布，則岩石照射量率（算術）平均值為
勘查技術工程學
均方差為
勘查技術工程學
式中 n 為統計分組的組數；為第i 組的頻數；為第i 組的組中值。
如果岩石γ照射量率服從對數正態分布，則岩石照射量率幾何平均值和均方差為
勘查技術工程學
取作為岩石底數，+3σ作為異常的下限（非鈾地質工作除外）。
岩石底數和異常下限也可在累積頻率展直圖或累積頻率分布曲線上直接讀取。
（2）地面 測量成果的圖示
地面γ測量的成果圖件主要有：γ照射量率剖面圖、γ照射量率剖面平面圖、γ照射量率等值線平面圖和相對γ照射量率等值線平面圖等。
γ照射量率等值線圖按±3σ、±2σ、±σ勾繪。不同岩石有不同的底數，且不同岩石γ射線照射量率的變化幅度（即均方差）也是不同的，這些都會影響γ照射量率等值線圖的精度。為此，可以在每種岩性范圍內按各自的+σ、+2σ、+3σ將γ場劃分為偏高場、高場和異常場三級，然後分別把各種岩性γ射線照射量率等級相同的點連接起來（不論它們的岩性是否相同），這樣便構成了一幅相對γ照射量率等值線平面圖（圖 12-4）。這種圖避免了岩石背景值不同造成的干擾，較全面地反應了各種不同岩性的γ場特點，能清楚地反映γ暈圈與礦化、構造的關系，有利於研究礦化規律及推測成礦有利地段。
圖12-4 某地區相對γ照射量率等值線平面圖
12.1.1.5 地面γ測量的資料解釋及實例
地面γ測量的資料解釋是定性的，因為γ測量的探測深度淺，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，難以發現埋藏較深的礦體。此外，γ射線照射量率的大小並非總是反映鈾的富集程度。因為鈾系中主要γ輻射體都是屬於鐳組的核素，所以產生γ異常的源主要是鐳而不是鈾。
放射性核素在自然界中廣泛分布，γ測量中發現異常並不難，但評價異常就不容易了。當礦床出露地表或處於氧化帶中，而附近又有斷裂跡象時，鈾容易受風化淋濾作用而被酸溶解帶走。其結果是鐳的數量增大，平衡偏向鐳，從而出現γ射線照射量率很高而鈾並不富的現象。若被運走的鈾在適當的環境下被還原而沉積下來，或在還原環境下鐳被帶走而鈾又被溶解得很少，就會發生平衡偏向鈾的情況。這時γ射線照射量率不高，但鈾卻很富。因此，必須特別注意用鈾鐳平衡系數確定測區內鈾、鐳是否處於長期平衡狀態，而不能僅僅依靠γ射線照射量率的大小來評價異常。同時，還應綜合應用異常點（帶）的地質、地球化學和其他地球物理（包括射氣測量、β+γ測量等）資料進行分析，才能對異常做出正確的判斷。
圖12-5 某地區地質、相對γ照射量率綜合平面圖
地面γ測量具有儀器輕便、方法簡單、工作靈活、成本低、效率高等特點。除用於直接尋找鈾、釷礦床和確定成礦遠景區外，還用於地質填圖，尋找與放射性核素共生的其他礦產，探測地下水以及解決其他地質問題。
圖12-5是地面γ測量尋找鈾礦床的實例。該地區曾發現燕山運動早期花崗岩體，其主要岩性為中細粒花崗岩。區內浮土覆蓋面積較大，岩漿活動頻繁，構造復雜，呈東西向分布。γ測量圈定了兩個異常和兩個偏高場，都有一定的規模，經地表揭露後它們依然存在。對偏高地帶又做了射氣測量、鈾量測量和伴生元素找礦等工作，結果均有顯示。經勘查揭露，在1、2號異常及3號偏高地帶發現鈾礦，4號偏高地帶見到了鈾礦化。
12.1.2 地面γ能譜測量
如前所述，鈾系和釷系都有幾個主要的γ輻射體。因此，在鈾、釷混合地區，用地面γ測量方法不易判定異常的性質，這時採用地面γ能譜測量往往能取得良好的地質效果。
12.1.2.1 地面γ能譜儀和儀器譜
地面γ能譜儀的閃爍計數器可將γ射線的能量轉換成電脈沖輸出，輸出脈沖的幅度與γ射線的能量成正比，因此能譜測量實際上是對脈沖幅度進行分析。完成這個功能的電路稱為脈沖幅度分析器。其原理見圖12-6（b），它由上、下甄別器和反符合電路組成。甄別器是一種只允許幅度高於某一數值（稱之甄別閾值）的脈沖通過的裝置。上甄別器的閾電壓較高，只有較大幅度的脈沖（如9號脈沖）才能通過。下甄別器的閾電壓較低，除了所有能通過上甄別器的脈沖（如9號脈沖）可以通過外，幅度介於上、下甄別器之間的脈沖（如3、5、8號脈沖）也能通過。兩甄別器輸出的信號均送到反符合電路。反符合電路的特點是，當上、下甄別器有相同的信號同時輸出時，使這些信號在反符合電路相互抵消。因此，反符合電路輸出的只是介於上、下甄別閾電壓之間的脈沖（3、5、8號脈沖），然後進行計數和記錄。
上、下甄別閾電壓的差值稱為道寬。道寬固定以後，通過調節下甄別閾電壓（上甄別閾電壓相應地變化），可把幅度不等的脈沖逐段分選出來，這種脈沖幅度分析方法稱為微分測量。所測得的譜線稱為微分譜。
如果脈沖幅度分析器只用一個下甄別器，則所有幅度超過下甄別器閾電壓的脈沖（圖12-6（a）中3、5、8、9號脈沖）都被記錄，這種脈沖幅度分析方法稱為積分測量。所測得的譜線稱為積分譜。
實際工作中，γ能譜儀測得的γ能譜不是線譜，而是因各種因素復雜化了的儀器譜（圖12-7），它是γ射線通過物質（岩石、土壤、能譜儀探測元件等）產生光電效應、康普頓散射和電子對效應等，使能譜發生了很大變化後形成的，是一種連續譜。與線譜相比，U、Th、K的上述特徵峰峰位不夠突出，但仍能分辨。
