㈠ γ测量方法
γ测量是利用仪器测量地表岩石或覆盖层中放射性核素放出的γ射线，并根据射线强度或能量的变化，发现γ异常或γ射线强度（或能量）增高地段，以寻找铀矿床或解决其他地质问题的一种天然核辐射测量方法。
γ测量可在地面、空中和井中进行，按测量的物理量的不同，可分为γ总量测量和γ能谱测量两类。γ总量测量简称γ测量，是一种积分γ测量，记录的是铀、钍、钾放出的γ射线的总照射量率，但无法区分它们。γ能谱测量是一种微分γ测量，记录的是特征能谱段的γ射线照射量率，并进而确定岩石中铀、钍、钾的含量，故解决的地质问题更广泛。
12.1.1 地面γ测量
12.1.1.1 γ射线照射量率的计算
γ辐射仪在地表测得的γ射线照射量率与地质体的形态、规模、放射性核素含量、γ射线谱成分、盖层特点及测量条件等因素有关。下面仅对一些简单模型进行讨论，以便了解地质体周围γ射线照射量率分布的基本特征。
（1）点源的γ射线照射量率
设点状γ源处于均匀介质中，则介质内部距离点源R（cm）处的γ射线照射量率为
勘查技术工程学
式中m为点源中放射性物质的质量（g）；μ为介质对γ射线的吸收系数（cm-1）；K为伽马常数，数值上它等于对γ射线无吸收的情况下，距质量为1 g的点源1 cm处的γ射线的照射量率。铀、镭、钍、钾的K值分别为
勘查技术工程学
用不同类型仪器测量时，K值稍有变化。
当点源产生的γ射线通过几种不同介质时，距点源R处的γ射线照射量率为
勘查技术工程学
式中μi为第i种介质对γ射线的吸收系数（cm-1），Ri为γ射线通过第i种介质的距离（cm）。
（2）圆台状岩体上的γ射线照射量率
如图12-1所示，有一高为 l、上底半径为 R 的圆台状岩体出露地表，其密度为ρ，放射性核素质量分数为 w，岩石对γ射线的自吸收系数为μ，空气对γ射线的吸收系数为μ0，则圆台体内放射性物质质量为 dm 的体积元 dV 在高度为H 的P 点处产生的γ射线照射量率为
图12-1 圆台状岩体上γ射线照射量率的计算参数
勘查技术工程学
取P为球坐标的原点，将dm=wρdV，dV=r2sinφdrdφdθ代入上式，并对整个体积积分，则
勘查技术工程学
由于r1-r0=lsecφ，r0=Hsecφ，故上式变为
勘查技术工程学
对（12.1-4）式中的积分，可引入金格函数
勘查技术工程学
式中t=xsecφ。金格函数是比指数函数e-x衰减得更快的列表函数（见表12-1）。当x→0时，Φ（x）→1；x→∞时，Φ（x）→0。可以证明
表12-1 金格函数表
勘查技术工程学
将（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ0H或x=μl+μ0H），则圆台体在空中任一点P产生的γ射线照射量率为
勘查技术工程学
式中φ0为P点对圆台上底半径的张角，且有
勘查技术工程学
如果圆台厚度为无限大（l→∞），则（12.1-6）式变为
勘查技术工程学
地面测量中，仪器探头紧贴地面移动，可认为H→0，则上式简化为
勘查技术工程学
容易证明，观测点P对圆台所张的立体角为
勘查技术工程学
于是，（12.1-8）式可写成
勘查技术工程学
（12.1-9）式表明，对于放射性核素含量均匀的同一放射岩层，观测点对岩体所张的立体角不同，会对地面γ测量结果产生很大的影响。如图12-2所示，在狭缝中测得的γ射线照射量率高于平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的顶部测到的γ射线照射量率就更低。所以，地面γ测量中应注意微地形对测量结果的影响，一般应记录平坦表面上的测量数据。
图12-2 不同立体角对γ测量的影响
（3）半无限岩层上的γ射线照射量率
对于体积半无限大的岩层，l→∞，R→∞，φ0→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ0→0，Φ（μl+μ0H）→0，此时离地面H高度上P点的γ射线照射量率为
勘查技术工程学
可见P点的γ射线照射量率将随高度的增加按金格函数规律衰减。
地面测量中，在岩层表面任一点，H→0，Φ（μ0H）→1，此时γ射线照射量率达到极大值
勘查技术工程学
（4）半无限大岩层上有覆盖层时的γ射线照射量率
设非放射性覆盖层厚度为h，覆盖层对γ射线的吸收系数为μ1，则用与推导（12.1-10）式类似的方法，可求得覆盖层表面上任一点的γ射线照射量率
勘查技术工程学
上式表明，无限大岩体覆盖层上的γ射线照射量率随覆盖层厚度增加而按金格函数规律衰减。盖层物质的密度不同，γ射线照射量率的衰减程度也不相同。盖层密度越大，吸收的γ射线越多，照射量率衰减得越快。
12.1.1.2 地面γ辐射仪
地面γ测量使用的辐射仪由γ探测器和记录装置组成。最常用的γ探测器是闪烁计数器，它由闪烁体（荧光体）和光电倍增管组成，其功能是将光能转换成电能（图12-3）。当射线射入闪烁体时，使它的原子受到激发，被激发的原子回到基态时，将放出光子，出现闪烁现象。这些光子打击在光电倍增管的光阴极上，产生光电效应而使光阴极放出光电子，再经光电倍增管中各倍增电极的作用，使光电子不断加速和增殖，最后形成电子束，在阳极上输出一个将初始光讯号放大了105～108倍的电压脉冲。辐射射线强，单位时间产生的脉冲数目多；辐射粒子的能量大，脉冲的幅度也大。因此，闪烁计数器既可测量射线的强度，又可测量射线的能谱。
图12-3 闪烁计数器工作原理图
闪烁体可分为无机闪烁体（NaI、CsI、ZnS等）和有机闪烁体（蒽、联三苯等）两大类。常用的NaI（Tl）晶体是在碘化钠晶体中渗入铊作激活剂，使晶体发出可见光，并防止光被晶体自身吸收。由于晶体发光时间仅为10-7s，因而最大计数率可达105 cps。测量γ射线要使用大体积晶体，而测量X射线则使用薄晶体（厚度1～2 mm）。
辐射仪的记录装置由一套电子线路组成，闪烁计数器输出的电压脉冲经放大、甄别（选择一定幅度的脉冲）、整形（将不规则脉冲变成矩形脉冲）和计数后，由线路的读数部分显示出来。
12.1.1.3 地面γ测量工作方法
地面γ测量一般应布置在地质条件和地球物理、地球化学条件对成矿有利的地段。在地形切割、水系发育、露头良好、覆盖层较薄，并有机械晕和盐晕发育的地区进行γ测量最为有利。
