伽馬輻照裝置設計與使用

㈠ 輻照的現行國標

GB 14891.2-1994 輻照花粉衛生標准
GB 14891.6-1994 輻照豬肉衛生標准
GB 14891.1-1997 輻照熟畜禽肉類衛生標准
GB 14891.3-1997 輻照乾果果脯類衛生標准
GB 14891.5-1997 輻照新鮮水果、蔬菜類衛生標准
GB/T 5137.3-2002 汽車安全玻璃試驗方法第3部分:耐輻照高溫潮濕燃燒和耐模擬氣候試驗
GB 16334-1996 γ輻照裝置食品加工實用劑量學導則
GB 14891.4-1997 輻照香辛料類衛生標准
GB 14891.7-1997 輻照冷凍包裝畜禽肉類衛生標准
GB 14891.8-1997 輻照豆類、谷類及其製品衛生標准
GB 17279-1998 水池貯源型γ輻照裝置設計安全准則
GB/T 17683.1-1999 太陽能在地面不同接收條件下的太陽光譜輻照度標准第1部分:大氣質量1.5的法向直接日射輻照度和半球向日射輻照度
GB/T 18524-2001 食品輻照通用技術要求
GB/T 18525.1-2001 豆類輻照殺蟲工藝
GB/T 18525.2-2001 谷類製品輻照殺蟲工藝
GB/T 18525.3-2001 紅棗輻照殺蟲工藝
GB/T 18525.4-2001 枸杞干葡萄乾輻照殺蟲工藝
GB/T 18525.5-2001 干香菇輻照殺蟲防霉工藝
GB/T 18525.6-2001 桂園干輻照殺蟲防霉工藝
GB/T 18525.7-2001 空心蓮輻照殺蟲工藝
GB/T 18526.1-2001 速溶茶輻照殺菌工藝
GB/T 18526.2-2001 花粉輻照殺菌工藝
GB/T 18526.3-2001 脫水蔬菜輻照殺菌工藝
GB/T 18526.4-2001 香料和調味品輻照殺菌工藝
GB/T 18526.5-2001 熟畜禽肉類輻照殺菌工藝
GB/T 18526.6-2001 糟制肉食品輻照殺菌工藝
GB/T 18526.7-2001 冷卻包裝分割豬肉輻照殺菌工藝
GB/T 18527.1-2001 蘋果輻照保鮮工藝
GB/T 18527.2-2001 大蒜輻照抑制發芽工藝
GB/T 15972.54-2008 光纖試驗方法規范第54部分：環境性能的測量方法和試驗程序伽瑪輻照
GB/T 21659-2008 植物檢疫措施准則輻照處理
GB/T 21926-2008 輻照含脂食品中2-十二烷基環丁酮測定氣相色譜/質譜法
GB/T 15447-2008 X、γ射線和電子束輻照不同材料吸收劑量的換算方法
GB 17568-2008 γ輻照裝置設計建造和使用規范
GB/T 22545-2008 寵物干糧食品輻照殺菌技術規范
GB/T 6495.3-1996 光伏器件第3部分:地面用光伏器件的測量原理及標准光譜輻照度數據
GB/T 6495.4-1996 晶體硅光伏器件的I-V實測特性的溫度和輻照度修正方法
GB/T 23748-2009 輻照食品的鑒定DNA彗星試驗法篩選法
GB 10252-2009 γ輻照裝置的輻射防護與安全規范
GB/T 26168.2-2010 電氣絕緣材料確定電離輻射的影響第2部分：輻照和試驗程序

㈡ 高分子材料改性的輻照源及特點伽馬射線（Co60）

鈷-60放射源大劑量輻照，主要是改變分子的結構，發生交聯改性。淄博利源高科輻照技術有限公司擁有大型鈷-60輻照裝置。歡迎商家前來交流洽談。0533-6287993

㈢ 典型地區伽馬輻射特徵及其影響

安全環境是人類賴以生存的基礎，天然放射性輻射環境是人類生存環境的重要組成部分。研究表明，放射性物質廣泛存在於自然界各類物質中，包括空氣、水和土壤等。人們賴以生存的地表環境中的放射性污染主要來自自然界中天然放射性核素，輻射源主要是衰變型天然放射性核素（²³⁸U，²³²Th 和⁴⁰K）。地表輻射與地質背景、降雨和排水，以及其他人類活動和習慣均有關系。但是，一定區域內的天然輻射本底水平是由岩石和土壤中的衰變型天然放射性核素（如²³⁸U，²³²Th 和⁴⁰K）所決定的，地殼中的天然放射性核素濃度決定了該地區天然 γ輻射劑量的大小。γ射線穿透能力極強，它可以穿透50～60cm 厚的鋁板，人體如接受超劑量的 γ 照射會導致頭昏、失眠、貧血、發熱、脫發、流產等，嚴重可能會誘發人體細胞癌變。目前，國內外研究中天然核輻射對環境的影響往往被人們所忽視，但它卻可能造成對環境的一定危害。因此，環境研究不僅需要了解重金屬和有機污染物，而且更需重視放射性污染。

青島是中國東部正在向國際化大都市邁進的城市之一，這對青島的環境質量提出更高的要求。區域構造背景上，青島屬於新華夏系巨型構造的第二隆起帶，位於郯城-廬江斷裂構造帶的東側，形成一系列北東向構造，該區燕山期岩漿岩活動頻繁，形成了以富含天然鈾、釷和鉀元素的鹼性長石花崗岩及二長花崗岩為主的大規模侵入岩體，土壤覆蓋層較薄，許多建築直接坐落在基岩之上。因此在青島市開展天然放射性環境科學研究及評價具有現實意義。測量控制面積約1500km²，包括青島市區（市南區、市北區、四方區和李滄區）、嶗山區和城陽區全部及膠州、膠南、黃島、即墨的部分地區。

一、測量方法和質量

（一）測量儀器

本研究使用的主要儀器是FD-3022微機四道伽馬能譜儀和CKL-3120 χ-γ劑量率儀。

1.微機四道伽馬能譜儀

FD-3022微機四道伽馬能譜儀是一種攜帶型的智能化能譜儀。它具有自動穩譜功能，作微分測量，能直接分析U²³⁸，Th²³²，K⁴⁰含量，亦能同時給出4個道的計數。穩譜主要是避免因溫度、計數率等因素變化引起γ譜線漂移，保證數據測量的可靠性。

儀器採用大規模和超大規模集成電路，探頭由Ф75mm×75mm NaI晶體和光電倍增管組成。測量含量的靈敏度分別為：²³⁸U，1×10^-6；²³²Th，2×10^-6；⁴⁰K，0.2%。含量的測量范圍分別為²³⁸U，1×10^-6～1000×10^-6；²³²Th，2×10^-6～1000×10^-6；⁴⁰K，0.2%～100%。在測量時，對同一測量對象連續測量20次，其相對標准偏差≤±10%。使用溫度在-10～＋ 40⁰C環境下，在溫度＋40⁰C、相對濕度95%的氣候條件下也可正常工作。

儀器主要由探測器、放大器、單道分析器、穩峰器、單片機和顯示裝置組成。探測器將探測的射線轉變成脈沖信號，經放大器放大，4個單道分析器分別進行脈沖幅度分析，由單片機進行數據採集和存貯。此外，單片機監測探頭內的Cs-137參考源，跟蹤譜峰，調節單道分析器的閾值，達到穩譜作用。顯示裝置可顯示出測量結果和進行參數的選擇。

2.γ劑量率儀

本研究採用的是NaI（Tl）晶體為探頭的CKL-3120X-γ劑量率儀，它的主要技術性能指標是：能量范圍在25～100 keV之間，有效量程為10 nGY/h～100mGY/h，在標准試驗條件下，儀器的相對固有誤差在有效量程范圍內均＜±15%，具有能量響應好、靈敏度高、穩定性好的特點。野外測量嚴格執行國家標准 GB/T14583—93《環境地表 γ 輻射劑量率規范》，進行現場γ輻射劑量率的測定。