圖12-6 脈沖幅度分析器原理
圖12-7 NaI（Tl）測得的微分儀器譜和U、Th、K道的選擇
12.1.2.2 U、Th、K含量的計算
γ能譜儀用一個積分道（＞50 keV）記錄某一能量閾以上的總γ射線計數率，還用三個微分道分別測量γ射線三個能譜段產生的計數率。其中鉀道道寬0.2 MeV，所鑒別的γ譜段中心可選在40K特徵峰1.46 MeV處；鈾道道寬0.2 MeV，譜段中心可選在鈾系214Bi特徵峰1.76 MeV處；釷道道寬0.4 MeV，譜段中心可選在釷系208Tl特徵峰2.62 MeV處。三個譜段都選在高能區，可以減少散射γ射線的影響。三個譜段又相互獨立，且每一譜段中，目標核素譜線佔主要成分，有利於提高計算方程解的穩定性（圖12-7）。
設鉀、鈾、釷道的計數率（已減去底數）分別為I1、I2、I3（單位為cpm），則它們與U、Th、K的質量分數w（U）、w（Th）、w（K）（單位分別為10-6、10-6、%）的關系為
勘查技術工程學
式中系數ai、bi、ci（i=1，2，3）稱為換算系數，分別表示單位含量的鈾、釷、鉀在不同測量道的計數率（單位分別為cpm／10-6、cpm／10-6和cpm／%），需在鈾、釷、鉀標准模型上實測確定。
解上述方程組，可求得鈾、釷、鉀的質量分數
勘查技術工程學
式中
勘查技術工程學
12.1.2.3 地面γ能譜測量的工作方法及成果圖件
地面γ能譜測量與地面γ測量的工作方法類似，但地面γ能譜測量需要按照預先布置的測網定點、定時讀數，讀數的時間一般為1min。微機化γ能譜儀實現了現場自動數據採集、數據初步整理及現場繪制剖面平面圖。
在室內，可將野外採集的數據直接輸入計算機，在屏幕上快速形成各種圖件，並進行人機交互解釋。
地面γ能譜測量的成果圖件有：鈾、釷、鉀含量剖面圖、剖面平面圖和等值線平面圖，有時還要繪制釷鈾比［w（Th）／w（U）、釷鉀比w（Th）／w（K）、鈾鉀比w（U）／w（K）］剖面圖或等值線平面圖。
12.1.2.4 地面γ能譜測量的應用
地面γ能譜測量可以直接尋找鈾、釷礦床，也可尋找與放射性核素共生的金屬及非金屬礦床，利用鈾、釷、鉀含量及其比值的分布資料，還可推測岩漿岩和沉積岩的生成條件及演化過程，探測成礦特點和礦床成因等。
圖12-8是應用γ能譜測量尋找含金構造帶的實例。在含金礦脈附近，γ總量曲線和K含量曲線出現低值，U、Th含量曲線出現高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明顯的異常。綜合這幾條曲線，可確定含金礦脈的位置。根據礦脈兩側K含量曲線兩處出現高值的位置，可大致估計鉀化帶的寬度。
圖12-8 山東某地地面γ能譜測量曲線
㈡ 地面γ測量的比例尺與工作方法
地面伽馬測量的比例尺(即精度),是代表對找礦工作地區進行地質、物探研究詳細程度的一個重要標志。精度不同,觀測網密度也不同。γ測量比例尺的選擇,要以地質找礦任務為前提,以工作區所具有的找礦遠景,地質地形條件以及工作程度為依據。根據地面γ測量比例尺,可將鈾礦勘查劃分為四個階段,即預查、普查、詳查和勘探四個階段。
(一)各勘查階段比例尺與任務
1.預查
預查是找礦的初級階段,常用比例尺為1：10萬～1：5萬。工作區一般位於地質工作程度很低,或航測不易進行的地區。其任務是研究工作區的區域地質條件和放射性地球物理場特徵；尋找有利的含鈾層位(地段)、構造、岩性,並確定找礦標志,為進一步開展較高精度地面普查找出遠景區提供依據。隨著可查面積的日益減少與航測的進一步發展,預查並非是每個地區都要進行的必要階段。
2.普查
普查是對預查提供的礦化潛力較大的地區開展的地質工作。普查的一般比例尺為1：2.5萬～1：1萬,是鈾礦勘查的主要階段。此階段的任務主要是：研究工作地區的地質構造特徵,尋找異常點(帶),並研究其分布規律、礦化特徵和成礦條件,為詳查選區提供依據。
3.詳查
詳查是在普查階段選出的具有成礦遠景的地段,或在礦區(床)外圍進行勘查的地質工作。一般比例尺為1：5000～1：1000。其任務是對有意義的異常點帶進行追索,擴大遠景,進而圈定出異常的形態、規模；查明異常的性質與分布規律、賦存的地質條件、礦化特徵,為揭露評價提供依據。
4.勘探
勘探是對已知具有工業價值的礦床或經詳查圈出的勘探區,通過加密各種采樣工程,其間距足以肯定礦體(層)的連續性；詳細查明礦床地質特徵,確定礦體的形態、產狀、大小、空間位置和礦石質量特徵,詳細查明礦體開采技術條件,對礦石進行加工選冶性能實驗室流程試驗或實驗室擴大流程試驗,必要時應進行半工業試驗,為可行性研究或礦山建設設計提供依據。其常用比例尺為1：1000以上。
系統的地面γ測量一般在普查和詳查階段實施,這是面積性放射性測量首選的工作方法,其比例尺一般不嚴格執行「普查」或「詳查」的比例尺。