地面γ测量可分为概查、普查和详查三个阶段，各阶段的工作比例尺和点线距如表12-2所示。概查在从未做过γ测量或勘查程度较低的地区进行，概查的工作比例尺为1∶1万～1∶5万，目的是为下一步工作圈出远景区；普查一般在概查阶段所选的远景区内进行，其工作比例尺为1∶2.5万～1∶1万，其任务是研究工作地区的地质构造特征，寻找异常点、异常带，研究它们的分布规律，解释异常的成因，为详查圈定远景地段；详查在选定的远景地段或矿区外围进行，采用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任务是查清已发现异常的形态、规模、强度、赋存的地质条件、矿化特征等，以便对异常进行评价，为深部揭露提供依据。
表12-2 γ测量精度及点线距要求
概查和普查都采用路线测量方法，γ测量路线应与地质测量路线一致。观测采用连续测量方式，以穿越地层和构造走向为主，发现岩性变化、构造带及破碎带等地质现象时，可沿走向适当追索。为保证测线两侧范围不漏掉异常，实测路线可以是曲折的。详查采用面积测量方法，按选定比例尺预先布置测网，测线应尽量垂直穿过欲探测的地质体。
工作时，γ探测器应放在较平坦的地方测量，以避免微地形影响。测点附近的地质情况应予记录，遇到有利层位，或岩性、构造和底数有明显变化时，应适当加密测点。
用γ辐射仪测量时，所记录的γ射线照射量率是由多种因素引起的，可表示为
勘查技术工程学
其中：是测点附近岩石或土壤中放射性核素产生的γ射线照射量率；是宇宙射线产生的γ射线照射量率；是仪器底数；，为仪器的自然底数。
由于宇宙射线的照射量率随地区纬度、海拔高度和昼夜时间的变化而变化，仪器底数也受探测器内放射性核素含量、仪器受污染程度、仪器噪声强度和假脉冲数，以及仪器使用时间长短的影响。因此，辐射仪的自然底数不是一个常数。但是这种变化一般不大，在岩石底数中所占份额较小，所以可将它视为常数。不同的仪器，其自然底数也可能不等，当多台仪器进行γ测量，尤其是在环境γ本底调查、放射性核素定量测量以及为确定低于背景的γ偏低场而进行的测量中，必须测定各台仪器的自然底数，以便使测量结果能进行统一对比。
测定自然底数的方法有铅屏法、水中法、水面法等多种，其中水中法最为简便。选择水深大于1.5 m，水面直径大于2 m，无放射性污染的水域，将γ辐射仪用塑料布密封好，置于水下50 cm处，此时取得的读数即为自然底数。
岩石中正常含量的放射性核素产生的仪器读数叫做岩石底数或背景值。各种岩石有不同的底数，可按统计法求取，作为正常场值。野外工作中，凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上，受一定岩性或构造控制，性质为铀或铀钍混合者，该处称为异常点。若γ射线照射量率偏高（高于围岩底数加三倍均方差），但未达到异常照射量率标准，而地质控矿因素明显，且有一定规模者，亦称为异常点。应当指出，上述标准不宜用来解决非铀地质问题。例如，找寻蓄水构造时，异常只比底数高 10%～80%。因此，解决非铀地质问题时，高于底数者即是异常点。异常分布受同一岩层或构造控制，其长度连续在20 m以上者，称为异常带。对有意义的异常点应进行轻型山地工程揭露。在做好地质、物探编录和取样分析的基础上，可提出进一步工作的意见。
在测区内镭、铀平衡遭到破坏，平衡显着偏铀时，由于铀的γ射线照射量率很小，宜采用β+γ测量，即用记录β射线的仪器测量β射线和γ射线的总照射量率。当需要查明浮土覆盖地区铀矿远景时，可采用孔中γ测量。
为了评价地面γ测量的质量，应布置检查路线。检查路线应布置在地质有利地段或工作质量有疑问的地段。检查工作量应不少于测区工作量的10%。工作质量高的标准是：未遗漏有意义的异常，检查测量曲线与原测量曲线形态无明显差异。
影响测量精度的主要因素是核衰变的统计涨落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途径是要有足够的脉冲计数。实际工作中可采用延长测量时间，增加测量次数等方法解决。
为了保证工作质量，每天出工前后都必须用工作标准源对仪器的性能进行检查。当在某一固定点带标准源和不带标准源的读数差在统计涨落允许范围时，可认为仪器工作正常；否则应对仪器重新标定。同时，工作期间还应定期检查仪器的稳定性、准确性及多台仪器对比的一致性。
12.1.1.4 地面γ测量数据的整理及图示
（1）地面γ测量数据的整理
地面γ测量数据的整理包括将读数（计数率）换算成γ射线照射量率、确定岩石底数、计算岩石γ射线照射量率统计涨落的均方差等。
为了求得岩石底数，首先要根据实测γ射线照射量率绘制频数直方图（或概率分布曲线）。如果岩石γ射线照射量率服从算术正态分布，则岩石照射量率（算术）平均值为
勘查技术工程学
均方差为
勘查技术工程学
式中 n 为统计分组的组数；为第i 组的频数；为第i 组的组中值。
如果岩石γ照射量率服从对数正态分布，则岩石照射量率几何平均值和均方差为
勘查技术工程学
取作为岩石底数，+3σ作为异常的下限（非铀地质工作除外）。
岩石底数和异常下限也可在累积频率展直图或累积频率分布曲线上直接读取。
（2）地面 测量成果的图示
地面γ测量的成果图件主要有：γ照射量率剖面图、γ照射量率剖面平面图、γ照射量率等值线平面图和相对γ照射量率等值线平面图等。
γ照射量率等值线图按±3σ、±2σ、±σ勾绘。不同岩石有不同的底数，且不同岩石γ射线照射量率的变化幅度（即均方差）也是不同的，这些都会影响γ照射量率等值线图的精度。为此，可以在每种岩性范围内按各自的+σ、+2σ、+3σ将γ场划分为偏高场、高场和异常场三级，然后分别把各种岩性γ射线照射量率等级相同的点连接起来（不论它们的岩性是否相同），这样便构成了一幅相对γ照射量率等值线平面图（图 12-4）。这种图避免了岩石背景值不同造成的干扰，较全面地反应了各种不同岩性的γ场特点，能清楚地反映γ晕圈与矿化、构造的关系，有利于研究矿化规律及推测成矿有利地段。
图12-4 某地区相对γ照射量率等值线平面图
12.1.1.5 地面γ测量的资料解释及实例
地面γ测量的资料解释是定性的，因为γ测量的探测深度浅，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，难以发现埋藏较深的矿体。此外，γ射线照射量率的大小并非总是反映铀的富集程度。因为铀系中主要γ辐射体都是属于镭组的核素，所以产生γ异常的源主要是镭而不是铀。