（二）測點布置及測量方法

根據剖面測量及城市目前格局等實際情況，以測線控制為主，結合地質和人居環境，實行網格布點。對不同的功能區，線距、點距不同。

人口密度較大的市區原則上採用網格法，50m標高以下100m×100m，50m標高以上200m×200m。人口居住密集區，視具體情況加密。遇障礙時，根據實際情況適當調整，但在50m標高以下地區，相鄰點的間距不能＞150m；50m標高以上地區，相鄰點間距不能＞250m。

在城市郊區及鄉鎮，按250m×250m網格布點。相鄰點的線距不能＞500m、點距不能＞300m。人口密度較小的地區適當放寬，按500m×250m網格布點。相鄰點的線距不能＞600m、點距不能＞300m。

田野、荒郊及鹽灘，或類似測區，面積大、只有一個對象且沒有地質、環境等影響因素時，按500m×500m網格布點。

（三）現場測定質量

為了保證γ輻射劑量率的測量結果的客觀性，選擇測點位置時盡可能在周邊5m內無建築物的平坦地點。同時劑量率儀的探頭距地面1m 高，測點距附近高大建築物的距離需＞30m，並選擇在被測對象中間地面上1m處。儀器設置為10s/次，3次為1個循環，1個測量點進行10個循環，10次測量間的變異系數應＜15%。

為保證伽馬能譜儀的測量結果的客觀性，測點位置選擇周邊5m內無建築物的平坦地點。儀器探頭置於地面，採用GP S手持衛星定位儀確定測點坐標。每次讀數的測量時間選定120s，每點讀數3次，3次讀數之間允許誤差為：鈾含量≤±1.5×10^-6；釷含量≤±2.0×10^-6；鉀含量≤±0.5%；總含量≤±10%。

二、地表γ輻射劑量率分布

（一）地表γ輻射劑量率含量特徵

統計表明，測區γ輻射吸收劑量率數值主要集中在50.0～130.0nGy/h之間，占測點總數的90%。位於30.0～50.0nGy/h區間的測點數占總測點數3%；位於130～150nGy/區間的測點數占總測點數的6.5%；30nGy/h＜γ輻射吸收劑量率數值＜150nGy/h的測點數總和僅佔0.5%。直方圖所顯示的測區γ輻射吸收劑量率分布基本符合正態分布（圖4-46），峰度為-0.003；偏度系數0.381，表明劑量率值較低的數據佔多數，這與測區內的地質條件（存在大面積第四系）密切相關。但同時直方圖顯示數據也存在一定數量的高值點（＞160nGy/h），則與測點的分布密度有直接關系，由於布置測點時客觀條件的制約，會使得局部測點呈現不均一性，從而使得那種籠統的統計數值的代表性降低。

測區地表γ輻射劑量率平均值為91.87nGy/h，變化范圍：5.80～232.71nGy/h，變異系數為28.99%。地表γ輻射劑量率平均值略高於全國（81.5nGy/h）和世界（80nGy/h）平均值，遠高於山東省的室外天然輻射吸收劑量率平均值（56.5nGy/h）。

圖4-46 青島γ劑量率分布直方圖

（二）地表γ輻射劑量率區域分布

通過對研究區γ輻射劑量率與地質圖相疊加（圖4-47），可以看出，γ劑量率高值區分布在青島市區—王哥庄一帶，大致與區域構造和燕山晚期花崗岩體展布相一致，平均值為110.2nGy/h，測值范圍一般介於98.0～132.0nGy/h之間，其分布規律呈北東向斷續展布。高值點展布有3 條帶：四方北嶺—李村，青島山—雙山，辛家莊—山東頭，這 3 條高值點（帶）基本上分布在區內幾條大斷裂帶上，表明高值點的產生與斷裂活動有關。另外，通過對地質資料的分析發現：區內幾處γ輻射劑量率值高點（120～230nGy/h），均與構造岩體內正長斑岩岩脈的產出有關。海岸帶由於砂、泥質海灘的覆蓋屏蔽作用，基本上呈現較低的輻射水平，多數地段γ輻射劑量率在80.6nGy/h左右或略低。

圖4-47 研究區地質與γ輻射劑量率水平分布疊加圖

靈山衛北部γ輻射劑量率平均值為100.5nGy/h，測值范圍在83.0～110.0nGy/h之間。雖然該地區也廣泛發育花崗岩（特別是正長花崗岩），但是該區域內80%以上的地區都被第四紀鬆散沉積物所覆蓋，在一定程度上屏蔽了花崗岩輻射，所以γ輻射劑量率值在這些花崗岩發育區並不高。同時，紅島一帶零星分布γ輻射劑量率高值點，這主要受測量對象（花崗岩、砂石路面等）影響。

研究區西北部大部分地區都屬於γ輻射劑量率低值區，其平均值為61.8nGy/h，測值范圍一般在38.0～83.0nGy/h之間。γ輻射劑量率偏低與這個區域大部分被第四紀沉積物覆蓋導致基岩大部分輻射被屏蔽有關。

三、環境天然放射性水平

通過地面γ能譜方法測量數據來評估環境中的天然放射性水平始於20世紀60年代。一般可以認為在沒有受到人工放射性污染的地區，地表空氣γ輻射吸收劑量率主要是由天然放射性核素²³⁸U，²³²Th系列和⁴⁰K產生的。因此通過對γ能譜數據進行高度衰減校正和計量單位的轉換，可對環境天然γ輻射劑量率、土壤中天然放射性核素²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K的比活度進行評價，並且可進一步對天然環境γ輻射對居民產生的有效劑量當量進行估算。國內外的很多資料都表明，利用地面γ能譜法計算環境天然輻射性水平的方法是可行的，與實際測量的天然放射性水平的劑量率差異不大。

（一）核素含量與γ能譜數據轉換

γ能譜測量數據使用的是放射性核素含量單位，而環境放射性評價要求對吸收劑量率和放射性進行調查。根據放射性元素含量、吸收劑量率、放射性物質比活度之間的關系，需將γ能譜測量使用的單位進行換算。本研究採用全國礦產委員會飾面石材地質勘探規定（1990）將各項單位換算因素進行轉換（表4-47）。

表4-47 γ能譜測量與環境天然放射性評價單位換算表

根據γ射線與物質相互作用原理，隨著測量高度的增加，γ射線能量產生衰減。用Beck公式法通過地面的γ能譜測量數據來計算地表1m高處的空氣吸收γ射線的劑量率，即通過放射性核素（²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K）的比活度來估算1m高處的空氣吸收劑量：

Dr=K_U×A_U＋K_Th×A_Th＋K_K×A_K （4-6）

式中：Dr為離地面1m高處空氣的γ輻射吸收計量率，單位為nGy/h；K_U，K_Th，K_K分別為鈾、釷、鉀的換算系數，分別為0.427，0.662，0.043；A_U，A_Th，A_K分別為²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K的放射性比活度，單位為Bq/kg。

（二）土壤中核素（²³⁸U，²³²Th和⁴⁰K）比活度

採用表4-47的系數換算將伽馬能譜儀測得土壤中²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K的含量換算成比活度和地表1m高處空氣中γ輻射吸收劑量率（表4-48），表中同時列出了中國、其他一些國家或地區及世界平均值。土壤中²³⁸U比活度遠低於中國及世界平均值，低於葡萄牙、保加利亞、美國等多數國家，僅高於希臘、埃及、丹麥平均值；土壤中²³²Th比活度高於世界平均值，是世界均值的1.26倍，而與全國均值相當，低於我國香港、印度，高於埃及、丹麥、希臘等；土壤中⁴⁰K比活度是全國和世界均值的1.64倍和1.65倍，高於葡萄牙、朝鮮，遠高於埃及、美國、日本等。可見，研究區土壤中²³²Th，⁴⁰K含量較高，而²³⁸U含量偏低。區內土壤中放射性核素（²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K）在距離地面1m處產生的γ輻射（85.6nGy/h）略高於全國（81.5nGy/h）和世界平均值（80nGy/h），且明顯高於表中所列的多數國家平均值。由此可見，青島環境天然放射性具有較高水平。