進行小比例尺的面積性γ測量時一般不事先布置觀測網,以自由路線測量為主。在確定普查路線時應充分考慮地質地形條件與普查精度。路線布置要靈活,但必須垂直或盡可能垂直於與成礦有利的構造線或岩層走向。
大比例尺γ測量時,根據選定的比例尺事先布置好觀測網。觀測網的基線(根據測區大小、地形條件復雜程度可用單基線、雙基線或多基線),用經緯儀或羅盤儀測定,測線要垂直於基線(基線應與主要含礦構造方向一致),測線可用羅盤定向,測繩丈量距離,並做好測點的標志。γ詳查除逐點測量外,還應在測線的兩側進行全面控制。
鈾礦勘查中對γ測量精度及點線距的要求列於表5-6。
表5-6 γ普查和詳查比例尺及精度要求
表5-6中的點距一般是指地形圖上點與點的水平距離,實際工作中還有一個「記錄點距」,就是在記錄本上反應的點距；此點距在表5-6的基礎上加密一倍。
野外γ測量的點距控制一般不太嚴格,重點地段或異常地段應該加密測量；在覆蓋層較厚的地段可以適當放稀,但必須保證平均密度達到表5-6的要求。
(二)自然底數、正常底數及異常的確定
1.自然底數
輻射儀在放射性元素含量增高地段觀測到的射線照射量率,實際上由下面幾部分組成,即
I總=I儀器+I宇宙+I岩石+I礦石=I自+I岩+I礦(5-1)
式中：I礦——礦體引起的放射性照射量率；
I岩石——岩石(或土壤)中正常放射性元素所產生的射線照射量率；
I宇宙——宇宙射線的照射量率；
I儀器——由於探測器材料不純(含有放射性物質)或被污染而產生的照射量率,以及由於儀器漏電而產生的讀數。
輻射儀的自然底數由I宇宙和I儀器兩部分組成,即
I自=I儀器+I宇宙(5-2)
儀器的自然底數並非一個常數,因為I宇宙隨地區不同而變化。I儀器也會因污染程度不同、漏電所產生的讀數也不可能一致。故在地面γ測量工作中,在一個新的地區,對每一台儀器都要實際測定其自然底數。測定自然底數的方法常用的有水面法與鉛屏法兩種。
(1)水面法
因為河流、湖泊中水的放射性元素含量很低,往往只有正常岩石中的1/100～1/1000。所以水面上測得的射線照射量率實際上就是輻射儀的自然底數。這是目前測定輻射儀自然底數的主要方法。
實際經驗證明,測定輻射儀的自然底數,並不一定要到大江大河中去測定,只要水面附近沒有懸崖陡壁,水又未被放射性污染,只需選取20m2左右,1～1.3m深的水面即可。觀測時將探頭置於水域中央並使其靠近水面的位置,輻射儀的讀數即為自然底數。把儀器手柄以下伸入水中,測得的自然底數更小些,但要確保儀器不漏水才可測量。
(2)鉛屏法
在很難找到適合的水面條件下,可用鉛屏法測定自然底數。
測量時先在無屏條件下讀數,後在帶鉛屏的條件下讀數。則
I無屏=I岩+I自(5-3)
I有屏=I岩e－μ·d+I自(5-4)
根據式(5-3),有
I自=I無屏－I岩(5-5)
由式(5-4)可知
I岩e－μ·d=I有屏－I自(5-6)
由式(5-5)代入式(5-6),得
放射性勘探技術
將式(5-7)代入式(5-5),有
放射性勘探技術
式中：μ——鉛屏的有效衰減系數；
d——鉛屏厚度。
鉛屏的有效衰減系數μ與鉛屏的形狀和厚度有關。因此,實際工作中,要實際測定其有效衰減系數。測定方法簡介於下：
在一個照射量率大於200γ的放射性岩石上,帶鉛屏和不帶鉛屏測量γ射線照射量率。由於儀器的自然底數遠小於岩石的照射量率,故儀器的自然底數可忽略不計。因此有
I無屏≈I岩
I有屏≈I岩e－μ·d(5-9)
即
放射性勘探技術
兩邊取自然對數,得
放射性勘探技術
故
放射性勘探技術
鉛屏厚度以0.3～0.6cm為宜。根據實測結果,當鉛屏厚0.3cm時,μ=3.9cm－1,當d=0.6cm時,μ=3.1cm－1。
2.正常底數(簡稱底數)
地殼表面岩石與土壤中正常放射性元素含量所產生的射線照射量率稱為底數。正常底數隨著地區、岩性(或地層)等因素的不同而不同。
正常底數就是I岩,而我們測得的某點岩石的射線照射量率,則包含著自然底數。因此,要求取某種岩石的正常底數,就必須取同種岩石的若干個測點的射線照射量率的平均值並減去自然底數。
3.異常
嚴格地說,異常是指測值x≥
(三)地面路線γ測量工作方法
1)地面伽馬測量儀器應達到儀器「三性」要求,即應具有良好的准確性、穩定性、一致性。為了確保儀器的「三性」,必須統一儀器的能量起始閾、統一標定儀器、統一測定儀器自然底數、統一儀器的三性檢查。此外,工作前後要嚴格進行儀器工作靈敏度的檢查,其誤差不能超過±10%；儀器更換重要元件後,要對儀器進行必要的調試,重新進行標定。
2)工作前要將起始點標在地形圖上。探測器要靠近地面(離地面5～10cm)左右擺動。要及時檢查儀器工作狀態,注意溫度、濕度變化對測量的影響。工作路線不能是直線,必須沿「S」形方向前進,盡可能擴大探測范圍。工作路線要盡量控制基岩出露較好的地段。觀測點最好定在基岩(或風化基岩)上,並盡可能平整,使立體角ω接近2π,按點距要求進行測量,逐點進行記錄(必須註明測點是定在某種基岩上還是定在浮土上),並及時標在路線圖上。當遇到有利成礦地段和底數發生明顯變化時,要注意加強追索和加密測點。