放射性核素在自然界中广泛分布，γ测量中发现异常并不难，但评价异常就不容易了。当矿床出露地表或处于氧化带中，而附近又有断裂迹象时，铀容易受风化淋滤作用而被酸溶解带走。其结果是镭的数量增大，平衡偏向镭，从而出现γ射线照射量率很高而铀并不富的现象。若被运走的铀在适当的环境下被还原而沉积下来，或在还原环境下镭被带走而铀又被溶解得很少，就会发生平衡偏向铀的情况。这时γ射线照射量率不高，但铀却很富。因此，必须特别注意用铀镭平衡系数确定测区内铀、镭是否处于长期平衡状态，而不能仅仅依靠γ射线照射量率的大小来评价异常。同时，还应综合应用异常点（带）的地质、地球化学和其他地球物理（包括射气测量、β+γ测量等）资料进行分析，才能对异常做出正确的判断。
图12-5 某地区地质、相对γ照射量率综合平面图
地面γ测量具有仪器轻便、方法简单、工作灵活、成本低、效率高等特点。除用于直接寻找铀、钍矿床和确定成矿远景区外，还用于地质填图，寻找与放射性核素共生的其他矿产，探测地下水以及解决其他地质问题。
图12-5是地面γ测量寻找铀矿床的实例。该地区曾发现燕山运动早期花岗岩体，其主要岩性为中细粒花岗岩。区内浮土覆盖面积较大，岩浆活动频繁，构造复杂，呈东西向分布。γ测量圈定了两个异常和两个偏高场，都有一定的规模，经地表揭露后它们依然存在。对偏高地带又做了射气测量、铀量测量和伴生元素找矿等工作，结果均有显示。经勘查揭露，在1、2号异常及3号偏高地带发现铀矿，4号偏高地带见到了铀矿化。
12.1.2 地面γ能谱测量
如前所述，铀系和钍系都有几个主要的γ辐射体。因此，在铀、钍混合地区，用地面γ测量方法不易判定异常的性质，这时采用地面γ能谱测量往往能取得良好的地质效果。
12.1.2.1 地面γ能谱仪和仪器谱
地面γ能谱仪的闪烁计数器可将γ射线的能量转换成电脉冲输出，输出脉冲的幅度与γ射线的能量成正比，因此能谱测量实际上是对脉冲幅度进行分析。完成这个功能的电路称为脉冲幅度分析器。其原理见图12-6（b），它由上、下甄别器和反符合电路组成。甄别器是一种只允许幅度高于某一数值（称之甄别阈值）的脉冲通过的装置。上甄别器的阈电压较高，只有较大幅度的脉冲（如9号脉冲）才能通过。下甄别器的阈电压较低，除了所有能通过上甄别器的脉冲（如9号脉冲）可以通过外，幅度介于上、下甄别器之间的脉冲（如3、5、8号脉冲）也能通过。两甄别器输出的信号均送到反符合电路。反符合电路的特点是，当上、下甄别器有相同的信号同时输出时，使这些信号在反符合电路相互抵消。因此，反符合电路输出的只是介于上、下甄别阈电压之间的脉冲（3、5、8号脉冲），然后进行计数和记录。
上、下甄别阈电压的差值称为道宽。道宽固定以后，通过调节下甄别阈电压（上甄别阈电压相应地变化），可把幅度不等的脉冲逐段分选出来，这种脉冲幅度分析方法称为微分测量。所测得的谱线称为微分谱。
如果脉冲幅度分析器只用一个下甄别器，则所有幅度超过下甄别器阈电压的脉冲（图12-6（a）中3、5、8、9号脉冲）都被记录，这种脉冲幅度分析方法称为积分测量。所测得的谱线称为积分谱。
实际工作中，γ能谱仪测得的γ能谱不是线谱，而是因各种因素复杂化了的仪器谱（图12-7），它是γ射线通过物质（岩石、土壤、能谱仪探测元件等）产生光电效应、康普顿散射和电子对效应等，使能谱发生了很大变化后形成的，是一种连续谱。与线谱相比，U、Th、K的上述特征峰峰位不够突出，但仍能分辨。
图12-6 脉冲幅度分析器原理
图12-7 NaI（Tl）测得的微分仪器谱和U、Th、K道的选择
12.1.2.2 U、Th、K含量的计算
γ能谱仪用一个积分道（＞50 keV）记录某一能量阈以上的总γ射线计数率，还用三个微分道分别测量γ射线三个能谱段产生的计数率。其中钾道道宽0.2 MeV，所鉴别的γ谱段中心可选在40K特征峰1.46 MeV处；铀道道宽0.2 MeV，谱段中心可选在铀系214Bi特征峰1.76 MeV处；钍道道宽0.4 MeV，谱段中心可选在钍系208Tl特征峰2.62 MeV处。三个谱段都选在高能区，可以减少散射γ射线的影响。三个谱段又相互独立，且每一谱段中，目标核素谱线占主要成分，有利于提高计算方程解的稳定性（图12-7）。
设钾、铀、钍道的计数率（已减去底数）分别为I1、I2、I3（单位为cpm），则它们与U、Th、K的质量分数w（U）、w（Th）、w（K）（单位分别为10-6、10-6、%）的关系为
勘查技术工程学
式中系数ai、bi、ci（i=1，2，3）称为换算系数，分别表示单位含量的铀、钍、钾在不同测量道的计数率（单位分别为cpm／10-6、cpm／10-6和cpm／%），需在铀、钍、钾标准模型上实测确定。
解上述方程组，可求得铀、钍、钾的质量分数
勘查技术工程学
式中
勘查技术工程学
12.1.2.3 地面γ能谱测量的工作方法及成果图件
地面γ能谱测量与地面γ测量的工作方法类似，但地面γ能谱测量需要按照预先布置的测网定点、定时读数，读数的时间一般为1min。微机化γ能谱仪实现了现场自动数据采集、数据初步整理及现场绘制剖面平面图。
在室内，可将野外采集的数据直接输入计算机，在屏幕上快速形成各种图件，并进行人机交互解释。
地面γ能谱测量的成果图件有：铀、钍、钾含量剖面图、剖面平面图和等值线平面图，有时还要绘制钍铀比［w（Th）／w（U）、钍钾比w（Th）／w（K）、铀钾比w（U）／w（K）］剖面图或等值线平面图。
12.1.2.4 地面γ能谱测量的应用
地面γ能谱测量可以直接寻找铀、钍矿床，也可寻找与放射性核素共生的金属及非金属矿床，利用铀、钍、钾含量及其比值的分布资料，还可推测岩浆岩和沉积岩的生成条件及演化过程，探测成矿特点和矿床成因等。
图12-8是应用γ能谱测量寻找含金构造带的实例。在含金矿脉附近，γ总量曲线和K含量曲线出现低值，U、Th含量曲线出现高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明显的异常。综合这几条曲线，可确定含金矿脉的位置。根据矿脉两侧K含量曲线两处出现高值的位置，可大致估计钾化带的宽度。
图12-8 山东某地地面γ能谱测量曲线
㈡ 地面γ测量的比例尺与工作方法
地面伽马测量的比例尺(即精度),是代表对找矿工作地区进行地质、物探研究详细程度的一个重要标志。精度不同,观测网密度也不同。γ测量比例尺的选择,要以地质找矿任务为前提,以工作区所具有的找矿远景,地质地形条件以及工作程度为依据。根据地面γ测量比例尺,可将铀矿勘查划分为四个阶段,即预查、普查、详查和勘探四个阶段。