表4-48 研究區及其他國家和全國土壤中放射性核素比活度對比表

續表

註：ND表示未檢出。

（三）土壤核素輻射對地表γ劑量率的貢獻

通過Beck公式計算得到研究區的γ輻射劑量率為85.6nGy/h，而實測值是91.9nGy/h，兩者平均值相差6.3nGy/h。說明距地表1m高處空氣中93.14%的γ輻射來自地表放射性核素（²³⁸U，²³²Th和⁴⁰K），經計算三核素對地表空氣γ輻射的貢獻率分別為11.93%（11.0nGy/h），36.46%（33.5nGy/h），44.75%（41.1nGy/h），其中²³²Th和⁴⁰K的累計貢獻率達81.21%（74.6nGy/h），是主要的放射性核素；地表空氣γ輻射中僅6.86%（6.3nGy/h）的輻射來源於其他因素，如周圍建築物材料、宇宙射線、大氣、水等。同時也說明所採用的模型適用於本區。另外⁴⁰K對地面1m處空氣γ輻射的貢獻較²³²Th略大，推測可能是由於正長花崗岩、二長花崗岩里的正長石/鉀長石中含有一定數量的⁴⁰K所致，當然證實這一點還需要做進一步的工作。

從實測γ輻射劑量率值和土壤中²³⁸U，²³²Th，⁴⁰K含量的相關關系（表4-49）可以看出，劑量率值與²³²Th，⁴⁰K放射性核素的相關系數大致相同（0.88），且明顯大於實測劑量率與²³⁸U的相關系數（0.53）。說明地表²³²Th，⁴⁰K含量是決定研究區γ輻射劑量率大小的主要因素，這也與能譜儀的測量結果相一致。

表4-49 地表γ輻射劑量率實測值和土壤鈾、釷、鉀含量的相關系數表

（四）天然放射性對人居環境的影響

1.年有效劑量估算

利用環境天然γ輻射吸收劑量率通過以下公式對當地居民產生的年有效劑量當量進行估算：

H_e=D_γ×K×t （4-7）

式中：H_e為有效劑量當量，Sv；D_γ為地表γ輻射吸收劑量率，Gy/h；K為有效劑量當量率與空氣吸收劑量率比值，《多目標區域地球化學調查規范》要求採用0.7 Sv/Gy；t為環境停留時間，h。

2.人居放射性環境質量評價

按照我國《電離輻射防護與輻射源安全基本標准》（GB18871—2002）的規定，公眾照射劑量的限值為每年不超過1mSv。通過地表γ輻射測量結果計算的年平均有效劑量為0.56mSv，變化范圍為0.036～1.43mSv；而通過能譜計算的年平均有效劑量為0.52mSv，變化范圍為0.082～2.66mSv。兩種方法計算的平均值都遠低於標准所建議的公眾照射年劑量限值（1.0mSv）。綜上所述，雖然青島市地面放射性核素（²³²Th，⁴⁰K）濃度和γ輻射劑量率偏高，但輻射水平基本都在標准限值范圍之內，仍然屬於正常輻射水平。

圖4-48 研究區環境γ輻射年有效劑量等值線圖

由環境伽馬輻射年有效劑量等值線圖（圖4-48）可見，測區西北部γ輻射年有效劑量較低，一般低於0.44mSv；黃島—柳花坡和流亭—惜福 γ 輻射年有效劑量中等，一般在0.51～0.74mSv之間，局部達0.80mSv；青島市區及嶗山區γ輻射年有效劑量較高，一般在0.74～0.93mSv之間。年有效劑量高於1.0mSv的測量點零星分布在夏庄東部、北宅東部及沙子口正東正長、鹼長花崗岩背景區當中，建議在進行土地開發和城鎮建設時，考慮環境輻射問題；另外在花崗岩利用中需要進行放射性含量檢測。

四、地表γ輻射劑量率影響因素

（一）地質因素的影響

從研究區不同岩石背景的γ輻射劑量率統計結果（表4-50）分析，中生代侵入岩的總體γ輻射劑量率要比中生代沉積岩、火山岩和新生代的第四紀鬆散沉積物的平均值明顯偏高。

表4-50 不同岩性背景上γ輻射劑量率統計表

如前所述，研究區γ輻射劑量率高值區分布在青島市區—王哥庄一帶，與區域燕山期花崗岩體的走向（NE-SW）大體一致，岩性主要是中生代侵入的各種類型的花崗岩，如二長花崗岩、正長花崗岩、鹼長花崗岩等。盡管如此，不同種類花崗岩的γ輻射劑量率值不盡相同，以鹼長花崗岩最高（圖4-49），平均值為120.0nGy/h，測值區間為50.2～201.5nGy/h，二長花崗岩最低，平均值98.1nGy/h，測值區間為27.2～212.7nGy/h。另外γ輻射劑量率值偏高點（帶）基本上分布在幾條大斷裂帶上，這說明γ輻射劑量率與斷裂構造特別是與構造附近花崗岩體內正長斑岩岩脈的產出有關。

中生代其他火成岩包括中性岩和基性、超基性岩，其岩石背景的γ輻射劑量率都低於花崗岩，其均值區間為71.8（粗面質熔結凝灰岩）～91.3（流紋質熔結凝灰岩）nGy/h。分布在黃島一帶的元古代變質岩的劑量率也很低，平均為70.1nGy/h。

區內中生代沉積岩包括砂岩和礫岩，主要分布在膠州市一帶；新生代的第四紀鬆散沉積物廣泛分布在研究區西部和西北部。這些沉積岩和第四紀沉積物的γ輻射劑量率值都比較低（圖4-49），均值區間為47.4（粗砂岩）～53.5（砂礫岩）nGy/h。第四系γ輻射劑量率變化范圍最大，這可能是第四系與其上測量對象的輻射差異較大有關，如第四系農田區γ輻射劑量率均值為 66.8（23.60～89.50）nGy/h、而花崗石路面均值為 123.5（66.31～221.42）nGy/h，後者最大值是前者最小值的9.4倍。各岩性背景的γ輻射劑量率分布規律為：鹼長花崗岩＞鹼長花崗斑岩＞正長花崗岩＞二長花崗岩＞角閃安山岩＞球粒流紋岩＞片麻岩＞橄輝玄武岩＞砂礫岩＞第四紀＞粗砂岩。

圖4-49 測區不同岩性上γ輻射劑量率平均值與變化范圍圖

（二）環境因素的影響

1.環境因素影響規律

研究區地表γ輻射劑量率除受地質因素影響外，還受環境因素的影響。本研究對比了在正長花崗岩、二長花崗岩、鹼長花崗岩、砂礫（砂）和第四系 5種地質背景下，地表γ輻射劑量率值隨地表環境變化而受到的影響（表4-51）。

表4-51 同種岩性、不同環境下的γ輻射劑量率均值對比表 單位：nGy/h

由圖4-50可以看出，在相同地質背景條件下，由於地表環境不同，其地表γ輻射劑量率有明顯差異，但在所有地表環境中，基岩露頭的γ輻射劑量率平均值都是最高的，它在一定程度上反映了岩石本身的放射性劑量。如在正長花崗岩地區，由於岩石（包括微風化、中等風化或強風化露頭）的直接出露，地面γ輻射劑量率水平最高；人類活動造成自然環境有較大變化的地段（如水泥路面、砂石路面、人工填土等），其輻射劑量率水平較高，但低於基岩背景值；在人類活動造成自然環境變化較少的地段（如林地、草地、海灘等），劑量率值一般較低。以上分析表明，地面γ輻射劑量率值與地質因素、環境因素都密切相關，但地質因素是影響地面γ輻射劑量率的主要因素。

除此之外，即使是在同一種岩石類型上的水泥路面、砂石路面、瀝青路面及水泥磚路面的γ輻射劑量率平均值都要比林地、農田、草地和人工填土高（圖4-50），即路面材料的地表γ輻射劑量率水平較地貌景觀略大。γ輻射劑量率平均值在各類路面材料上的分布規律大致為：花崗岩地面＞砂石路面＞水泥路面＞瀝青路面＞水泥磚路面；在不同地物景觀上的分布規律大致為：人工填土＞海灘＞草地＞林地＞農田。