3)充分運用地質規律指導找礦。路線測量時要仔細觀察並記錄對成礦有關的構造、岩性、礦化和各種找礦標志,並及時標在地形圖上。認真分析地形地貌特徵、浮土覆蓋等情況。如果遇到浮土地段γ照射量率偏高,則應刨坑測量。
4)發現異常後,對異常應進行較詳細的追索,初步了解異常的分布范圍、照射量率和異常所處的地質條件,做較詳細的文字描述。對有意義的異常點(帶)要編繪異常素描圖、採集礦石標本,並做出適當的標志,以備檢查。異常點的位置、最高照射量率、岩層、構造、產狀等必須標在地形圖上。如發現滾石異常,應追根求源。
5)路線測量工作結束後,要將終點位置標在地形圖上。回到駐地後要檢查儀器,整理記錄和圖件,對當天的工作進行小結,並向班組負責人匯報當天的工作情況。如果地質成果較好,還必須向分隊有關地質物探技術人員匯報所獲得的成果,同時交驗記錄本、圖紙和標本。
(四)異常點(帶)的標准、檢查與處理
1.異常點(帶)的標准
凡γ射線照射量率高於圍岩底數三倍以上,受一定構造岩性控制,異常性質為鈾或鈾釷混合者稱為異常點。若γ射線照射量率未達到底數三倍以上,但照射量率偏高,高於圍岩底數加三倍均方差,受明顯地質因素控制,且有一定規模,也可稱為異常點。
異常點受同一岩層或構造控制,其連續長度在20m以上者,稱為異常帶。
2.異常點(帶)的檢查與處理
1)發現異常後首先要檢查儀器工作狀態是否正常。
2)有意義的異常點帶,須布置小范圍的γ詳測網,測線距一般2～5m,以控制異常為准。點距0.5m左右,進一步圈定異常的形態與規模。圖5-2就是對已發現的異常進行確認,同時還要進一步查明異常賦存的地質條件和控制因素。如圖5-2所示,檢查線要垂直於異常暈的長軸方向。
圖5-2 γ異常追蹤示意圖
1—印支期中粒花崗岩；2—斷層破碎帶；3—γ照射量率等值線；4—γ檢查線
3)對所有的異常點(帶),要統一編號,逐個進行登記；其中有意義的異常點(帶),普查分隊應組織地質、物探等有關人員到現場進行檢查,對具有遠景的異常,必須做出初步評價意見。
4)凡屬有意義的異常,都應進行異常定性。使用四道γ能譜儀、射氣儀確定異常是鈾、釷或鈾釷混合異常。在可能的條件下還可採集一些樣品,分析鈾釷含量與鈾鐳平衡系數。
5)在對異常進行檢查與初步評價的基礎上對異常點(帶)進行分類排隊,並劃定值得進一步工作的遠景地段,布置γ詳查、綜合找礦與地質測量任務。在此基礎上,有重點地布置探槽、剝土、淺井、淺鑽等山地工程進行揭露,確定其是否具有工業遠景價值,是否有必要進行深部揭露評價工作。
(五)孔內伽馬測量
這里的「孔」是指人工所挖的深坑或簡單機械的施工的淺孔,而不是鑽機所打的鑽孔。這種伽馬測量一般用用於檢查射氣測量、α徑跡測量、210Po法找礦等所發現的異常。
孔內γ測量因打孔工具不同又可分為淺孔γ測量與深孔γ測量。用人工打孔可用鐵杴挖坑或鋼釺打孔,深度為0.4～1.8m。使用的儀器主要是FD-3013型輻射儀、FD-3017型射氣儀。深孔γ測量要用機械打孔(如美國紹爾單人背包式岩心鑽機),孔深一般數十米。主要用於揭露評價異常點(帶)和在具有遠景的、被較厚沉積層覆蓋的地區。
γ照射量率隨深度而增高,或者在深部發現盲礦體是說明異常具有遠景的重要標志。當異常與一定地質因素有關,並在深部消失,說明異常可能屬於次生富集造成,意義不大。
(六)β+γ測量
鈾鐳之間的放射性平衡受到破壞,且顯著偏鈾而又無規律的地區可採用β+γ測量。這是因為鈾組核素γ射線照射量率只佔整個鈾鐳系的2%左右,而β射線照射量率則占整個鈾鐳系的41%,因此採用β+γ測量就不會漏掉平衡偏鈾的異常。
β+γ測量的工作方法與γ測量相似。由於β射線穿透能力小,需要把探測器敞開測量,這樣容易損壞儀器,受外界干擾輻射的影響大,一般不宜於做大面積普查。目前常用β塑料閃爍體為探測器的β測量儀,如FD-3010型輻射儀。主要用來在平衡偏鈾的地區確定(β+γ)/γ的比值,並大致估算地表鈾鐳平衡的變化規律。
(七)地面γ測量的質量檢查
質量檢查是確保地面γ測量工作質量的重要措施之一。由於放射性元素分布的不均勻性,加之兩次重復測量的幾何條件難於一致。所以很難用兩次重復觀測的精度來表示地面γ測量的工作質量。
目前衡量地面γ測量的質量,還缺乏統一的標准。一般可從兩個方面來衡量。其一,以漏掉異常的多少來衡量,如果檢查測量發現遺漏異常多(比如說多達30%以上),特別是漏掉了具有遠景意義的異常(哪怕是一個),則說明質量很差；第二,如果有較大范圍的γ照射量率增高地段(即γ等值圖中的γ偏高值與γ高值)被遺漏,也說明工作質量差。若漏掉的異常少且此類異常沒有什麼遠景價值,又沒有遺漏大范圍的γ照射量率增高地段,則證明工作質量合乎要求。
無論地面γ普查或詳查,檢查工作量不應少於測區(或全工作區)總工作量的10%。檢查工作一般在一個測站(或測區)結束後進行。檢查時應貫徹「線面結合,以面為主」的原則,檢查的儀器要與基本測量時的儀器類型相同,並經過重新標定。
布置檢查線時,根據區域γ場特徵、地質構造、岩性、礦化有利地段,或者認為有疑問的地段,有重點地布置檢查線。可採取自檢、互檢和專門檢查的方式進行,以互檢為主。