(一)各勘查阶段比例尺与任务
1.预查
预查是找矿的初级阶段,常用比例尺为1：10万～1：5万。工作区一般位于地质工作程度很低,或航测不易进行的地区。其任务是研究工作区的区域地质条件和放射性地球物理场特征；寻找有利的含铀层位(地段)、构造、岩性,并确定找矿标志,为进一步开展较高精度地面普查找出远景区提供依据。随着可查面积的日益减少与航测的进一步发展,预查并非是每个地区都要进行的必要阶段。
2.普查
普查是对预查提供的矿化潜力较大的地区开展的地质工作。普查的一般比例尺为1：2.5万～1：1万,是铀矿勘查的主要阶段。此阶段的任务主要是：研究工作地区的地质构造特征,寻找异常点(带),并研究其分布规律、矿化特征和成矿条件,为详查选区提供依据。
3.详查
详查是在普查阶段选出的具有成矿远景的地段,或在矿区(床)外围进行勘查的地质工作。一般比例尺为1：5000～1：1000。其任务是对有意义的异常点带进行追索,扩大远景,进而圈定出异常的形态、规模；查明异常的性质与分布规律、赋存的地质条件、矿化特征,为揭露评价提供依据。
4.勘探
勘探是对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区,通过加密各种采样工程,其间距足以肯定矿体(层)的连续性；详细查明矿床地质特征,确定矿体的形态、产状、大小、空间位置和矿石质量特征,详细查明矿体开采技术条件,对矿石进行加工选冶性能实验室流程试验或实验室扩大流程试验,必要时应进行半工业试验,为可行性研究或矿山建设设计提供依据。其常用比例尺为1：1000以上。
系统的地面γ测量一般在普查和详查阶段实施,这是面积性放射性测量首选的工作方法,其比例尺一般不严格执行“普查”或“详查”的比例尺。
进行小比例尺的面积性γ测量时一般不事先布置观测网,以自由路线测量为主。在确定普查路线时应充分考虑地质地形条件与普查精度。路线布置要灵活,但必须垂直或尽可能垂直于与成矿有利的构造线或岩层走向。
大比例尺γ测量时,根据选定的比例尺事先布置好观测网。观测网的基线(根据测区大小、地形条件复杂程度可用单基线、双基线或多基线),用经纬仪或罗盘仪测定,测线要垂直于基线(基线应与主要含矿构造方向一致),测线可用罗盘定向,测绳丈量距离,并做好测点的标志。γ详查除逐点测量外,还应在测线的两侧进行全面控制。
铀矿勘查中对γ测量精度及点线距的要求列于表5-6。
表5-6 γ普查和详查比例尺及精度要求
表5-6中的点距一般是指地形图上点与点的水平距离,实际工作中还有一个“记录点距”,就是在记录本上反应的点距；此点距在表5-6的基础上加密一倍。
野外γ测量的点距控制一般不太严格,重点地段或异常地段应该加密测量；在覆盖层较厚的地段可以适当放稀,但必须保证平均密度达到表5-6的要求。
(二)自然底数、正常底数及异常的确定
1.自然底数
辐射仪在放射性元素含量增高地段观测到的射线照射量率,实际上由下面几部分组成,即
I总=I仪器+I宇宙+I岩石+I矿石=I自+I岩+I矿(5-1)
式中：I矿——矿体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产生的射线照射量率；
I宇宙——宇宙射线的照射量率；
I仪器——由于探测器材料不纯(含有放射性物质)或被污染而产生的照射量率,以及由于仪器漏电而产生的读数。
辐射仪的自然底数由I宇宙和I仪器两部分组成,即
I自=I仪器+I宇宙(5-2)
仪器的自然底数并非一个常数,因为I宇宙随地区不同而变化。I仪器也会因污染程度不同、漏电所产生的读数也不可能一致。故在地面γ测量工作中,在一个新的地区,对每一台仪器都要实际测定其自然底数。测定自然底数的方法常用的有水面法与铅屏法两种。
(1)水面法
因为河流、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。所以水面上测得的射线照射量率实际上就是辐射仪的自然底数。这是目前测定辐射仪自然底数的主要方法。
实际经验证明,测定辐射仪的自然底数,并不一定要到大江大河中去测定,只要水面附近没有悬崖陡壁,水又未被放射性污染,只需选取20m2左右,1～1.3m深的水面即可。观测时将探头置于水域中央并使其靠近水面的位置,辐射仪的读数即为自然底数。把仪器手柄以下伸入水中,测得的自然底数更小些,但要确保仪器不漏水才可测量。
(2)铅屏法
在很难找到适合的水面条件下,可用铅屏法测定自然底数。
测量时先在无屏条件下读数,后在带铅屏的条件下读数。则
I无屏=I岩+I自(5-3)
I有屏=I岩e－μ·d+I自(5-4)
根据式(5-3),有
I自=I无屏－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
放射性勘探技术
将式(5-7)代入式(5-5),有
放射性勘探技术
式中：μ——铅屏的有效衰减系数；
d——铅屏厚度。
铅屏的有效衰减系数μ与铅屏的形状和厚度有关。因此,实际工作中,要实际测定其有效衰减系数。测定方法简介于下：
在一个照射量率大于200γ的放射性岩石上,带铅屏和不带铅屏测量γ射线照射量率。由于仪器的自然底数远小于岩石的照射量率,故仪器的自然底数可忽略不计。因此有
I无屏≈I岩
I有屏≈I岩e－μ·d(5-9)
即
放射性勘探技术
两边取自然对数,得
放射性勘探技术
故
放射性勘探技术
铅屏厚度以0.3～0.6cm为宜。根据实测结果,当铅屏厚0.3cm时,μ=3.9cm－1,当d=0.6cm时,μ=3.1cm－1。
2.正常底数(简称底数)
地壳表面岩石与土壤中正常放射性元素含量所产生的射线照射量率称为底数。正常底数随着地区、岩性(或地层)等因素的不同而不同。
正常底数就是I岩,而我们测得的某点岩石的射线照射量率,则包含着自然底数。因此,要求取某种岩石的正常底数,就必须取同种岩石的若干个测点的射线照射量率的平均值并减去自然底数。
3.异常
严格地说,异常是指测值x≥
(三)地面路线γ测量工作方法
1)地面伽马测量仪器应达到仪器“三性”要求,即应具有良好的准确性、稳定性、一致性。为了确保仪器的“三性”,必须统一仪器的能量起始阈、统一标定仪器、统一测定仪器自然底数、统一仪器的三性检查。此外,工作前后要严格进行仪器工作灵敏度的检查,其误差不能超过±10%；仪器更换重要元件后,要对仪器进行必要的调试,重新进行标定。