圖4-50 同種岩性、不同測量對象的γ輻射劑量率平均值對比圖

（單位為nGy/h）

2.環境因素影響機制

花崗岩地面相對其他測量對象來說較高與其本身γ劑量率值較高有關。砂石路面的γ輻射劑量率值相對較高，是因為砂石路面的滲透性較好，地下放射性物質容易運移，導致測值較高；另外，本區砂石路面上的砂粒或碎石顆粒多是取自風化的花崗岩，會含有一定量賦存的放射性核素礦物，從而導致砂石路面的劑量率水平高於接近其下岩石的劑量率水平。

水泥路面的γ輻射劑量率值相對其他路面材料來說處於中間水平，一方面與水泥本身的成分有著一定的關系，水泥的成分比較復雜，可能會含有某些賦存放射性核素的載體；再者如果修建時所用石子的γ輻射劑量率水平較高，則水泥路面的劑量率也將變高。與其他路面材料相比，水泥磚路面劑量率水平較低，這可能與水泥磚較其他材料緻密且表面細膩，使得其下的γ輻射被削弱有關。

林地、農田、草地和菜地這4種測量對象的劑量率值相對較低，這主要是由於這4種對象的組分基本上都是第四紀沉積物——黏土，而這些黏土礦物都是風化產物，各種放射性核素含量較低。即使是這些風化產物的母岩含有一定數量的放射性核素，經過長的地質年代後，在表生作用下原岩中的放射性核素嚴重流失。在林地內的測量，樹木對宇宙射線的阻擋和屏蔽，對劑量率也會產生一定程度的影響。

除了直接測量對象外，其他一些因素對γ輻射劑量率值也會存在著影響。例如測點周圍建築物、宇宙射線、大氣等，都對劑量率值產生或多或少的貢獻。

㈣ 什麼是伽馬輻照裝置

伽馬輻照裝置是利用電離輻射加工處理食品，以控制食源性致病菌、減少食物的微生物數量和蟲害、抑制塊根類農作物發芽，以及延長易腐壞農產品的保質期。輻照技術已獲准用於約５０種不同種類的食物，並最少有３３個國家在商業上應用這項技術。盡管業界數十年來一直使用輻照技術為食物進行消毒，以符合檢疫規定，但食用輻照食物對健康的影響仍是備受關注。這項研究概述了食物輻照技術的基本原理、應用范圍，以及食用輻照食物對消費者構成的潛在健康風險。現有證據顯示，雖然輻照加工會令食物產生化學變化，導致營養素流失，但如按照建議的方法進行輻照加工食物，而且加工過程符合良好製造規范，輻照食物的安全性和營養素質量，與用其他傳統食物加工方法（例如加熱、巴士德消毒和裝罐）處理的食物相若。
食物輻照技術是利用電離輻射加工處理食品，以控制食源性致病菌、減少食物的微生物數量和蟲害、抑制塊根類農作物發芽，以及延長易腐壞農產品的保質期。根據國際原子能機構的資料，超過50個國家已批准使用輻照技術處理約50種不同種類的食物，並有33個國家在商業上應用各國准許進行輻照加工的食品不盡相同，但一般只限於香料、香草、調味料、某些新鮮水果或乾果和蔬菜、海產、肉類及肉類製品、家禽，以及蛋類製品。盡管業界數十年來一直使用輻照技術為食物進行消毒，以符合檢疫規定，但食用輻照食物對健康的影響仍是備受爭議的問題。食品經輻照後產生的化學物是否具有毒性，以及輻照處理會否改變食品的營養價值，都是令人關注的事宜。根據食品法典委員會《輻照食品通用標准》，建議用於食品加工的電離輻射是∶(I)放射性核素鈷-60(60Co)或銫-137(137Cs)產生的伽瑪射線；以及(II)由機械源產生的電子束(最高能量為10兆電子伏特)和X射線(最高能量為５兆電子伏特)。
(I) 放射性核素鈷-60和銫-137產生的伽瑪射線鈷-60由高度精製的鈷-59(59Co)顆粒在核反應堆中經中子撞擊而成，銫-137則由鈾裂變產生。鈷-60和銫-137發出穿透力強的伽瑪射線，可用以處理大件或已包裝食物。目前，鈷-60是最廣泛應用於食物輻照的放射性同位素。 (II) 由機械源產生的電子束和X射線機械源產生的電離輻射的主要優點是，整個處理系統都不涉及放射性物質。產生電子束的電器裝置由電力驅動，以直線加速器將電子加速至接近光速。但這些高能電子束的穿透力有限，只適用於較薄的食物。以電子束撞擊金屬靶，可把電子轉化為不同能量的X射線。雖然X射線的穿透力較由鈷-60和銫-137產生的伽瑪射線強4，但由於電子轉化為X射線的效率一般低於10%，以致機械源輻射的應用一直難以推廣。 當電離輻射穿過如食物等物質時，能量會被吸收，食物成分的原子和分子會被離子化或激發，引起輻照食物中出現的化學和生物學變化。食物輻照的化學效應食物進行輻照時所產生的化學效應，是由於處於激發態的分子及離子分解後，與相鄰分子發生反應，而引發的連串相互反應。主要的化學反應包括分子內部出現異構化和分裂，並與相鄰分子發生反應，產生連串新化學產物(包括高反應自由基)。食物經輻照後而產生的自由基，通常存在時間很短。不過，在一些干制、冷藏或含堅硬部分(例如骨頭)的食物，由於產生的自由基的活動性有限，因此會存留一段較長時間。由電離輻射引起的另一個重要化學反應是水輻射分解。水分子經輻照後產生的羥基自由基和過氧化氫屬高反應性，容易與大部分芳香族化合物、羧酸、酮、醛和硫醇等發生反應。這些化學變化對消除食物的微生物具有重要作用。不過，如輻照環境條件控制不善，這些化學變化難免會對某些食品造成不良影響(例如失去原有風味)。在輻照過程中，利用鈷-60產生的伽馬射線作能量源，以提供電離輻射。商用輻照設施的共通之處是設有輻照室，以及用以運送食物進出輻照室的輸送系統。輻照廠房跟其他工業設施在結構上的主要分別是，輻照室四周建有混凝土防護圍牆(厚度一般為1.5至1.8米)，以防止電離輻射的泄漏。 放射性核素源會持續發出輻射。當輻射源不用作處理食物時，會貯存在一個水深約6米的水池內。水可吸收輻射能量，是其中一種最佳的阻隔輻射防護物質之一，將輻射源貯存在水裡，可保護須要進入輻照室的工作人員免受輻射照射。輻照設施的輸送系統採用路軌設計，用以運送食物通過輻照室進行輻照處理。通過控制輻照的時間和輻照源的能量，就可以調節食品接受電離輻射照射的劑量，以達致特定的目的。
在國內，工業用的食物輻照設施必須領取許可證，並受國家輻射安全及衛生當局的規管及監察。他們亦有參考其他主管當局制定的輻照標准 和實務守則 。國際原子能機構和聯合國糧食及農業組織合作建立了一個食物輻照設施資料庫，臚列各國的認可食物輻照設施，供公眾參考。

㈤ 什麼是伽馬射線

α射線是氦原子核流，
β放射是電子流
γ射線，波長小於0.1納米的電磁波，是比X射線能量還高的一種輻射.
李啟斌提出了本世紀7個天文研究領域。其中有3個涉及地外能量探索，一個是和暗物質有關的暗能量，一個是具有巨大輻射能量的類星體，還有一個則是來自河外的巨大能量源棗伽瑪射線爆。

人類已經看到的太空物質只有百分之幾，還有百分之九十幾的物質是黑暗的，人類沒有看到的，這就是暗物質。

提到暗物質，人類很容易想到「黑洞」。黑洞是暗物質的一種。黑洞的引力非常大，從地球上發射的衛星要達到第一宇宙速度7．8公里／秒才能沖出大氣層，而在黑洞上以光速發射還是無法超越其巨大的引力。根據霍金的黑洞理論，根據對周圍事物的觀測可以確定黑洞。如果其周圍事物往下掉，那麼就會發出X光，產生X光暈，根據對X光的觀測就可以測定黑洞。如果觀測到某顆星一直圍繞著空心轉動，那麼也可以推測其軌道中間存在著黑洞。