㈢ 放射性測量方法
放射性測量方法按放射源不同可分為兩大類:一類是天然放射性方法，主要有γ測量法、α測量法等;另一類是人工放射性方法，主要有X射線熒光法、中子法等。表7.1給出了幾種放射性測量方法的簡單對比。
7.1.2.1 γ測量
γ測量法是利用輻射儀或能譜儀測量地表岩石或覆蓋層中放射性核素產生的γ射線，根據射線能量的不同判別不同的放射性元素，而根據活度的不同確定元素的含量。γ測量可分為航空γ測量、汽車γ測量、地面(步行)γ測量和γ測井，其物理基礎都是相同的。
根據所記錄的γ射線能量范圍的不同，γ測量可分為γ總量測量和γ能譜測量。
(1)γ總量測量
γ總量測量簡稱γ測量，它探測的是超過某一能量閾值的鈾、釷、鉀等的γ射線的總活度。γ總量測量常用的儀器是γ閃爍輻射儀，它的主要部分是閃爍計數器。閃爍體被入射的γ射線照射時會產生光子，光子經光電倍增管轉換後，成為電信號輸出，由此可記錄γ射線的活度。γ輻射儀測到的γ射線是測點附近岩石、土壤的γ輻射、宇宙射線的貢獻以及儀器本身的輻射及其他因素的貢獻三項之和，其中後兩項為γ輻射儀自然底數(或稱本底)。要定期測定儀器的自然底數，以便求出與岩石、土壤有關的γ輻射。岩石中正常含量的放射性核素所產生的γ射線活度稱為正常底數或背景值，各種岩石有不同的正常底數，可以按統計方法求取，作為正常場值。
表7.1 幾種放射性法的簡單對比
續表
(2)γ能譜測量
γ能譜測量記錄的是特徵譜段的γ射線，可區分出鈾、釷、鉀等天然放射性元素和銫－137、銫－134、鈷－60等人工放射性同位素的γ輻射。其基本原理是不同放射性核素輻射出的γ射線能量是不同的，鈾系、釷系、鉀－40和人工放射性同位素的γ射線能譜存在著一定的差異，利用這種差異選擇幾個合適的譜段作能譜測量，能推算出介質中的鈾、釷、鉀和其他放射性同位素的含量。
為了推算出岩石中鈾、釷、鉀的含量，通常選擇三個能譜段，即第一道:1.3～1.6MeV;第二道:1.6～2.0MeV;第三道:2.0～2.9MeV。每一測量道的譜段范圍稱為道寬。由於第一道對應40K的γ射線能譜，第二道、第三道則分別主要反映鈾系中的214Bi和釷系中的208Tl的貢獻，故常把第一、二、三道分別稱為鉀道、鈾道和釷道。但是，鉀道既記錄了40K的貢獻，又包含有鈾、釷的貢獻。同樣，鈾道中也包含釷的貢獻。當進行環境測量時往往增設137Cs，134Cs，60Co等道。
γ能譜測量可以得到γ射線的總計數，鈾、釷、鉀含量和它們的比值(U/Th，U/K，Th/K)等數據，是一種多參數、高效率的放射性測量方法。
7.1.2.2 射氣測量
射氣測量是用射氣儀測量土壤中放射性氣體濃度的一種瞬時測氡的放射性方法。目的是發現浮土覆蓋下的鈾、釷礦體，圈定構造帶或破碎帶，劃分岩層的接觸界限。
射氣測量的對象是222Rn，220Rn，219Rn。氡放出的α射線穿透能力雖然很弱(一張紙即可擋住)，但它的運移能力卻很強。氡所到之處能有α輻射，用α輻射儀可方便測定。222Rn，220Rn的半衰期分別為3.8d和56s，前者衰變較後者慢得多，以此可加以區分。
工作時，先在測點位置打取氣孔，深約0.5～1m，再將取氣器埋入孔中，用氣筒把土壤中的氡吸入到儀器里，進行測量。測量完畢，應將儀器中的氣體排掉，以免氡氣污染儀器。
7.1.2.3 Po－210測量
Po－210法，也寫作210Po法或釙法，它是一種累積法測氡技術。210Po法是在野外採取土樣或岩樣。用電化學處理的方法把樣品中的放射性核素210Po置換到銅、銀、鎳等金屬片上，再用α輻射儀測量置換在金屬片上的210Po放出來的α射線，確定210Po的異常，用來發現深部鈾礦，尋找構造破碎帶，或解決環境與工程地質問題。
直接測氡，易受種種因素的影響，結果變化較大。測量210Pb能較好地反映當地222Rn的平均情況。210Po是一弱輻射體，不易測量，但其後210Bi(半衰期5d)的子體210Po卻有輻射較強的α輻射，半衰期長(138.4d)。因此，測210Po即可了解210Pb的情況，並較好地反映222Rn的分布規律。210Po是222Rn的子體，沿有釷的貢獻。這是和γ測量、射氣測量、α徑跡測量的不同之處。只測量210Po的α射線，而測不到Po的其他同位素放出的α射線，是因為它們的半衰期不同的緣故。
7.1.2.4 活性炭測量
活性炭法也是一種累積法測氡技術，靈敏度高，效率亦高，而技術簡單且成本低，能區分222Rn和220Rn，適用於覆蓋較厚，氣候乾旱，貯氣條件差的荒漠地區。探測深部鈾礦或解決其他有關地質問題。
活性炭測量的原理是在靜態條件下，乾燥的活性炭對氡有極強的吸附能力，並在一定情況下保持正比關系。因此，把裝有活性炭的取樣器埋在土壤里，活性炭中豐富的孔隙便能強烈地吸附土壤中的氡。一定時間後取出活性炭，測定其放射性，便可以了解該測點氡的情況，以此發現異常。