2)工作前要将起始点标在地形图上。探测器要靠近地面(离地面5～10cm)左右摆动。要及时检查仪器工作状态,注意温度、湿度变化对测量的影响。工作路线不能是直线,必须沿“S”形方向前进,尽可能扩大探测范围。工作路线要尽量控制基岩出露较好的地段。观测点最好定在基岩(或风化基岩)上,并尽可能平整,使立体角ω接近2π,按点距要求进行测量,逐点进行记录(必须注明测点是定在某种基岩上还是定在浮土上),并及时标在路线图上。当遇到有利成矿地段和底数发生明显变化时,要注意加强追索和加密测点。
3)充分运用地质规律指导找矿。路线测量时要仔细观察并记录对成矿有关的构造、岩性、矿化和各种找矿标志,并及时标在地形图上。认真分析地形地貌特征、浮土覆盖等情况。如果遇到浮土地段γ照射量率偏高,则应刨坑测量。
4)发现异常后,对异常应进行较详细的追索,初步了解异常的分布范围、照射量率和异常所处的地质条件,做较详细的文字描述。对有意义的异常点(带)要编绘异常素描图、采集矿石标本,并做出适当的标志,以备检查。异常点的位置、最高照射量率、岩层、构造、产状等必须标在地形图上。如发现滚石异常,应追根求源。
5)路线测量工作结束后,要将终点位置标在地形图上。回到驻地后要检查仪器,整理记录和图件,对当天的工作进行小结,并向班组负责人汇报当天的工作情况。如果地质成果较好,还必须向分队有关地质物探技术人员汇报所获得的成果,同时交验记录本、图纸和标本。
(四)异常点(带)的标准、检查与处理
1.异常点(带)的标准
凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上,受一定构造岩性控制,异常性质为铀或铀钍混合者称为异常点。若γ射线照射量率未达到底数三倍以上,但照射量率偏高,高于围岩底数加三倍均方差,受明显地质因素控制,且有一定规模,也可称为异常点。
异常点受同一岩层或构造控制,其连续长度在20m以上者,称为异常带。
2.异常点(带)的检查与处理
1)发现异常后首先要检查仪器工作状态是否正常。
2)有意义的异常点带,须布置小范围的γ详测网,测线距一般2～5m,以控制异常为准。点距0.5m左右,进一步圈定异常的形态与规模。图5-2就是对已发现的异常进行确认,同时还要进一步查明异常赋存的地质条件和控制因素。如图5-2所示,检查线要垂直于异常晕的长轴方向。
图5-2 γ异常追踪示意图
1—印支期中粒花岗岩；2—断层破碎带；3—γ照射量率等值线；4—γ检查线
3)对所有的异常点(带),要统一编号,逐个进行登记；其中有意义的异常点(带),普查分队应组织地质、物探等有关人员到现场进行检查,对具有远景的异常,必须做出初步评价意见。
4)凡属有意义的异常,都应进行异常定性。使用四道γ能谱仪、射气仪确定异常是铀、钍或铀钍混合异常。在可能的条件下还可采集一些样品,分析铀钍含量与铀镭平衡系数。
5)在对异常进行检查与初步评价的基础上对异常点(带)进行分类排队,并划定值得进一步工作的远景地段,布置γ详查、综合找矿与地质测量任务。在此基础上,有重点地布置探槽、剥土、浅井、浅钻等山地工程进行揭露,确定其是否具有工业远景价值,是否有必要进行深部揭露评价工作。
(五)孔内伽马测量
这里的“孔”是指人工所挖的深坑或简单机械的施工的浅孔,而不是钻机所打的钻孔。这种伽马测量一般用用于检查射气测量、α径迹测量、210Po法找矿等所发现的异常。
孔内γ测量因打孔工具不同又可分为浅孔γ测量与深孔γ测量。用人工打孔可用铁锨挖坑或钢钎打孔,深度为0.4～1.8m。使用的仪器主要是FD-3013型辐射仪、FD-3017型射气仪。深孔γ测量要用机械打孔(如美国绍尔单人背包式岩心钻机),孔深一般数十米。主要用于揭露评价异常点(带)和在具有远景的、被较厚沉积层覆盖的地区。
γ照射量率随深度而增高,或者在深部发现盲矿体是说明异常具有远景的重要标志。当异常与一定地质因素有关,并在深部消失,说明异常可能属于次生富集造成,意义不大。
(六)β+γ测量
铀镭之间的放射性平衡受到破坏,且显着偏铀而又无规律的地区可采用β+γ测量。这是因为铀组核素γ射线照射量率只占整个铀镭系的2%左右,而β射线照射量率则占整个铀镭系的41%,因此采用β+γ测量就不会漏掉平衡偏铀的异常。
β+γ测量的工作方法与γ测量相似。由于β射线穿透能力小,需要把探测器敞开测量,这样容易损坏仪器,受外界干扰辐射的影响大,一般不宜于做大面积普查。目前常用β塑料闪烁体为探测器的β测量仪,如FD-3010型辐射仪。主要用来在平衡偏铀的地区确定(β+γ)/γ的比值,并大致估算地表铀镭平衡的变化规律。
(七)地面γ测量的质量检查
质量检查是确保地面γ测量工作质量的重要措施之一。由于放射性元素分布的不均匀性,加之两次重复测量的几何条件难于一致。所以很难用两次重复观测的精度来表示地面γ测量的工作质量。
目前衡量地面γ测量的质量,还缺乏统一的标准。一般可从两个方面来衡量。其一,以漏掉异常的多少来衡量,如果检查测量发现遗漏异常多(比如说多达30%以上),特别是漏掉了具有远景意义的异常(哪怕是一个),则说明质量很差；第二,如果有较大范围的γ照射量率增高地段(即γ等值图中的γ偏高值与γ高值)被遗漏,也说明工作质量差。若漏掉的异常少且此类异常没有什么远景价值,又没有遗漏大范围的γ照射量率增高地段,则证明工作质量合乎要求。
无论地面γ普查或详查,检查工作量不应少于测区(或全工作区)总工作量的10%。检查工作一般在一个测站(或测区)结束后进行。检查时应贯彻“线面结合,以面为主”的原则,检查的仪器要与基本测量时的仪器类型相同,并经过重新标定。
布置检查线时,根据区域γ场特征、地质构造、岩性、矿化有利地段,或者认为有疑问的地段,有重点地布置检查线。可采取自检、互检和专门检查的方式进行,以互检为主。
㈢ 放射性测量方法
放射性测量方法按放射源不同可分为两大类:一类是天然放射性方法，主要有γ测量法、α测量法等;另一类是人工放射性方法，主要有X射线荧光法、中子法等。表7.1给出了几种放射性测量方法的简单对比。
7.1.2.1 γ测量
γ测量法是利用辐射仪或能谱仪测量地表岩石或覆盖层中放射性核素产生的γ射线，根据射线能量的不同判别不同的放射性元素，而根据活度的不同确定元素的含量。γ测量可分为航空γ测量、汽车γ测量、地面(步行)γ测量和γ测井，其物理基础都是相同的。
根据所记录的γ射线能量范围的不同，γ测量可分为γ总量测量和γ能谱测量。
(1)γ总量测量