對類星體的探討屬於天體劇烈活動領域的觀測。李啟斌解釋說，類星體的神秘點在於其每秒輻射的能量比整個銀河系1000億顆星體的總和還大。天文學家推測，其中一定存在著提供能量的獨特方法。

伽瑪射線爆的發現是戲劇性的。人們最初觀測伽馬射線是為了監測核試驗，當儀器偶然對准空中時，發現了來自太空的伽馬射線。人們由此發現了發射伽馬射線的星體，其中有一部分是爆發性的。空間探測器的觀測結果顯示了伽馬射線爆平均每天一次的頻繁程度。

伽馬射線爆跟類星體一樣具有很強的能量。李啟斌樂觀的講，如果能夠觀測和分析出它們的能量來源，說不定可以解決人類的能源危機和以破壞環境為代價的能源開采。
2003年末，美國《科學》雜志評出年度十大科技成就，關於宇宙伽馬射線的研究入選其中。這項研究增進了對宇宙伽馬射線爆發的理解，證實伽馬射線爆發與超新星之間存在聯系。

6500萬年前，一顆撞向地球的小行星曾導致了恐龍的滅絕。然而據英國《新科學家》雜志2003年披露，來自外太空的殺手遠不止小行星一個，最新科學研究顯示，早在4億年前，地球上曾經歷過另外一次生物大滅絕，而罪魁禍首就是銀河系恆星坍塌後爆發的「伽馬射線」！

在天文學界，伽馬射線爆發被稱作「伽馬射線暴」。

究竟什麼是伽馬射線暴？它來自何方？它為何會產生如此巨大的能量？

「伽馬射線暴是宇宙中一種伽馬射線突然增強的一種現象。」中國科學院國家天文台趙永恆研究員告訴記者，伽馬射線是波長小於0.1納米的電磁波，是比X射線能量還高的一種輻射，它的能量非常高。但是大多數伽馬射線會被地球的大氣層阻擋，觀測必須在地球之外進行。

冷戰時期，美國發射了一系列的軍事衛星來監測全球的核爆炸試驗，在這些衛星上安裝有伽馬射線探測器，用於監視核爆炸所產生的大量的高能射線。

偵察衛星在1967年發現了來自浩瀚宇宙空間的伽馬射線在短時間內突然增強的現象，人們稱之為「伽馬射線暴」。由於軍事保密等因素，這個發現直到1973年才公布出來。這是一種讓天文學家感到困惑的現象：一些伽馬射線源會突然出現幾秒鍾，然後消失。這種爆發釋放能量的功率非常高。一次伽馬射線暴的「亮度」相當於全天所有伽馬射線源「亮度」的總和。隨後，不斷有高能天文衛星對伽馬射線暴進行監視，差不多每天都能觀測到一兩次的伽馬射線暴。

伽馬射線暴所釋放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提並論。據趙永恆研究員介紹，伽馬射線暴的持續時間很短，長的一般為幾十秒，短的只有十分之幾秒。而且它的亮度變化也是復雜而且無規律的。但伽馬射線暴所放出的能量卻十分巨大，在若干秒鍾時間內所放射出的伽馬射線的能量相當於幾百個太陽在其一生(100億年)中所放出的總能量！

在1997年12月14日發生的伽馬射線暴，它距離地球遠達120億光年，所釋放的能量比超新星爆發還要大幾百倍，在50秒內所釋放出伽馬射線能量就相當於整個銀河系200年的總輻射能量。這個伽馬射線暴在一兩秒內，其亮度與除它以外的整個宇宙一樣明亮。在它附近的幾百千米范圍內，再現了宇宙大爆炸後千分之一秒時的高溫高密情形。

然而，1999年1月23日發生的伽馬射線暴比這次更加猛烈，它所放出的能量是1997年那次的十倍，這也是人類迄今為止已知的最強大的伽馬射線暴。

成因引發大辯論

關於伽馬射線暴的成因，至今世界上尚無定論。有人猜測它是兩個中子星或兩個黑洞發生碰撞時產生的；也有人猜想是大質量恆星在死亡時生成黑洞的過程中產生的，但這個過程要比超新星爆發劇烈得多，因而，也有人把它叫做「超超新星」。

趙永恆研究員介紹說，為了探究伽馬射線暴發生的成因，引發了兩位天文學家的大辯論。

在20世紀七八十年代，人們普遍相信伽馬射線暴是發生在銀河系內的現象，推測它與中子星表面的物理過程有關。然而，波蘭裔美國天文學家帕欽斯基卻獨樹一幟。他在上世紀80年代中期提出伽馬射線暴是位於宇宙學距離上，和類星體一樣遙遠的天體，實際上就是說，伽馬射線暴發生在銀河系之外。然而在那時，人們已經被「伽馬射線暴是發生在銀河系內」的理論統治多年，所以他們對帕欽斯基的觀點往往是付之一笑。

但是幾年之後，情況發生了變化。1991年，美國的「康普頓伽馬射線天文台」發射升空，對伽馬射線暴進行了全面系統的監視。幾年觀測下來，科學家發現伽馬射線暴出現在天空的各個方向上，而這就與星系或類星體的分布很相似，而這與銀河系內天體的分布完全不一樣。於是，人們開始認真看待帕欽斯基的伽馬射線暴可能是銀河系外的遙遠天體的觀點了。由此也引發了1995年帕欽斯基與持相反觀點的另一位天文學家拉姆的大辯論。

然而，在十年前的那個時候，世界上並沒有辦法測定伽馬射線暴的距離，因此辯論雙方根本

無法說服對方。伽馬射

線暴的發生在空間上是隨機的，而且持續時間很短，因此無法安排後續的觀測。再者，除短暫的伽馬射線暴外，沒有其他波段上的對應體，因此無法藉助其他波段上的已知距離的天體加以驗證。這場辯論誰是誰

非也就懸而未決。幸運的是，1997年義大利發射了一顆高能天文衛星，能夠快速而精確地測定出伽馬射線暴的位置，於是地面上的光學望遠鏡和射電望遠鏡就可以對其進行後續觀測。天文學家首先成功地發現了1997年2月28日伽馬射線暴的光學對應體，這種光學對應體被稱之為伽馬射線暴的「光學余輝」；接著看到了所對應的星系，這就充分證明了伽馬射線暴宇宙學距離上的現象，從而為帕欽斯基和拉姆的大辯論做出了結論。

到目前為止，全世界已經發現了20多個伽馬射線暴的「光學余輝」，其中大部分的距離已經確定，它們全部是銀河系以外的遙遠天體。

趙永恆研究員說，「光學余輝」的發現極大地推動了伽馬射線暴的研究工作，使得人們對伽馬射線暴的觀測波段從伽馬射線發展到了光學和射電波段，觀測時間從幾十秒延長到幾個月甚至幾年。

超新星再次引發爭論

難題一個接著一個。

2003年3月24日，在加拿大魁北克召開的美國天文學會高能天體物理分會會議上，一部分研究人員宣稱它們已經發現了一些迄今為止最有力的跡象，表明普通的超新星爆發可能在幾周或幾個月之內導致劇烈的伽馬射線大噴發。這種說法一經提出就在會議上引發了激烈的爭議。

其實在2002年的一期英國《自然》雜志上，一個英國研究小組就報告了他們對於伽馬射線暴的最新研究成果,稱伽馬射線暴與超新星有關。研究者研究了2001年12月的一次伽馬射線暴的觀測數據，歐洲航天局的XMM—牛頓太空望遠鏡觀測到了這次伽馬射線暴長達270秒的X射線波段的「余輝」。通過對於X射線的觀測，研究者發現了在爆發處鎂、硅、硫等元素以亞光速向外逃逸，通常超新星爆發才會造成這種現象。

大多數天體物理學家認為，強勁的伽馬射線噴發來自恆星內核坍塌導致的超新星爆炸而形成的黑洞。麻省理工學院的研究人員通過錢德拉X射線望遠鏡追蹤了2002年8月發生的一次時長不超過一天的超新星爆發。在這次持續二十一小時的爆發中，人們觀察到大大超過類似情況的X射線。而X射線被廣泛看作是由超新星爆發後初步形成的不穩定的中子星發出。大量的觀測表明，伽馬射線噴發源附近總有超新星爆發而產生的質量很大的物質存在。