埋置活性炭之前，先在室內把活性炭裝在取樣器里，並稍加密封，以免吸附大氣中的氡。活性炭顆粒直徑約為0.4～3mm。每個取樣器里的活性炭重約數克至數十克，理置時間約為數小時至數十小時，一般為5d。時間可由實驗確定最佳值，埋置時間短，類似射氣測量;埋置時間長，類似徑跡測量，但徑跡測量除有氡的作用外，其他α輻射體也會有貢獻。活性炭測量只有氡的效果。也有把活性炭放在地面上來吸附氡的測量方法。
為了測量活性炭吸附的氡，可採取不同方法:①測量氡子體放出的γ射線;②測量氡及其子體放出的α射線。
7.1.2.5 熱釋光法
工作時，把熱釋光探測器埋在地下，使其接受α，β，γ射線的照射，熱釋光探測器將吸收它們的能量。一定時間後，取出探測器，送到實驗室，用專門的熱釋光測量儀器加熱熱釋光探測器，記錄下相應的溫度和光強。探測器所受輻射越多，其發光強度愈強。測定有關結果即可了解測點的輻射水平及放射性元素的分布情況，進而解決不同的地質問題。
自然界的礦物3/4以上有熱釋光現象。常溫條件下，礦物接受輻射獲得的能量，是能長期積累並保存下來的。只有當礦物受熱到一定程度，貯存的能量才能以光的形式釋放出來。根據礦物樣品的發光曲線，可以推算該礦物過去接受輻射的情況、溫度的情況等。
7.1.2.6 α測量法
α測量法是指通過測量氡及其衰變子體產生的α粒子的數量來尋找放射性目標體，以解決環境與工程問題的一類放射性測量方法。氡同位素及其衰變產物的α輻射是氡氣測量的主要物理基礎。
工程和環境調查中用得較多有α徑跡測量和α卡測量方法。
(1)α徑跡測量法
當α粒子射入絕緣體時，在其路徑上因輻射損傷會產生細微的痕跡，稱為潛跡(僅幾納米)。潛跡只有用電子顯微鏡才能看到。若把這種受過輻射損傷的材料浸泡在強酸或強鹼里，潛跡便會蝕刻擴大，當其直徑為微米量級時，用一般光學顯微鏡即可觀察到輻射粒子的徑跡。能產生徑跡的絕緣固體材料稱為固體徑跡探測器。α徑跡測量就是利用固體徑跡探測器探測徑跡的氡氣測量方法。
在工作地區取得大量α徑跡數據後，可利用統計方法確定該地區的徑跡底數，並據此劃分出正常場、偏高場、高場和異常場。徑跡密度大於底數加一倍均方差者為偏高場，加二倍均方差者為高場、加三倍均方差者為異常場。
(2)α卡法
α卡法是一種短期累積測氡的方法。α卡是用對氡的衰變子體(21884Po和21484Po等)具有強吸附力的材料(聚酯鍍鋁薄膜或自身帶靜電的過氯乙烯細纖維)製成的卡片，埋於土壤中，使其聚集氡子體的沉澱物，一定時間後取出卡片，立即用α輻射儀測量卡片上的α輻射，藉此測定氡的濃度。由於測量的是卡片上收集的放射性核素輻射出的α射線，所以把卡片稱作α卡，有關的方法就稱為α卡法。如果把卡片做成杯狀，則稱為α杯法，其工作原理與α卡法相同。
7.1.2.7 γ－γ法
γ－γ法是一種人工放射性法，它是利用γ射線與物質作用產生的一些效應來解決有關地質問題，常用來測定岩石、土壤的密度或岩性。
γ－γ法測定密度的原理是當γ射線通過介質時會發生康普頓效應、光電效應等過程。若γ射線的照射量率I0;γ射線穿過物質後，探測器接受到的數值為I，則I和I0之間有一復雜的關系。即I=I0·f(ρ，d，Z，E0)，其中ρ為介質的密度，d為γ源與探測器間的距離，Z為介質的原子序數，E0為入射γ射線能量。
在已知條件下做好量板，給出I/I0與ρ，d的關系曲線。在野外測出I/I0後，即可根據量板查出相應的密度值ρ。
7.1.2.8 X熒光測量
X射線熒光測量，也稱X熒光測量，是一種人工放射性方法，用來測定介質所含元素的種類和含量。其工作原理是利用人工放射性同位素放出的X射線去激活岩石礦物或土壤中的待測元素，使之產生特徵X射線(熒光)。測量這些特徵X射線的能量便可以確定樣品中元素的種類，根據特徵X射線的照射量率可測定該元素之含量。由於不同原子序數的元素放出的特徵X射線能量不同，因而可以根據其能量峰來區分不同的元素，根據其強度來確定元素含量，且可實現一次多元素測量。
根據激發源的不同，X熒光測量可分為電子激發X熒光分析、帶電粒子激發X熒光分析、電磁輻射激發X熒光分析。
X熒光測量可在現場測量，具有快速、工效高、成本低的特點。
7.1.2.9活化法
活化分析是指用中子、帶電粒子、γ射線等與樣品中所含核素發生核反應，使後者成為放射性核素(即將樣品活化)，然後測量此放射性核素的衰變特性(半衰期、射線能量、射線的強弱等)，用以確定待測樣品所含核素的種類及含量的分析技術。
若被分析樣品中某元素的一種穩定同位素X射線作用後轉化成放射性核素Y，則稱X核素被活化。活化分析就是通過測量標識射線能量、核素衰變常數、標識射線的放射性活度等數據來判斷X的存在並確定其含量。
能否進行活化分析以確定X核素存在與否，並作定量測量，關鍵在於:①X核素經某種射線照射後能否被活化，並具有足夠的放射性活度;②生成的Y核素是否具有適於測量的衰變特性，以利精確的放射性測量。
活化分析可分為中子活化分析、帶電粒子活化分析、光子活化分析等。
(1)中子活化分析
根據能量不同，中於可分為熱中子、快中子等。熱中子同原子核相互作用主要是俘獲反應，反應截面比快中子大幾個量級。反應堆的熱中子注量率一般比快中子的大幾個量級，因此熱中子活化分析更適應於痕量元素的分析。
(2)帶電粒子活化分析