γ总量测量简称γ测量，它探测的是超过某一能量阈值的铀、钍、钾等的γ射线的总活度。γ总量测量常用的仪器是γ闪烁辐射仪，它的主要部分是闪烁计数器。闪烁体被入射的γ射线照射时会产生光子，光子经光电倍增管转换后，成为电信号输出，由此可记录γ射线的活度。γ辐射仪测到的γ射线是测点附近岩石、土壤的γ辐射、宇宙射线的贡献以及仪器本身的辐射及其他因素的贡献三项之和，其中后两项为γ辐射仪自然底数(或称本底)。要定期测定仪器的自然底数，以便求出与岩石、土壤有关的γ辐射。岩石中正常含量的放射性核素所产生的γ射线活度称为正常底数或背景值，各种岩石有不同的正常底数，可以按统计方法求取，作为正常场值。
表7.1 几种放射性法的简单对比
续表
(2)γ能谱测量
γ能谱测量记录的是特征谱段的γ射线，可区分出铀、钍、钾等天然放射性元素和铯－137、铯－134、钴－60等人工放射性同位素的γ辐射。其基本原理是不同放射性核素辐射出的γ射线能量是不同的，铀系、钍系、钾－40和人工放射性同位素的γ射线能谱存在着一定的差异，利用这种差异选择几个合适的谱段作能谱测量，能推算出介质中的铀、钍、钾和其他放射性同位素的含量。
为了推算出岩石中铀、钍、钾的含量，通常选择三个能谱段，即第一道:1.3～1.6MeV;第二道:1.6～2.0MeV;第三道:2.0～2.9MeV。每一测量道的谱段范围称为道宽。由于第一道对应40K的γ射线能谱，第二道、第三道则分别主要反映铀系中的214Bi和钍系中的208Tl的贡献，故常把第一、二、三道分别称为钾道、铀道和钍道。但是，钾道既记录了40K的贡献，又包含有铀、钍的贡献。同样，铀道中也包含钍的贡献。当进行环境测量时往往增设137Cs，134Cs，60Co等道。
γ能谱测量可以得到γ射线的总计数，铀、钍、钾含量和它们的比值(U/Th，U/K，Th/K)等数据，是一种多参数、高效率的放射性测量方法。
7.1.2.2 射气测量
射气测量是用射气仪测量土壤中放射性气体浓度的一种瞬时测氡的放射性方法。目的是发现浮土覆盖下的铀、钍矿体，圈定构造带或破碎带，划分岩层的接触界限。
射气测量的对象是222Rn，220Rn，219Rn。氡放出的α射线穿透能力虽然很弱(一张纸即可挡住)，但它的运移能力却很强。氡所到之处能有α辐射，用α辐射仪可方便测定。222Rn，220Rn的半衰期分别为3.8d和56s，前者衰变较后者慢得多，以此可加以区分。
工作时，先在测点位置打取气孔，深约0.5～1m，再将取气器埋入孔中，用气筒把土壤中的氡吸入到仪器里，进行测量。测量完毕，应将仪器中的气体排掉，以免氡气污染仪器。
7.1.2.3 Po－210测量
Po－210法，也写作210Po法或钋法，它是一种累积法测氡技术。210Po法是在野外采取土样或岩样。用电化学处理的方法把样品中的放射性核素210Po置换到铜、银、镍等金属片上，再用α辐射仪测量置换在金属片上的210Po放出来的α射线，确定210Po的异常，用来发现深部铀矿，寻找构造破碎带，或解决环境与工程地质问题。
直接测氡，易受种种因素的影响，结果变化较大。测量210Pb能较好地反映当地222Rn的平均情况。210Po是一弱辐射体，不易测量，但其后210Bi(半衰期5d)的子体210Po却有辐射较强的α辐射，半衰期长(138.4d)。因此，测210Po即可了解210Pb的情况，并较好地反映222Rn的分布规律。210Po是222Rn的子体，沿有钍的贡献。这是和γ测量、射气测量、α径迹测量的不同之处。只测量210Po的α射线，而测不到Po的其他同位素放出的α射线，是因为它们的半衰期不同的缘故。
7.1.2.4 活性炭测量
活性炭法也是一种累积法测氡技术，灵敏度高，效率亦高，而技术简单且成本低，能区分222Rn和220Rn，适用于覆盖较厚，气候干旱，贮气条件差的荒漠地区。探测深部铀矿或解决其他有关地质问题。
活性炭测量的原理是在静态条件下，干燥的活性炭对氡有极强的吸附能力，并在一定情况下保持正比关系。因此，把装有活性炭的取样器埋在土壤里，活性炭中丰富的孔隙便能强烈地吸附土壤中的氡。一定时间后取出活性炭，测定其放射性，便可以了解该测点氡的情况，以此发现异常。
埋置活性炭之前，先在室内把活性炭装在取样器里，并稍加密封，以免吸附大气中的氡。活性炭颗粒直径约为0.4～3mm。每个取样器里的活性炭重约数克至数十克，理置时间约为数小时至数十小时，一般为5d。时间可由实验确定最佳值，埋置时间短，类似射气测量;埋置时间长，类似径迹测量，但径迹测量除有氡的作用外，其他α辐射体也会有贡献。活性炭测量只有氡的效果。也有把活性炭放在地面上来吸附氡的测量方法。
为了测量活性炭吸附的氡，可采取不同方法:①测量氡子体放出的γ射线;②测量氡及其子体放出的α射线。
7.1.2.5 热释光法
工作时，把热释光探测器埋在地下，使其接受α，β，γ射线的照射，热释光探测器将吸收它们的能量。一定时间后，取出探测器，送到实验室，用专门的热释光测量仪器加热热释光探测器，记录下相应的温度和光强。探测器所受辐射越多，其发光强度愈强。测定有关结果即可了解测点的辐射水平及放射性元素的分布情况，进而解决不同的地质问题。
自然界的矿物3/4以上有热释光现象。常温条件下，矿物接受辐射获得的能量，是能长期积累并保存下来的。只有当矿物受热到一定程度，贮存的能量才能以光的形式释放出来。根据矿物样品的发光曲线，可以推算该矿物过去接受辐射的情况、温度的情况等。
7.1.2.6 α测量法
α测量法是指通过测量氡及其衰变子体产生的α粒子的数量来寻找放射性目标体，以解决环境与工程问题的一类放射性测量方法。氡同位素及其衰变产物的α辐射是氡气测量的主要物理基础。
工程和环境调查中用得较多有α径迹测量和α卡测量方法。
(1)α径迹测量法
当α粒子射入绝缘体时，在其路径上因辐射损伤会产生细微的痕迹，称为潜迹(仅几纳米)。潜迹只有用电子显微镜才能看到。若把这种受过辐射损伤的材料浸泡在强酸或强碱里，潜迹便会蚀刻扩大，当其直径为微米量级时，用一般光学显微镜即可观察到辐射粒子的径迹。能产生径迹的绝缘固体材料称为固体径迹探测器。α径迹测量就是利用固体径迹探测器探测径迹的氡气测量方法。
在工作地区取得大量α径迹数据后，可利用统计方法确定该地区的径迹底数，并据此划分出正常场、偏高场、高场和异常场。径迹密度大于底数加一倍均方差者为偏高场，加二倍均方差者为高场、加三倍均方差者为异常场。
(2)α卡法