反對上述看法的人士認為，這些說法沒有排除X射線非正常增加或減少的可能性。而且，超新星爆發與伽馬射線噴發之間存在時間間隔的原因仍然不明。

無論如何，人類追尋來自浩瀚宇宙的神秘能量———伽馬射線暴的勢頭不會因為一系列的疑惑而減少，相反，科學家會更加努力地去探索。「作為天文學的基礎研究，這種探索對人們認識宇宙，觀察極端條件下的物理現象並發現新的規律都是很有意義的。」趙永恆研究員說。

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伽馬射線幾秒內放射的能量相當於幾百個太陽一百億年所放總能量

二○○三年九月，美國有學者對奧陶紀晚期的化石標本進行了研究，他們猜測，在那個時期，一百種以上的水生無脊椎動物在一次伽馬射線爆發中從地球上永遠地消失了。研究人員表示，伽馬射線爆發可能形成酸雨氣候，使地球上的生物直接受到酸雨的侵蝕，同時，伽馬射線對臭氧層的破壞加大了紫外線的輻射強度，那些淺水域生活的無脊椎動物在紫外線的輻射下數量逐漸減少，直至從地球上滅絕。

㈥ 自然伽馬能譜測井

（一）自然伽馬測井原理

自然伽馬能譜測井是利用鉀、釷、鈾釋放不同能量伽馬射線能量的特性，在鑽井中測量地層鉀、釷、鈾含量的方法技術。圖3-11是用碘化鈉晶體測量的釷、鈾、鉀的能量譜。由圖可見鉀（⁴⁰K）放射出單能量1.46 MeV的伽馬射線；釷系（²³²Th）的特徵能量是2.62 MeV；而鈾系（²³⁸U）的代表能量是1.76 MeV。因此，分別測量1.46 MeV、1.76 MeV、2.62 MeV的自然伽馬射線的強度，進而求出鉀、鈾、釷的含量。

圖3-12是自然伽馬能譜測井示意圖。上圖為井下儀器部分，下圖是地面記錄部分。採用能量窗分析技術，測量幾個「能量窗」的計數率，能窗的中心分別為1.46 MeV、1.76 MeV和 2.62 MeV，即用幾個能窗測量 ⁴⁰K、238 U、²³²Th所放出的伽馬射線強度。實際上，由於伽馬射線與地層物質發生作用，各能窗測得的伽馬射線除了來自該能窗對應的放射性元素外，還有其他放射性元素放出的伽馬射線，以及能量降低後的伽馬射線。如此說來，每個能窗測量結果，並非獨立反映該能窗對應元素的含量。因此，對每一個能窗有：

圖3-11 用NaI（Tl）晶體探測器取得的鉀、釷、鈾的真實能譜圖

地球物理測井

其中：w（²³²Th）、w（²³⁸U）、w（⁴⁰K）分別為釷、鈾、鉀的含量；A_i、B_i、C_i為第i個能窗的三個系數，由標定儀器得出。

求解由圖3-13中所劃分的三個能窗（W₃、W₄、W₅）測井結果所組成的方程組，即可得出釷、鈾、鉀的含量：

地球物理測井

地球物理測井

式中：W₃、W₄、W₅分別為第3、4、5個能窗的測量結果；m_ij為測量矩陣系數。

圖3-12 自然伽馬能譜儀器的原理示意圖

圖3-13 自然伽馬能譜測井儀的能量窗劃分

從誤差分析的角度，考慮到核測井的特點，存在統計起伏誤差，式（3 19）應改寫為

地球物理測井

式中：Δγ_i為統計起伏誤差。

自然伽馬能譜測井採用兩種方法減小統計起伏的影響，一是增加低能窗（W₁，W₂）測量；二是採用數字濾波技術。

（二）自然伽馬能譜刻度和譜分析

1.自然伽馬能譜測井儀的刻度

為了統一自然伽馬能譜測井標准，確定式（3-19）中的系數A_i、B_i、C_i，採用了自然伽馬能譜測井刻度技術。下井儀器的刻度裝置是一口特別設計的刻度井（圖3-14）。

這口井由四個層組成。頂部三層分別含有釷、鈾和鉀三種放射性元素，底層主要成分為混凝土。水泥井段的作用是便利下井儀器的。

放入井內和將其刻度響應值作為刻度基線。

設第i個能窗在j井段的計數率為W_ij，於是可測得15個W_ij。每一個W_ij都與U_j、Th_j和K_j有關。解以下方程組：

地球物理測井

可算出15個系數A_i、B_i、C_i，可用於開5個能窗的儀器。圖3-14是刻度曲線。

2.自然伽馬能譜解析

能譜解析是從測得的脈沖幅度譜中求鉀、鈾、釷在地層中的含量。把鉀、鈾、釷系各看成是一個整體，而不細分各放射性核素的含量。有以下幾種方法。

（1）剝譜法

在混合譜中找出容易識別的核素，求出譜形，並從混合譜中扣除，然後在剩餘譜中找出第二種核素，並做同樣處理，直到求出所有的核素為止。

圖3-14 TUK刻度井

圖3-15 含鉀、鈾、釷的厚地層自然伽馬混合譜

為用剝譜法解析與圖3-15相似的鉀、鈾、釷自然伽馬混合譜，先要建立只含鉀、鈾或釷地層的自然伽馬標准譜，並把混合譜看成是每種放射性元素標准譜的線性疊加。標准譜是用測井儀器在刻度井中測定的，井中的標准模塊的放射性元素含量已知，刻度條件和測井時的環境盡可能接近。

解譜時，選⁴⁰K的1.46 MeV、鈾系中²¹⁴Bi的1.76 MeV和釷系中²⁰⁸Tl的2.62 MeV光電峰分別為鉀、鈾、釷三種放射性元素的自然伽馬特徵峰，並在三個特徵峰下劃分出三個道區（在測井工程中習慣稱「能窗」），或者說卡出三個譜段。道區之間留適當的間隔，以保證高能譜段中不包含能量較低的光子的貢獻，三個道區的計數率分別記為N₁、N₂、N₃。在每個譜段由三種元素生成的計數率分別與它們的含量K、U、Th成正比，並可用下列線性方程組描述：

地球物理測井

地球物理測井

式中系數a_ij是單位濃度第j種放射性元素在第i個特徵道區造成的計數率，由標准譜確定。

這是一個三角形線性方程組，由最後一個方程按順序往回遞推即可求出釷、鈾和鉀的含量。通常，釷、鈾的單位用g/t，而鉀的單位用%。因解譜時是分道區進行的，可稱為道區剝譜法或道區逐次差引法。

（2）逆矩陣法

對於自然伽馬混合譜，是解下列線性方程組：

地球物理測井

其中符號的含義與（3-24）相同，區別在於能量較高的道區也可包含能量較低光子的貢獻，即每個特徵道區中都可包含鉀、鈾、釷三種放射源的貢獻。因此，特徵道區之間不需要留間隔，可較多地利用譜中的數據。

式（3-25）可寫成矩陣形式：

地球物理測井

式中：N為由三個特徵道區的計數率組成的3×1階測量矩陣；A為3×3階方陣，稱為能譜測井儀各特徵道區對鉀、鈾、釷的響應矩陣；X為待求的由鉀、鈾、釷含量組成的3×1階矩陣。

此時，解譜就是求上述矩陣方程的解：

地球物理測井

式中A^-1是A的逆矩陣。

矩陣求逆要求，兩種核素不能具有相同的特徵峰。

（3）最小二乘逆矩陣法

剝譜法和逆矩陣法只用一個全能峰表徵一種放射源，解混合譜時對鉀、鈾、釷各取一個特徵峰。實際上，鈾系和釷系均有若干個全能峰可供利用，要把可能利用的全能峰用起來，能峰道區數m就會大於3，這就是用最小二乘法求解的原由。實測的第i個能峰道區的計數率：

