Аппаратура

Первые отечественные аэрогамма-спектрометры комплексных аэрогеофизических станций АСГ-48 и АСГ-48М2, выпускавшиеся заводом «Геологоразведка» в 1964—1974 гг., можно отнести к первому поколению АСГМ-аппаратуры, используемой в аэрогеофизике. Ее технические характеристики приведены в табл. 4.1.

Для АСГМ-аппаратуры первого поколения характерно использование условно «спектрометрических» пластмассовых детекторов гамма-излучения и малоканальных амплитудных анализаторов. Эта аппаратура построена в основном на ламповых схемах с частичным использованием полупроводниковых приборов.

Ко второму поколению АСГМ-аппаратуры, выпускавшейся в 1970— 1980-х гг., относятся аэрогамма-спектрометр АСГ-71 (СГА-70) НПО «Геофизика», и гамма-спектрометры комплексных станций СКАТ-77 (станция комплексная аэрогеофизическая трехметодная) и СТК (станция комплексная трехметодная) НПО «Рудгеофизика». Технические характеристики гамма-спектрометров станций АСГ-71 и СКАТ-77 приведены в табл. 4.1.

Особенности аэрогамма-спектрометров второго поколения заключаются в применении группы крупногабаритных спектрометрических детекторов в виде монокристаллов N0.1 (ТГ) и многоканального амплитудного анализатора, а также преимущественное использование дискретных способов преобразования информации, при этом их принципиальные схемы построены на полупроводниках (аэрогамма-спектрометр АСГ-71) или интегральных микросхемах (гамма-спектрометры комплексных аэрогеофизических станций СКАТ-77 и СТК).

Таблица 4.1

Основные технические характеристики отечественных аэрогамма-спектрометров

Техническая характеристика1

Тип аппаратуры

АСГ-48

АСГ-48М2

АГС-71С

СКАТ-77

Диапазон энергий, МэВ

0,25— 3,0

0,25— 3,0

0,25— 3,0

0,2—3,0

Чувствительность радиометрического канала по источнику 214Вц с-1/(мкР/ч)2

3,9 • 104 (550)

3,9 • 104 (550)

3,9 • 104 (550)

2,4 • 104 / / 1,5 • 105 (350/2100)

Относительные средние квадратические флюктуационные погрешности3:

  • — уран (радий)
  • — торий
  • — калий
  • 55
  • 19
  • 22
  • 30
  • 19
  • 22
  • 13
  • 11
  • 6
  • 18/8 16/6
  • 9/4

Детекторы гамма-излучения:

  • — тип4
  • — количество, шт
  • — размеры, мм
  • — объем, л

Пл

  • 1
  • 240 х 480
  • 21,7

Пл

  • 1
  • 240 х 480
  • 21,7

№1(Т1) 4 200 х100 12,6

№ЦТ1) от 2 до 12 200 х100 6,3/37,8

Амплитудный анализатор:

  • — тип5
  • — количество каналов

АА

4

АА

5

ЦА 96

ЦА 128

Количество дифференциальных каналов (энергетических окон)

3

4

4

4

Нестабильность масштаба энергетической шкалы6, %

3

1

0,5

0,5

Температурный диапазон, °С

0 + +40

0 + +40

0 + +40

-10 + +50

Цифровая регистрация

Нет

Нет

Нет

Есть

Масса, кг

180

140

95—530

Примечания: 1 —для аэрогеофизической аппаратуры СКАТ-77 — по гамма-спектрометру; 2 — в числителе указаны значения параметров при использовании двух кристаллов №1 (Т1) размером 200 х 100, в знаменателе — для двенадцати таких кристаллов (аппаратура СКАТ-77); 3 — относительные средние квадратические флюктуационные погрешности определения кларковых концентраций радионуклидов в рыхлых отложениях; 4 — Пл — пластмассовый; 5 — АА — аналоговый анализатор, ЦА — цифровой анализатор; 6 — для аппаратуры АСГ-48, АСГ-48М2 — за 6—8 ч работы с периодической подстройкой усиления, для аппаратуры АСГ-71С, СКАТ-77 — при длительной (до нескольких месяцев) эксплуатации без подстройки режима.