α卡法是一种短期累积测氡的方法。α卡是用对氡的衰变子体(21884Po和21484Po等)具有强吸附力的材料(聚酯镀铝薄膜或自身带静电的过氯乙烯细纤维)制成的卡片，埋于土壤中，使其聚集氡子体的沉淀物，一定时间后取出卡片，立即用α辐射仪测量卡片上的α辐射，借此测定氡的浓度。由于测量的是卡片上收集的放射性核素辐射出的α射线，所以把卡片称作α卡，有关的方法就称为α卡法。如果把卡片做成杯状，则称为α杯法，其工作原理与α卡法相同。
7.1.2.7 γ－γ法
γ－γ法是一种人工放射性法，它是利用γ射线与物质作用产生的一些效应来解决有关地质问题，常用来测定岩石、土壤的密度或岩性。
γ－γ法测定密度的原理是当γ射线通过介质时会发生康普顿效应、光电效应等过程。若γ射线的照射量率I0;γ射线穿过物质后，探测器接受到的数值为I，则I和I0之间有一复杂的关系。即I=I0·f(ρ，d，Z，E0)，其中ρ为介质的密度，d为γ源与探测器间的距离，Z为介质的原子序数，E0为入射γ射线能量。
在已知条件下做好量板，给出I/I0与ρ，d的关系曲线。在野外测出I/I0后，即可根据量板查出相应的密度值ρ。
7.1.2.8 X荧光测量
X射线荧光测量，也称X荧光测量，是一种人工放射性方法，用来测定介质所含元素的种类和含量。其工作原理是利用人工放射性同位素放出的X射线去激活岩石矿物或土壤中的待测元素，使之产生特征X射线(荧光)。测量这些特征X射线的能量便可以确定样品中元素的种类，根据特征X射线的照射量率可测定该元素之含量。由于不同原子序数的元素放出的特征X射线能量不同，因而可以根据其能量峰来区分不同的元素，根据其强度来确定元素含量，且可实现一次多元素测量。
根据激发源的不同，X荧光测量可分为电子激发X荧光分析、带电粒子激发X荧光分析、电磁辐射激发X荧光分析。
X荧光测量可在现场测量，具有快速、工效高、成本低的特点。
7.1.2.9活化法
活化分析是指用中子、带电粒子、γ射线等与样品中所含核素发生核反应，使后者成为放射性核素(即将样品活化)，然后测量此放射性核素的衰变特性(半衰期、射线能量、射线的强弱等)，用以确定待测样品所含核素的种类及含量的分析技术。
若被分析样品中某元素的一种稳定同位素X射线作用后转化成放射性核素Y，则称X核素被活化。活化分析就是通过测量标识射线能量、核素衰变常数、标识射线的放射性活度等数据来判断X的存在并确定其含量。
能否进行活化分析以确定X核素存在与否，并作定量测量，关键在于:①X核素经某种射线照射后能否被活化，并具有足够的放射性活度;②生成的Y核素是否具有适于测量的衰变特性，以利精确的放射性测量。
活化分析可分为中子活化分析、带电粒子活化分析、光子活化分析等。
(1)中子活化分析
根据能量不同，中于可分为热中子、快中子等。热中子同原子核相互作用主要是俘获反应，反应截面比快中子大几个量级。反应堆的热中子注量率一般比快中子的大几个量级，因此热中子活化分析更适应于痕量元素的分析。
(2)带电粒子活化分析
常用的带电粒子有质子、α粒子、氘核、氚核等，也有重粒子。
带电粒子活化分析常用于轻元素，如硅、锗、硼、碳、氮、氧等的分析。
(3)光子活化分析
常用电子直线加速器产生的高能轫致辐射来活化样品。
㈣ γ辐射剂量率的测定
环境地表γ辐射剂量率是指田野、道路、森林、草地、广场以及建筑物内，地表上方一定高度处(通常为1m)由周围物质中的天然核素和人工核素发出的γ射线产生的空气吸收剂量率。吸收剂量表示单位质量物质所接受或吸收的平均辐射能量。吸收剂量的定义用公式表示为:吸收剂量 单位为Gy。 是质量为dm的物质吸收的电离辐射的平均能量。
γ辐射空气吸收剂量率仪主要有电离室型环境γ辐射空气吸收剂量率仪、塑料闪烁探测器的环境γ辐射空气吸收剂量率仪、具有能量补偿的计数管型环境γ辐射空气吸收剂量率仪以及具有能量补偿的热释光剂量计。
(1)技术要求
本法主要使用专用γ辐射剂量率仪器进行测量，要求测量环境地表γ辐射剂量率的仪表应具备以下主要性能和条件:
a.量程范围。低量程1×10-8～1×10-5Gy·h-1;高量程1×10-5～l×10-2Gy·h-1。
b.相对固有误差:<15%。
c.能量响应:50keV～3MeV相对响应之差<30%(相对137Cs参考γ辐射源)。
d.角响应:0°～180°R/R≥0.8(137Csγ辐射源)(R，角响应平均值;R，刻度方向上的响应值)。
e.温度:-10～+40℃(即时测量仪表)，-25～+50℃(连续测量仪表)。
f.相对湿度:95%(+35℃)。
仪器使用前要到校准实验室进行校准。
(2)仪器类型
用于环境γ辐射剂量率测定的仪器按探测器分类主要有电离室、闪烁探测器和计数管3种类型。
A.电离室。电离室是灵敏体积内充有适当气体的电离辐射探测器。探测器一般有高压极、收集极和保护极。高压极、收集极间加有高压电场。此电场不足以引起气体放大，但能够把电离辐射在灵敏体积内产生的离子电荷收集到电极上，供测量系统进行测量。环境γ放射性测量使用的电离室一般采用球形或圆柱形，见图66.23。电离室环境γ辐射空气吸收剂量仪的系统组成如图66.24所示。为提高灵敏度并缩小电离室体积，一般在灵敏体积内充有25～35kPa的高压气体，成为高气压电离室。
技术特点与存在问题。
a.常压电离室用于环境γ辐射剂量测查的优点是结构简单、能量响应好，缺点是灵敏度较低。在使用中，为提高灵敏度需要将灵敏体积做大，使仪器较为笨重，不便携带;常压电离室的灵敏度随温度气压的变化较大。测量时必须携带气压计，随时进行温度、气压修正。
图66.23 球形电离室示意图
图66.24 高气压电离室典型测量电路
b.高气压电离室用于环境γ辐射剂量测量的优点是由于充气压力高，测量灵敏度高于常压电离室;由于其密封特性好，不需要进行温度、气压修正，使用方便。存在的问题是在100keV以下电离室壁吸收会使读数偏低，增加壁厚可加强对低能放射性的吸收，改善电离室的低能响应，但缩小了电离室能量响应的范围。80keV以下的低能射线份额需要进行修正。
B.闪烁探测器。闪烁探测器主要有塑料闪烁体探测器和NaI晶体探测器
闪烁探测器是一种对于电离辐射灵敏的探测器。当电离辐射与闪烁体物质相互作用时，闪烁体物质的原子、分子被电离或激发，被电离或激发的原子、分子退激时，一部分电离、激发能量以光放射性形式释放，形成闪烁光。闪烁光被收集到光电转换器件上，发出光电子，产生输出信号。闪烁体发出的闪烁光与电离辐射的能量和空气比释动能有关。闪烁探测器的原理结构示意如图66.25。闪烁体探测器一般由闪烁体和光电转换器件组成。通常闪烁体通过光导与光电倍增管组成一体装入避光的暗盒中。