常用的帶電粒子有質子、α粒子、氘核、氚核等，也有重粒子。
帶電粒子活化分析常用於輕元素，如硅、鍺、硼、碳、氮、氧等的分析。
(3)光子活化分析
常用電子直線加速器產生的高能軔致輻射來活化樣品。
㈣ γ輻射劑量率的測定
環境地表γ輻射劑量率是指田野、道路、森林、草地、廣場以及建築物內，地表上方一定高度處(通常為1m)由周圍物質中的天然核素和人工核素發出的γ射線產生的空氣吸收劑量率。吸收劑量表示單位質量物質所接受或吸收的平均輻射能量。吸收劑量的定義用公式表示為:吸收劑量 單位為Gy。 是質量為dm的物質吸收的電離輻射的平均能量。
γ輻射空氣吸收劑量率儀主要有電離室型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、塑料閃爍探測器的環境γ輻射空氣吸收劑量率儀、具有能量補償的計數管型環境γ輻射空氣吸收劑量率儀以及具有能量補償的熱釋光劑量計。
(1)技術要求
本法主要使用專用γ輻射劑量率儀器進行測量，要求測量環境地表γ輻射劑量率的儀表應具備以下主要性能和條件:
a.量程范圍。低量程1×10-8～1×10-5Gy·h-1;高量程1×10-5～l×10-2Gy·h-1。
b.相對固有誤差:<15%。
c.能量響應:50keV～3MeV相對響應之差<30%(相對137Cs參考γ輻射源)。
d.角響應:0°～180°R/R≥0.8(137Csγ輻射源)(R，角響應平均值;R，刻度方向上的響應值)。
e.溫度:-10～+40℃(即時測量儀表)，-25～+50℃(連續測量儀表)。
f.相對濕度:95%(+35℃)。
儀器使用前要到校準實驗室進行校準。
(2)儀器類型
用於環境γ輻射劑量率測定的儀器按探測器分類主要有電離室、閃爍探測器和計數管3種類型。
A.電離室。電離室是靈敏體積內充有適當氣體的電離輻射探測器。探測器一般有高壓極、收集極和保護極。高壓極、收集極間加有高壓電場。此電場不足以引起氣體放大，但能夠把電離輻射在靈敏體積內產生的離子電荷收集到電極上，供測量系統進行測量。環境γ放射性測量使用的電離室一般採用球形或圓柱形，見圖66.23。電離室環境γ輻射空氣吸收劑量儀的系統組成如圖66.24所示。為提高靈敏度並縮小電離室體積，一般在靈敏體積內充有25～35kPa的高壓氣體，成為高氣壓電離室。
技術特點與存在問題。
a.常壓電離室用於環境γ輻射劑量測查的優點是結構簡單、能量響應好，缺點是靈敏度較低。在使用中，為提高靈敏度需要將靈敏體積做大，使儀器較為笨重，不便攜帶;常壓電離室的靈敏度隨溫度氣壓的變化較大。測量時必須攜帶氣壓計，隨時進行溫度、氣壓修正。
圖66.23 球形電離室示意圖
圖66.24 高氣壓電離室典型測量電路
b.高氣壓電離室用於環境γ輻射劑量測量的優點是由於充氣壓力高，測量靈敏度高於常壓電離室;由於其密封特性好，不需要進行溫度、氣壓修正，使用方便。存在的問題是在100keV以下電離室壁吸收會使讀數偏低，增加壁厚可加強對低能放射性的吸收，改善電離室的低能響應，但縮小了電離室能量響應的范圍。80keV以下的低能射線份額需要進行修正。
B.閃爍探測器。閃爍探測器主要有塑料閃爍體探測器和NaI晶體探測器
閃爍探測器是一種對於電離輻射靈敏的探測器。當電離輻射與閃爍體物質相互作用時，閃爍體物質的原子、分子被電離或激發，被電離或激發的原子、分子退激時，一部分電離、激發能量以光放射性形式釋放，形成閃爍光。閃爍光被收集到光電轉換器件上，發出光電子，產生輸出信號。閃爍體發出的閃爍光與電離輻射的能量和空氣比釋動能有關。閃爍探測器的原理結構示意如圖66.25。閃爍體探測器一般由閃爍體和光電轉換器件組成。通常閃爍體通過光導與光電倍增管組成一體裝入避光的暗盒中。
圖66.25 閃爍探測器原理結構示意圖
塑料閃爍體是有機閃爍物質在塑料中的固熔體，屬於有機閃爍體。環境γ輻射空氣吸收劑量儀採用的閃爍體主要是能量響應較好的塑料閃爍體或在塑料閃爍體中加一定量的錫或在閃爍體外表面塗上一層ZnS(Ag)，使探測器的能量響應得到改善。
NaI(Tl)閃爍探測器具有靈敏度高的優點，由於其能量響應較差，所測量的數值偏差較大，在環境測量中已很少使用。也有經過技術改造後將其用於環境測量的。
技術特點與存在問題。
a.採用塑料閃爍體的儀器在25keV～1.3MeV范圍內能量響應可達±10%，對於3MeV以上宇宙射線的高能量脈沖輻射易於出現飽和。其對於高能輻射的響應不好。
b.採用NaI(Tl)閃爍探測器的儀器對宇宙射線的響應小，而對低能量的γ射線響應過大。
c.由於光電倍增管的溫度特性不好，使儀器隨溫度變化的特點十分明顯。
C.高靈敏計數管。
圖66.26 閃爍體探測器原理結構示意圖
計數管是一種氣體電離探測器，被探測的射線進入計數管靈敏體積內引起氣體電離，生成正、負離子。後者在被電極收集過程中受電場加速獲得足夠能量，並再次使氣體電離，即產生氣體放大。放大終止後，在電場作用下正離子鞘向陰極漂移在陽極上感應出一