地球物理測井

式中：i為能峰道區序號；ε_i為混合譜第i道區計數率統計誤差；a_ij為譜儀第i個能峰道區對第j種放射性元素（鉀、鈾、釷）的響應系數；x_j為第j種元素在地層中的含量。

用最小二乘法求解，就是使ε_i的平方和達到最小時求得x_j的最可幾值，使ε_i的平方和對x_j的偏導數為零，可得到矩陣方程：

地球物理測井

式中：A為矩陣元a_ij組成的m×3階響應矩陣；X為待求的鉀、鈾、釷含量組成的3×1階矩陣；N為由混合譜m個道區上的計數率組成的m×1階矩陣。

令S=A^TA和Y=A^TN，則

地球物理測井

式中：S為3×3階矩陣；Y為3×1階矩陣。

（4）加權最小二乘法

在前述解譜方法中，假設各個道區的計數率（或稱窗計數率）具有相同的方差，實際上並非如此。對非等精度道區計數率觀察值，需要用加權最小二乘法解譜。這一方法是使道區計數率統計誤差ε_i的加權平方和最小，以求取待定的x_j的最可幾值。此時式（3-29）中增加了一個權矩陣W，變為

地球物理測井

W為一對角矩陣，其第i個對角矩陣元W_i可取為

地球物理測井

式中：σ_i為第i個道區計數率n_i的標准誤差；T為譜數據採集時間。

由式（3-31）可求出鉀、鈾、釷含量矩陣：

地球物理測井

解出每一深度點上地層的鉀（K）、鈾（U）、釷（Th）含量，就可得到隨深度變化的三條曲線。測井還給出一條總計數率曲線，用GR表示（表示其量時，用C_GR）。GR曲線可通過直接測量總計數率經刻度得到，也可用下式算出：

地球物理測井

式中：A、B、C為刻度系數；w（Th）、w（U）、w（K）分別為釷、鈾和鉀在地層中的含量。若除掉鈾的貢獻，則有

地球物理測井

稱之為「無鈾」自然伽馬射線強度。

對自然伽馬能譜測井曲線，通常要用滑動加平均公式或卡爾曼濾波法做平滑處理。

（三）環境影響

自然伽馬能譜測井儀器的標准譜和解譜時用的響應矩陣是在標准刻度井中獲得的。實際測井時遇到的井條件不可能與刻度井完全相同，測量和解譜結果就會受到環境影響而產生誤差。環境影響及其校正方法，可通過理論計算或實驗方法進行研究。

井中介質包括鑽井液、套管和水泥環。若鑽井液為低放射性鑽井液，則井的影響主要是對來自地層的伽馬射線的散射和吸收；若鑽井液中含有KCl，則鑽井液柱相當於一個附加的放射源，鉀的特徵道區計數率會增高；當鑽井液中含有重晶石時，鑽井液的光電吸收效應增強，將使自然伽馬譜嚴重變形。

圖3-16 裸眼井模型

1.低放射性鑽井液井環境影響

為簡化計算，考慮圖3-16所示的裸眼井模型。井眼和地層為同軸正圓柱體，井內鑽井液無放射性，地層在探測范圍內構成一圓環狀放射源，源強密度為M，光子能量為E_γ，地層和鑽井液對光子的線性吸收系數分別為μ和μ′，點狀探測器置於井軸與地層中介面的交點上，並只記錄能量在E_γ附近的光子。圖中r₀為井眼半徑，r-r₀是圓環狀放射源的徑向厚度，φ和α分別為從觀察點到環境源內、外邊線的垂線與地層頂面的夾角。此時，點狀探測器的計數率應為

地球物理測井

式中：

地球物理測井

若令

地球物理測井

而J₀=εM/μ，所以有

地球物理測井

地層的徑向伸展與厚度相比總可視為無限大，即α=0，並使式（3-37）後兩項等於零，則

地球物理測井

即

地球物理測井

若地層厚度與井眼半徑相比可看成無限厚時，φ=π/2，所以有

地球物理測井

當ν=0時，K=1，J=J₀。此時無井眼影響。

2.氯化鉀和重晶石鑽井液的影響

鑽井液中加入3%～5%的氯化鉀，對泥岩的沖蝕作用可明顯降低。但是，鉀的放射性可使自然伽馬測井受到干擾，表現為：①總計數率增高；②鉀特徵峰道區計數率明顯增高；③能量低於1.46 MeV的道區計數率增高；④解譜結果鉀含量異常的高，鈾含量偏低，釷含量偏高，各種比值不正常。而重晶石鑽井液能使低能道區計數率明顯降低。

圖3-17 區分泥質地層和鉀鹽層

氯化鉀和重晶石鑽井液對測量結果的影響均可用蒙特卡羅方法進行研究。

圖3-18 鈾含量高的滲透性地層

（四）自然伽馬能譜測井的用途

地層岩石中，釷、鈾、鉀含量的資料有廣泛的用途。不僅在石油勘探開發中，在煤田勘探、地熱研究中都是十分有價值的資料。無論單獨使用，還是與其他測井資料綜合使用都有明顯的效果。

1.區別泥質地層和鉀鹽層

在自然伽馬測井曲線上，泥質地層和鉀鹽層都是高值顯示，但泥質層的鉀含量明顯低於鉀鹽層；鉀鹽層的釷含量近於零、曲線平直無變化。同時，鈾含量曲線也有類似的反映；而鉀含量曲線類似於總自然伽馬曲線（圖3-17）。

圖3-18中1600 ft和1638 ft（1ft=0.3048 m）處，自然伽馬曲線上顯示兩個尖峰，似乎應為兩個薄泥岩石，但在自然伽馬測井曲線中K、Th兩條曲線無顯示，而在U曲線顯示兩個尖峰，與自然伽馬曲線吻合。這表明這里不是泥岩層，應為一滲透層，並在該深度處U的含量較高，可能是溶有U的水運移中沉澱下來。

2.判斷砂-泥岩剖面的岩性

泥岩的特徵是Th、K的含量高，而U的含量低；砂岩的基本特徵是三種元素的含量都比較低。

圖3-19是砂泥岩剖面自然伽馬能譜測井曲線和解釋結果。

3.碳酸鹽岩研究

自然伽馬測井不能用於計算碳酸鹽岩的泥質含量。因為鈾使自然伽馬射線增加，而碳酸鹽岩是可能含鈾的。

純化學沉積的碳酸鹽岩，基本上不含釷和鉀。如果它的鈾含量也近似為零，那麼這種岩石是在氧化環境下形成的；如果鈾含量曲線呈現明顯的幅度變化，那麼這種碳酸鹽岩可能為以下兩種情況之一：①還原環境下形成。這種環境有利於有機質的儲存，並轉變成烴。②如果碳酸鹽岩顆粒比較細、孔隙度低，那麼它可能有裂縫。裂縫中充填有鈾、有機質或粘土礦物。當然，鈾峰的出現也可能是磷的反應。

碳酸鹽岩含粘土時，釷、鈾和鉀一起存在，自然伽馬能譜測井曲線上有明顯的幅度反應。有機藻類的碳酸鹽岩或含海綠石的碳酸鹽岩有明顯的鉀異常。鈾異常可有也可能沒有。

圖3-19 砂泥岩剖面自然伽馬能譜解釋

圖3-20 碳酸鹽岩自然伽馬能譜測井曲線

碳酸鹽岩的自然伽馬能譜測井實例見圖3-20。它表明，碳酸鹽岩的自然放射性是鈾引起的。

4.識別火成岩的種類

自然伽馬能譜測井有助於識別火成岩的種類。為了提高准確度，應有其他測井資料，其中最有意義的是密度和聲速。圖3-21是釷-鈾交會圖識別主要火成岩的例子。

5.自然伽馬能譜測井研究地質問題

在還原條件下，地下熱水沿裂縫流動，會使鈾鹽、鈾沉澱下來。所以，通過鈾峰可以識別裂縫。要注意，裂縫被充填後，也可能出現鈾峰。因此，應和其他測井方法配合使用，正確判斷裂縫。

