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航空伽马能谱测量技术作为地球物理勘探的重要方法,在矿产资源勘察、区域环境辐射评价、突发核事件应急等领域发挥着重要作用。当前,国内外的航空伽马能谱仪主要采用大体积碘化钠（NaI（Tl））闪烁计数器,以直接能谱读出方式实现伽马能谱测量,该测量方法具有高效、简单、成本低的优点。但由于NaI（Tl）晶体的固有能量分辨率较低、探测下限较高、单条晶体的对地探测效率有限,因此无法适用于对测量精度和探测灵敏度有较高要求的应用场合。针对该情况,本文开展了基于高分辨率阵列探测器的伽马能谱测量技术研究,对高能量分辨率阵列航空伽马能谱探测器的设计方法、粒子模式多参数核脉冲信号处理技术及其实现方法进行研究,完成了高分辨率阵列探测器航空伽马能谱仪的研制。主要研究内容与取得的研究成果如下:1、地-空界面上天然伽马射线的能量主要集中在30keV-3MeV之间,其中小于1MeV伽马射线能量注量率占总能注量的85%。当地表介质厚度达到50cm时,地-空界面上天然伽马能谱便达到“谱平衡”状态,空中伽马射线注量率随着距离地表高度的增加而减少。从航空伽马能谱测量对地探测灵敏度入手,建立了航空伽马能谱测量系统对地最低可探测活度（MDA）与探测器能量分辨率、探测器体积和飞行高度等参数之间的数学表达式。在此基础上,提出并研制了新型航空伽马能谱探头的设计,该探头采用高能量分辨率溴化铈（CeBr3）和溴化镧（LaBr3）闪烁计数器组成8×8阵列探测器,与同体积的碘化钠（NaI（Tl））闪烁计数器相比较,航空伽马能谱仪的能量分辨率从8%提高到4%@662keV,探测效率提高了263.39%（1.33Me V）。探头机械结构采用碳纤维外壳,内部充填特氟龙材料,在保证探头机械强度和耐热性的特性下,降低探头材料对伽马射线的吸收,提高测量系统灵敏度。2、针对阵列探测器输出核脉冲信号的时间同步性和幅度一致性采集与处理难题,提出粒子模式多参数核脉冲处理技术,研制了64通道多参数伽马能谱采集器。将阵列探测器输出的核脉冲信号进行时间、位置（探测器ID）、幅度和强度（脉冲数）等多参数标记,以每一个伽马光子与探测器作用的核事件（粒子）作为核脉冲处理器的数据包,输出到上位机进行能谱合成与数据处理,形成能谱仪所需的合成能谱、反符合能谱、反康增峰能谱、本底能谱、时间谱等。采用恒比定时电路实现核脉冲信号的时间提取,实测使用溴化铈探测器时,信号过零点到定时时刻时间差的最大概率出现在280.8ns,此时时间抖动的均方根值（RMS）为1.6ns;对每一个粒子入射的探测器添加ID标记,并将该ID信息添加到粒子包当中,从而实现位置信息测量;核脉冲幅度提取是分两步实现的,第一步是采用80MSPS采样率、16位ADC将核脉冲信号数字化;第二步是采用对称零面积梯形成形数字算法实现幅度提取;以内置镅-241豁免源放出的59.56keV伽马射线为内标实现仪器谱自动稳谱,保证伽射线能量提取（核脉冲幅度）的一致性和稳定性。实测64通道采集器模拟带宽可以达到100MHz,脉冲通过率可达500kcps,最大数据传输速率可以达到360MB/s,微分非线性≤1.0%。使用该采集器对Φ50mm×50mm的溴化铈闪烁计数器进行能谱响应测试,能量分辨率约为4.2%@662keV;在0℃到50℃范围内@662keV能量处谱漂小于±1道（@2048道）。3、基于粒子模式多参数核脉冲处理器对核脉冲的多参数标记能力,提出了反康增峰技术,对任一探测器中发生康普顿散射作用所逃逸出的一次散射光子或多次散射光子在次探测器中产生的核脉冲幅度（即散射光子能量）,重新叠加到该探测器的反冲电子沉积谱上,作为入射伽马光子的全能峰计数贡献,该技术有效减少航空伽马能谱仪器谱的低能散射本底,同时有效地提高全能峰的计数和峰背比,有利于提高航空伽马能谱测量对地的探测灵敏度。4、开发了粒子模式多参数核脉冲处理技术的阵列航空伽马能谱测量软件。该软件采用Visual C++语言编程实现硬件设备控制与接口功能,采用WinC#.NET语言实现界面编程,采用Sqlite实现数据处理层,该软件具有粒子数据收录、能谱/时间谱显示、符合/反符合测量、反康增峰、谱数据处理等功能。5、搭建了由1条1升碘化钠（NaI）晶体、1条2升碘化钠（NaI）晶体和2个1.5英寸溴化铈（CeBr3）晶体组成的4通道航空伽马能谱测量系统,采用F-120型无人机飞行平台,在中国某省铀矿远景区开展了220km2的航空伽马能谱测量。无人机飞行平均雷达高度为80m,飞行速度为10m/s,能谱采样时间为3s。在两条晶体碘化钠闪烁计数器的合成谱和两条溴化铈闪烁计数器的合成谱上分别设置铀（1.66-1.86MeV）、钍（2.41-2.81MeV）、钾（1.37-1.57MeV）和全谱计数等四个能窗,共获能窗数据共计2622组（含坐标、GPS高度和雷达高度数据）。在碘化钠和溴化铈闪烁计数器的总道能窗的等值线图上,均出现了明显的高值浓集中心和偏高场,而且溴化铈（CeBr3）相较于碘化钠（NaI）具有更加精细的偏高场分布。