個電壓脈沖。計數管在一定的工作電壓下輸出脈沖幅度相同，而與入射粒子能量、種類等無關。計數管輸出的電壓脈沖接入脈沖計數電路即可進行測量。若將脈沖計數率與計量率關系對應建立，就可以進行環境放射性空氣吸收劑量測量。測量系統的原理電路如圖66.26所示。
技術特點與存在問題。
a.計數管用於環境γ輻射空氣吸收劑量測定具有系統簡單、易於小型化的特點，可形成攜帶型現場測量儀器;同時其性能穩定，環境適應性好。它存在自身本底高、靈敏度較低、對低能響應大、需要進行能量平衡等缺點。
b.一般情況下，可用於環境水平測量的計數管自身本底大多在每分鍾20～50個脈沖，約為40～100nGy/h。
(3)儀器的選擇
由於高氣壓電離室對高能的宇宙射線響應好，由於其電離室壁是不銹鋼材料，故對陸地輻射低於50keV的低能響應較差。塑料閃爍探測器低能區響應好，高能區響應差。所以，專業實驗室常選擇塑料閃爍體探測器和高氣壓電離室儀器共同進行環境測量，以實現互補。
各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比見表66.14。
表66.14 各類環境γ輻射空氣吸收劑量儀的對比
續表
(4)測量方法
環境地表γ輻射劑量率測量方式分兩種。
a.即時測量。用各種γ劑量率儀直接測量出點位上的γ輻射空氣吸收劑量率瞬時值。
b.連續測量。在核電廠等大型核設施的環境固定監測點上，測量從本底水平到事故的環境輻射場空氣吸收劑量率的連續變化值。布設在固定監測點位上的熱釋光劑量計測出一定間隔時間內環境輻射場的累積劑量值。
(5)測量步驟
兩種測量方法的測量程序都應按儀器校準、天然本底測量、測量點的確定、測點測量4個步驟進行。
A.儀器檢查和校準。使用儀器前後，應認真檢查，通常用監督源檢查儀器的工作狀態，確認其狀態正常，方可使用。當儀器沒有監督源時，可採用固定條件下的狀態檢查。
將儀器放置在一個固定地點上(室內、外均可)。由於雨雪天測量時本底值將明顯降低，因此，室外測點應避免雨雪天測量。要求測點周圍沒有外來放射性干擾。長期測量該點的本底讀數值，每次測量取10個讀數，計算平均值Db，並繪出Db變化曲線。每次測量的10個讀數的平均值與長期觀測該點的平均值Db相對變化小於10%，則視為儀器正常，方可對儀器進行校準。
較好的辦法是找一個空曠地帶(距附近高大建築物30m以上，高1.5m的地面上)，放置一兩個與測量對象核素和能量相似的標准源(Ra源即可)，將儀器探測器與源處於同一水平線，按式(66.58)建立不同I與儀器讀數的關系曲線(橫坐標表示已知劑量率，縱坐標表示儀器讀數)。減去儀器本底後，使曲線通過原點，橫坐標與曲線的夾角為α，儀器讀數與cotα的乘積即為校準後的某點劑量率。
岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析
式中:R為源中心距探測器中心的距離;A為源的γ常數，1mg鐳源距探測器1m處A為825×71.667fC/(kg·s);I為以γ單位表示的劑量率。
B.天然本底的測量。在進行γ輻射劑量率測量時需扣除儀表對宇宙射線的響應部分。不同儀表對宇宙射線的響應不同，可根據理論計算，或在水深大於3m，距岸邊大於1000m的淡水面上測量或與對宇宙射線響應已知的儀表比較得出。環境γ輻射空氣吸收劑量本底測量一般在室外選點，測量點應距離附近高大建築物30m以上的空曠地帶(最好在土地上)，距地面100cm處進行測量。測量10個讀數，計算平均值和平均值的標准偏差。
C.測量點的確定。測量的目的決定於測量點位置的布設。在一般建築材料和建築物內進行環境檢測時，應按照測量目的和源項的照射途徑，以及人群活動情況分別確定測量點位的布設。建築材料測量應按照檢測模型情況，將測量點設置在模型中央。探測器距模型表面50～100cm。
全國性或一定區域內的環境γ輻射本底調查，對同一網格點的建築物、道路和原野(城市中的草坪和廣場)，γ輻射劑量率的測量可同時進行。
D.測量。
a.室內測量。要考慮建築物的類型和層次。測量點一般選擇在室內中央，距地面100cm處進行測量。若出現測量值異常時，則應按照100cm間距進行網格劃分測量，以確定異常點的位置。距離牆壁應大於100cm。
b.室外測量。在城市中的道路、草坪和廣場測量時，測點距附近高大建築物的距離需大於30m，並選擇在道路和廣場的中間地面上1m處。
測量點應距離附近高大建築物30m以上，距地面100cm處進行測量。室外環境地表測量時應考慮到降雨、降雪，以及氡、釷射氣的析出與擴散、地面植被情況等因素的影響。所在山地丘陵地區還應注意到岩石露頭的影響。
(6)劑量估算
環境γ輻射對居民產生的有效劑量當量可用下式進行估算:
岩石礦物分析第三分冊有色、稀有、分散、稀土、貴金屬礦石及鈾釷礦石分析
式中:He為有效劑量當量，Sv;Dγ為環境地表γ輻射空氣吸收劑量率，Gy·h-1;K為有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值，本方法採用0.7Sv·Gy-1;t為環境中停留時間，h。