图66.25 闪烁探测器原理结构示意图
塑料闪烁体是有机闪烁物质在塑料中的固熔体，属于有机闪烁体。环境γ辐射空气吸收剂量仪采用的闪烁体主要是能量响应较好的塑料闪烁体或在塑料闪烁体中加一定量的锡或在闪烁体外表面涂上一层ZnS(Ag)，使探测器的能量响应得到改善。
NaI(Tl)闪烁探测器具有灵敏度高的优点，由于其能量响应较差，所测量的数值偏差较大，在环境测量中已很少使用。也有经过技术改造后将其用于环境测量的。
技术特点与存在问题。
a.采用塑料闪烁体的仪器在25keV～1.3MeV范围内能量响应可达±10%，对于3MeV以上宇宙射线的高能量脉冲辐射易于出现饱和。其对于高能辐射的响应不好。
b.采用NaI(Tl)闪烁探测器的仪器对宇宙射线的响应小，而对低能量的γ射线响应过大。
c.由于光电倍增管的温度特性不好，使仪器随温度变化的特点十分明显。
C.高灵敏计数管。
图66.26 闪烁体探测器原理结构示意图
计数管是一种气体电离探测器，被探测的射线进入计数管灵敏体积内引起气体电离，生成正、负离子。后者在被电极收集过程中受电场加速获得足够能量，并再次使气体电离，即产生气体放大。放大终止后，在电场作用下正离子鞘向阴极漂移在阳极上感应出一
个电压脉冲。计数管在一定的工作电压下输出脉冲幅度相同，而与入射粒子能量、种类等无关。计数管输出的电压脉冲接入脉冲计数电路即可进行测量。若将脉冲计数率与计量率关系对应建立，就可以进行环境放射性空气吸收剂量测量。测量系统的原理电路如图66.26所示。
技术特点与存在问题。
a.计数管用于环境γ辐射空气吸收剂量测定具有系统简单、易于小型化的特点，可形成便携式现场测量仪器;同时其性能稳定，环境适应性好。它存在自身本底高、灵敏度较低、对低能响应大、需要进行能量平衡等缺点。
b.一般情况下，可用于环境水平测量的计数管自身本底大多在每分钟20～50个脉冲，约为40～100nGy/h。
(3)仪器的选择
由于高气压电离室对高能的宇宙射线响应好，由于其电离室壁是不锈钢材料，故对陆地辐射低于50keV的低能响应较差。塑料闪烁探测器低能区响应好，高能区响应差。所以，专业实验室常选择塑料闪烁体探测器和高气压电离室仪器共同进行环境测量，以实现互补。
各类环境γ辐射空气吸收剂量仪的对比见表66.14。
表66.14 各类环境γ辐射空气吸收剂量仪的对比
续表
(4)测量方法
环境地表γ辐射剂量率测量方式分两种。
a.即时测量。用各种γ剂量率仪直接测量出点位上的γ辐射空气吸收剂量率瞬时值。
b.连续测量。在核电厂等大型核设施的环境固定监测点上，测量从本底水平到事故的环境辐射场空气吸收剂量率的连续变化值。布设在固定监测点位上的热释光剂量计测出一定间隔时间内环境辐射场的累积剂量值。
(5)测量步骤
两种测量方法的测量程序都应按仪器校准、天然本底测量、测量点的确定、测点测量4个步骤进行。
A.仪器检查和校准。使用仪器前后，应认真检查，通常用监督源检查仪器的工作状态，确认其状态正常，方可使用。当仪器没有监督源时，可采用固定条件下的状态检查。
将仪器放置在一个固定地点上(室内、外均可)。由于雨雪天测量时本底值将明显降低，因此，室外测点应避免雨雪天测量。要求测点周围没有外来放射性干扰。长期测量该点的本底读数值，每次测量取10个读数，计算平均值Db，并绘出Db变化曲线。每次测量的10个读数的平均值与长期观测该点的平均值Db相对变化小于10%，则视为仪器正常，方可对仪器进行校准。
较好的办法是找一个空旷地带(距附近高大建筑物30m以上，高1.5m的地面上)，放置一两个与测量对象核素和能量相似的标准源(Ra源即可)，将仪器探测器与源处于同一水平线，按式(66.58)建立不同I与仪器读数的关系曲线(横坐标表示已知剂量率，纵坐标表示仪器读数)。减去仪器本底后，使曲线通过原点，横坐标与曲线的夹角为α，仪器读数与cotα的乘积即为校准后的某点剂量率。
岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析
式中:R为源中心距探测器中心的距离;A为源的γ常数，1mg镭源距探测器1m处A为825×71.667fC/(kg·s);I为以γ单位表示的剂量率。
B.天然本底的测量。在进行γ辐射剂量率测量时需扣除仪表对宇宙射线的响应部分。不同仪表对宇宙射线的响应不同，可根据理论计算，或在水深大于3m，距岸边大于1000m的淡水面上测量或与对宇宙射线响应已知的仪表比较得出。环境γ辐射空气吸收剂量本底测量一般在室外选点，测量点应距离附近高大建筑物30m以上的空旷地带(最好在土地上)，距地面100cm处进行测量。测量10个读数，计算平均值和平均值的标准偏差。
C.测量点的确定。测量的目的决定于测量点位置的布设。在一般建筑材料和建筑物内进行环境检测时，应按照测量目的和源项的照射途径，以及人群活动情况分别确定测量点位的布设。建筑材料测量应按照检测模型情况，将测量点设置在模型中央。探测器距模型表面50～100cm。
全国性或一定区域内的环境γ辐射本底调查，对同一网格点的建筑物、道路和原野(城市中的草坪和广场)，γ辐射剂量率的测量可同时进行。
D.测量。
a.室内测量。要考虑建筑物的类型和层次。测量点一般选择在室内中央，距地面100cm处进行测量。若出现测量值异常时，则应按照100cm间距进行网格划分测量，以确定异常点的位置。距离墙壁应大于100cm。
b.室外测量。在城市中的道路、草坪和广场测量时，测点距附近高大建筑物的距离需大于30m，并选择在道路和广场的中间地面上1m处。
测量点应距离附近高大建筑物30m以上，距地面100cm处进行测量。室外环境地表测量时应考虑到降雨、降雪，以及氡、钍射气的析出与扩散、地面植被情况等因素的影响。所在山地丘陵地区还应注意到岩石露头的影响。
(6)剂量估算
环境γ辐射对居民产生的有效剂量当量可用下式进行估算:
岩石矿物分析第三分册有色、稀有、分散、稀土、贵金属矿石及铀钍矿石分析
式中:He为有效剂量当量，Sv;Dγ为环境地表γ辐射空气吸收剂量率，Gy·h-1;K为有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值，本方法采用0.7Sv·Gy-1;t为环境中停留时间，h。