Гамма-спектрометр станции СТК по своим характеристикам близок к гамма-спектрометру станции СКАТ-77, его принципиальное отличие заключалось в том, что он мог выпускаться в двух вариантах: поисковом с регистрацией в четырех дифференциальных каналах диапазона 0,2—3,0 МэВ, с определением концентраций урана, тория и калия-40, или экологическом, в котором количество дифференциальных каналов увеличивалось до десяти. В этом варианте гамма-спектрометр обеспечивал выделение протяженных объектов с загрязнением поверхности Земли 137Cs до 0,1 Ки/км2 при высоте полета до 150 м.

Аэрогамма-спектрометрическая аппаратура и оборудование выпускается в ряде стран, в их числе: Канада, США, Швеция, Англия и др. Первые сообщения о разработке такой аппаратуры зарубежными фирмами относятся к середине 1960-х гг. Характерная особенность зарубежных аэрогамма-спектрометров этого периода — их универсальность. По существу, они представляли собой универсальные блоки амплитудного анализатора с аналоговой или цифровой регистрацией, которые комплектовались сцинтилляционными детекторами различных размеров. Пример подобной аппаратуры — шведский 4-канальный дифференциальный аэро-гамма-спектрометр АВА 1501. Канадской фирмой McPhar Geophysics выпускались специализированные аэрогамма-спектрометры AV-4 (1967 г.) и AV-5 (1972 г.), канадской фирмой Scintrex Ltd. — модульная система GAM II, американской фирмой Geometries — приборы DGRS-1000, DGRS-1001 и DGRS-3001.

С середины 1970-х — в 1980-х гг. канадской фирмой Scintrex выпускался аэрогамма-спектрометр GAM-2001, а американской фирмой Geometries — GR-800D, которые в отличие от предыдущих аналогов имеют более рациональную систему амплитудного анализа на основе 512-канального анализатора. Другой канадский прибор данного типа, Spectra II, выпускавшийся в этот период, имеет 1024-канальный анализатор. Характерные особенности этой аппаратуры: применение сцинтилляционных детекторов квадратного сечения на основе монокристаллов Nal(Tl); использование многоканальных амплитудных анализаторов в сочетании с мини-ЭВМ, что позволило перейти преимущественно на цифровую регистрацию данных, аналоговая запись при этом имела вспомогательный характер; наличие вспомогательного устройства для регистрации фонового излучения верхней полусферы космической природы; термостатиро-вание блоков детектирования, на основе которого осуществлялась стабилизация параметров аппаратуры.

К третьему поколению можно условно отнести АСГМ-аппаратуру, разрабатываемую и находящуюся в эксплуатации с 1990-х гг. по настоящее время. Так, в Московском инженерно-физическом институте (МИФИ) разработки аэрогамма-спектрометрической аппаратуры проводятся с 1980 г., в настоящее время имеется два базовых аэрогамма-спектрометра: аэрогамма-спектрометр АГСК-99С с блоком детектирования на базе сцинтилляционных детекторов; аэрогамма-спектрометр АГСК-99 с комбинированным блоком детектирования на базе полупроводниковых и сцинтилляционных детекторов.

Аэрогамма-спектрометр АГСК-99С с блоком детектирования на базе сцинтилляционных детекторов (модификация 1999 г.) предназначен для локализации областей радиоактивного загрязнения и проведения аэрогамма-спектрометрической съемки территорий с относительно простым радионуклидным составом. Прототип АГСК-99С был испытан в 1989 г. Внешний вид комплекта аппаратуры АГСК-99С показан на рис. 4.3.

Комплект аппаратуры АГСК-99С

Рис. 43. Комплект аппаратуры АГСК-99С1

В состав аэрогамма-спектрометра АГСК-99С входят следующие основные функциональные узлы и части:

  • — спектрометрический модуль, который представляет собой контейнер с размещенными в нем узлами четырех сцинтилляционных спектрометров;
  • — бортовая ЭВМ, которая служит для управления спектрометром, накопления спектрометрической и навигационной информации, предварительной обработки и отображения результатов обработки в полете;
  • 1 Аэрогамма-спектрометры МИФИ. ИНЬ: https://ekosf.ru/laboratoriya/o-гаггаЬогкаЬ/аего§атта-5рекггошеГгу/

— навигационно-пилотажное устройство, включающее GPS-приемник спутниковой навигационной информации и специализированный блок, обеспечивающий выполнение полетов по заданной программе.