圖3-21 釷-鈾交會圖

實際經驗證明，w（Th）/w（U）可用於判斷沉積環境：

w（Th）/w（U）＞7，陸相氧化環境；

w（Th）/w（U）＜7，海相沉積；

w（Th）/w（U）＜2，海相黑色頁岩。

而w（Th）/w（K）可檢查地層岩石的接觸關系。當沉積條件急劇改變形成不整合時，w（Th）/w（U）的平均值會突然變化（圖3-22）。這種不整合不能用其他測井曲線識別。

圖3-22 自然伽馬能譜識別地層接觸關系

6.尋找有機碳和烴的埋藏位置

有機質和鈾的關系十分密切，經過岩心資料刻度後，使用鈾含量曲線可以很好地估計有機碳的含量，確定含烴的井段。

㈦ FD-型數字式γ輻射儀

(一)基本計算

1.點源標定輻射儀

標定時使用固體鐳(點)源,其伽馬照射量率按下列公式計算：

放射性勘探技術

式中：A——標准源的伽馬常數,是鐳的常數(k_Ra)和鐳的含量(Q_Ra)的乘積；

R——探測器中心至標准源中心的距離(以m為單位)。

2.用體源標定輻射儀

標定時使用四方純鈾模型(體源),其伽馬值按下式計算：

I_H=K_模×q_H=B_HK_換q(4-6)

q_H=B_Hq(4－7)

式中：H——探頭中心至模型表面的距離；

I_H、B_H、q_H——距離為H點的照射量率、飽和度和含量；

K_換——飽和模型的含量和伽馬照射量率之間的換算系數；

q——模型的U含量。

(二)主要步驟

前提條件：採用空中標定法。要求在室外開闊、空曠平坦、底數較低並平穩的場地上進行,儀器和標准源的離地高度約2m。保證標准源中心始終在儀器探管的軸線上。

採用模型標定則盡量減少模型房周圍的影響。

待標定的儀器必須結構牢固,工作正常,並經過統一的能量閾值調節。

1.點源法標定步驟

1)如圖4-26所示,架好標定架,去掉儀器探頭上的橡膠套,再在儀器探頭套上鉛套,打開儀器電源。檢查儀器的讀數報警(電池不足報警、計數率溢出報警、計數信號報出報警)。

圖4-26 FD-3013型γ輻射儀的標定

2)將儀器置於ppm測量狀態。

3)測定場地本底(包括儀器固定本底及宇宙射線本底)。

把標准源移至「無窮遠」處(移動標准源時,儀器讀數無變化,即可認為「無窮遠」),掀一下啟動按鈕(start),記下儀器給出的ppm讀數,每讀一次數啟動一次按鈕,連續讀取20個數,取其平均值作為本底值。

4)按圖4-26所示架好儀器和標准源,標准源與探頭之間距離為1m,用儀器測量20次讀數,此時儀器讀數平均值應是「A+底數」,若不是,則調節ppm校準電位器旋轉鈕,使儀器讀數與標准源讀數一致。

5)將ppm/cpm轉換開關置於cpm位置,做cpm測量,用秒錶核對cpm測量時間,記下手錶給出的時間值T,作為該儀器的特徵時間(5s)。

6)儀器報警閾的標定。如某花崗岩地區的γ異常值定為60γ,按公式(4-5)計算60γ(包括底數)距標准源的距離,把標准源掛在此距離處,調節儀器報警閾電位器(即buzz旋鈕),使其報警聲為不連續的「嘀嗒」聲時,儀器的報警閾即為60γ。

也可以不在1m處標定儀器,而在60γ處標定儀器,具體步驟如下：

假如標定場地背景值為15γ,對5號鐳源來說,標准源常數為84γ,那麼把儀器掛在什麼位置時儀器的讀數應該是60γ呢？這就需要計算：首先用60γ－15γ=45γ,這是凈計數,也就是說把標准源要放在45γ的凈計數上,按公式(4-5),則

放射性勘探技術

所以這時應該把儀器掛在探頭與標准源之間距離為1.37m的地方,這時觀察記錄儀器的讀數,連續讀取20個數,求平均值,若平均值不是60γ,則圖4-10的12號裝置左邊的ppm校準電位器；再次讀取20個值,求平均值,如此反復調整,直至儀器讀數是60γ為止。

此時,再調節12號裝置右邊的buzz旋鈕,讓報警聲響處於「似響非響」的狀態,這時的報警閾就是60γ。

一般情況下,剛出廠的新儀器都是准確的。使用幾年以後,儀器的NaI(Tl)晶體受潮,接收γ射線效率下降,就需要標定。

有時,學校或生產單位沒有標准源(標准源的購買需要很復雜的手續,還要到公安部門備案),就可以找一塊瀝青鈾礦石作為「代標准源」使用。但這時需要使用較好的、已經標定的新儀器多次詳細測定「代標准源」的A值,然後再標定舊儀器,標定的方法與「標准源」標定一樣。直至所有的儀器在相同位置的讀數都一致為止,這項工作稱「一致性」檢查。這種標定只有在要求不太嚴格的條件下使用。

2.模型法標定步驟

1)接通儀器電源,檢查儀器的讀數報警。

2)使儀器處於ppm測量狀態。

3)將儀器探頭置於模型中心,掀一下啟動按鈕(start),記下儀器給出的ppm讀數,每讀一次數啟動一次按鈕,連續讀取20個數,取其平均值。若測得的ppm數值與已知飽和模型含量或已知不飽和模型等價飽和模型含量不符時,旋轉ppm校準電位器旋鈕,重新測量,直至儀器讀數值和已知模型含量值吻合為止。

㈧ 電子束x射線輻照滅菌和鈷60伽馬輻照中心區別是，陝西咸陽楊凌那個是哪種

㈨ 伽馬射線為什麼可以改變人類的DNA

伽馬射線是一種電磁輻射，與無線電波、紅外輻射、紫外線輻射、X射線和微波輻射一樣。伽馬射線可以用來治療癌症，而伽馬射線暴是天文學家的主要研究熱點。電磁輻射可以以不同波長和頻率的波或粒子的形式傳播。波長范圍稱為電磁頻譜，一般分為七個部分。隨著波長的減小，能量和頻率將增加。這七個部分通常是無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和伽馬射線。

伽馬射線的另一個來源是裂變，這應該不奇怪。勞倫斯伯克利國家實驗室對核裂變的定義是，一個較重的核分裂成大致相等的兩半，然後變成較輕元素的核。這個過程涉及到與其他粒子的碰撞。當鈾和釙等重核受到其他粒子的轟擊時，它們會分裂成氙和鍶等較輕的元素。轟擊產生的新粒子將與其他重核碰撞，形成連鎖反應。這個過程也釋放能量，因為裂變產生的粒子總質量比原來的重核質量要低。這個質量也以動能、中微子和較小核的伽馬射線的形式轉化為能量。

α衰變和γ衰變也能產生γ射線。當重核釋放氦-4核，原子數減少2，原子質量減少4時，α衰變發生。這一過程將導致過剩的核能，並以伽馬射線的形式釋放出來。如果原子核中有太多的能量，就會發生伽馬衰變，發出伽馬射線，而不改變原子核的電荷或質量組成。

伽瑪射線治療

伽瑪射線可以破壞腫瘤細胞的DNA，所以它們有時被用來治療惡性腫瘤。但使用這種療法時必須小心，因為伽瑪射線也會損害周圍健康組織細胞的DNA。

一種最大化對癌細胞的輻射並同時最小化對健康細胞的輻射的方法是通過線性加速器將不同方向的多個伽馬射線聚焦在小區域上。這就是電腦刀和伽瑪刀治療的原理。

伽瑪刀放射外科使用一種特殊裝置，近200個放射物擊中腦瘤或其他目標。每束輻射對通過的腦組織影響不大，但交界處的輻射劑量較大。

㈩ 伽馬輻射儀的原理是什麼

輻射儀是測量輻射能量的儀器。探測電離輻射並具有識別、計量等功能的儀器和裝置的總稱。用於發現放射性沾染，測量沾染區的γ劑量率，測量人體、裝備和各種物體的表面放射性活度，概略測定糧秣、蔬菜的比活度和水的體活度。