Информация, выводимая в полете на устройство отображения специализированного блока, указывает пилоту на отклонение летательного аппарата в данный момент времени от запланированного маршрута полета и помогает проводить полет по запланированному маршруту.

Спектрометрический модуль аппаратуры АГСК-99С обеспечивает работоспособность спектрометров в эксплуатационных условиях. На внешней поверхности контейнера находятся разъемы для подключения модуля к бортовой сети летательного аппарата и бортовой ЭВМ. В зависимости от решаемой задачи применяются один или несколько спектрометрических модулей.

Измерительный спектрометрический модуль аппаратуры АГСК-99С имеет следующие характеристики:

  • — тип и размер детекторов: сцинтиллятор Nal(Tl), объем — 3,1 или 4,0 л (200 х 200 х 100 мм);
  • — относительное энергетическое разрешение для энергии 661,6 кэВ — 9—11 %;
  • — количество и суммарный объем детекторов в модуле — 4,12,5 или 16 л;
  • — количество каналов в анализаторе спектрометра — 256— 1024;
  • — габариты модуля — 550 х 550 х 450 мм, масса модуля — не более 85 кг.

Для локализации областей радиоактивного загрязнения и проведения аэрогамма-спектрометрической съемки территорий со сложным радионуклидным составом, для которого характерно множество близко расположенных линий гамма-излучения, то для решения таких задач применяться аэрогамма-спектрометр АГСК-99 с комбинированным блоком детектирования на базе полупроводниковых HPGe и сцинтилляционных Nal(Tl) детекторов. При совместной обработке информации, получаемой на таком спектрометре, спектры полупроводникового детектора используются для определения радионуклидного состава источника и его активности, а спектры сцинтилляционного детектора позволяют установить пространственное распределение радионуклидов. Такой метод исследований получил название аэрогамма-спектрометрия с высоким энергетическим разрешением.

В состав аэрогамма-спектрометра АГСК-99 входят следующие основные функциональные узлы и части:

— АГСК-99С с одним или несколькими спектрометрическими модулями;

  • — аэрогамма-спектрометр с блоком детектирования (рис. 4.4) на базе детектора из сверхчистого германия (НРСе) с пространственной анизотропией чувствительности в пике полного поглощения;
  • — портативный многоканальный анализатор амплитуд импульсов и бортовая ЭВМ.

Рис 4.4. Внешний вид полупроводникового детектора аэрогамма-спектрометра АГСК-99[1]

Эффективность детектора из сверхчистого германия (НРСе) в пике полного поглощения составляет не менее 60 % для энергии 1332,5 кэВ, а абсолютное энергетическое разрешение (1ЕЕЕ~) — 1,80—2,20 кэВ для энергии 1332,5 кэВ. Функциональный узел гамма-спектрометра с высоким энергетическим разрешением может быть использован в качестве портативного анализатора с аналоговым трактом или портативного анализатора нового поколения, реализующего так называемый полностью цифровой спектрометр, в котором усиление амплитуды импульсов, формирование импульсов, режекция наложений и т. д. осуществляются в цифровой форме. Спектрометр характеризуется очень высокой временной стабильностью параметров и загрузочной способностью до 5 х 105 имп/с при ухудшении энергетического разрешения не более чем на 10 % от базовой величины.

Для выполнения АГСМ-съемок применяются как отечественные аэрогамма-спектрометры ГСА-2010 (АО «Геологоразведка»), АГСК-99С (МИФИ), так и зарубежные — современные цифровые 1024-канальные спектрометры RSX-4 (RSX-5) с полисциновыми детекторами Nal(Tl), общей емкостью до 48 л (обычно 32 л), и др.

В зависимости от решаемых задач при выполнении АГСМ-съемок различных масштабов и назначения в качестве носителя могут быть использованы вертолеты (Ми-8, Ка-226, Eurocopter AS350 ВЗ др.) или самолеты (Ан-2, Ан-3, Ан-26, Ан-30, Ту-204-330, Cessna 208В и др.), а также и БИЛА.

  • [1] Аэрогамма-спектрометры МИФИ. ИНЬ: https://ekosf.ru/laboratoriya/o-гаггаЬогкаЬ/аего§атта-5рекггошеГгу/
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >