γ测井仪的不确定度评定

唐晓川 管少斌 胡明考 李峰林 杜晓立 欧阳游 刘珊珊

摘要：介绍了γ测井仪的测量依据、测量方法、测量标准装置各项指标和量值传递的数学模型，讨论了γ测井仪测量结果的4个影响因素及不确定度来源，给出了相应的分析评定方法；通过FD-3019型γ测井仪的应用实例，评定了FD-3019型γ测井仪测量结果的扩展不确定度不超过10%，其最大项分量为模型体源标准量值的不确定度，该项标准不确定度为4.0%，统计并分析了11年来γ测井仪铀换算系数的不确定度，2007年新检定规程发布之前最大不超过11%，之后最大不超过10%。

关键词：γ测井仪；不确定度；测井模型标准装置

中图分类号 ： TL77文献标识码： A

γ测井仪在铀矿勘查以及铀矿地浸采冶领域中发挥着重要的作用，其主要功能是利用检定得出的铀换算系数将所测计数率换算为铀含量，目前国内常用的γ测井仪主要有FD-3019、HD-4002等[1]。作为γ测井规范中铀矿储量计算的唯一指定仪器，γ测井仪的测量精度问题则直接关系到后期储量估算、采冶生产等各个方面，而现阶段衡量测量精度的关键指标是测量不确定度，因此评定γ测井仪铀换算系数的测量不确定度也愈显重要。

1 测量依据、方法及数学模型

1.1 测量依据

本文依据标准为EJ/J 1-2007《γ测井仪检定规程》，测量所用计量标准装置为测井模型标准装置和固体镭标准源。测井模型标准装置位于石家庄市核工业航测遥感中心，为国家核行业最高标准，证书号为[2001]国防计标字第1462号，[2005]国量标核证字第004号，其技术指标见表1；镭标准源为英制固体镭源，其技术指标见表2[2]。

表1 γ测井模型标准装置技术指标

序号 类型 主元素含量 空气比释动能率

范围 标准不确定度 范围/nGyh-1 标准不确定度

1 本底模型 — — — —

2 铀模型 eU：≥50×10-6 ≤6% ≥120 ≤6%

3 钍模型 eTh：≥50×10-6 ≥60

4 钾模型 K：≥3% ≥30

5 混合模型 eU：≥50×10-6

eTh：≥50×10-6 ≥85

表2 固体镭标准源指标

镭源号 主要技术指标 数量

活度 不确定度 %（k=3）

6-1038 0.95 mg 3.1% 1

1.2 被测对象

FD-3019型测井仪（以下简称仪器）。

1.3 环境条件

温度：5℃～35℃；湿度：<80%。

1.4 测量方法

将探测器置于铀模型体源井孔内，使探测器灵敏体积的有效几何中心与井孔活性区的有效几何中心重合后进行测量，得到仪器铀含量灵敏度，再用固体镭标准源挂在不同距离产生的空气比释动能率，测量得到仪器空气比释动能率灵敏度[3-4]，按公式（1）计算得到仪器铀换算系数。

1.5 数学模型

（1）

式中：

——铀换算系数，（nGy·h-1）/（0.01%eU），eU为当量铀含量；

——铀含量灵敏度，（0.01%eUs）-1；

——空气比释动能率灵敏度，s-1/（nGyh-1）。

2 不确定度评定

2.1 不确定度来源分析

由上述数学模型和测井测量原理可以看出影响铀换算系数的不确定度来源有[5]：

1）测井模型标准装置量值不确定度；

2）固体镭标准源量值不确定度；

3）仪器检定过程中的测量不确定度（包括放射性统计涨落、仪器的角响应、仪器能量响应非线性、环境辐射贡献、固体镭标准源放置的位置）。

2.2 测井模型标准装置量值的不确定度（ucul）

用B类标准不确定度评定。

该标准装置为模型体源的一级标准，其K、U、Th、Ra的含量（标准的量值）是与国家一级标准物质进行比较测量，通过化学分析方法所得含量经U-Ra平衡修正、氡泄漏修正、湿度修正后的含量。其复现量值的不确定度由标准装置证书给出，ucul=4.0%。

2.3 固体镭标准源量值的不确定度（ ）

用B类标准不确定度评定。

该标准源为6-1038，由国防科技工业电离辐射一级计量站检定，其复现量值的扩展不确定度为3.1%，包含因子k=3，取固体镭标准源量值的不确定度 =1.1%。

2.4 仪器检定过程的测量不确定度

仪器在检定过程中的不确定度主要来源于放射性统计涨落，仪器的角响应、环境辐射贡献的变化、固体镭标准源的量值、固体镭标准源放置的位置等，且大多数测量过程中有许多变动情况，如天与天的变动性，月与月的变动性，仪器与仪器的变动性等，说明该随机过程误差不仅是仪器或测量标准的特性，而且是整个测量过程的特征。

2.4.1 仪器检定过程的A类不确定度（umA）

仪器检定过程的A类不确定度来源只有放射性统计涨落引起的不确定度。

放射性统计涨落引起的不确定度大小与测得的计数相关，因而可通过控制测量计数来控制此项不确定度。实际测量次数为10次，原始数据见表3。

从表3中的统计结果可以看出，除本底模型体源（F-0-I）和钾模型体源（KF-6-I）外，各模型体源测量结果的不确定度最大为0.5%，由于本底模型体源和钾模型体源受综合环境辐射影响较大，计算得到的不确定度相对较大，该项不确定度已在环境辐射变化中予以考虑，在此不做重复计算。因此，放射性统计涨落引起的不确定度为0.5%。

表3 仪器测量原始数据记录表

模型号 仪器读数平均值

/s-1 相对标准偏差

/% 相对不确定度

/%

F-0-I 11.9 5.9 1.9

KF-6-I 39.5 2.3 0.7

UF-0.03-I 800.4 0.7 0.2

UF-0.2-I 5537.4 0.7 0.2

UF-0.5-I 14574.1 0.8 0.3

UF-1.0-I 28055.9 0.7 0.2

ThF-0.05-I 519.0 1.1 0.4

UThF-0.01-0.03-I 575.4 1.5 0.5

2.4.2 仪器检定测量过程的B类不确定度（umB）

（1）仪器的角响应引入的不确定度ucu2

对于FD-3019型测井仪，由于探测器四周管壁以及屏蔽材料的不均匀，导致仪器测量结果发生变化，按照检定规程的技术要求仪器角响应不大于1%，则在仪器性能正常时，此项因素所引起的不确定度不超过1.0%。

（2）环境辐射变化引入的不确定度ucu3

该系列模型体源设置的场地受天气因素影响很小，但由于检定时排风程度不可能一致，环境氡的影响会有所不同，综合考虑，环境因素带来的不确定度仍定为ucu3=0.5%。

（3）固体镭标准源放置位置的准确性都属于随机性的，检定时对多个源位置测量，用线性拟合求得有关参数，因而该因素的影响将显著减小，引入的不确定度 一般不会超过1.0%。

（4）仪器能量响应非线性引起的不确定度ucu4

对于在本系列模型体源特别是高含量模型体源进行检定的仪器，应考虑仪器死时间、脉冲叠加效应等因素导致的仪器响应非线性的影响， FD-3019型仪器具有死时间修正，此项因素所引起的不确定度不超过1.0%。

上述各分量彼此独立，因而仪器的检定过程B类不确定度umB为：

2.5 合成标准不确定度

2.5.1 主要标准不确定度汇总表

根据以上分析，主要标准不确定度汇总表见表4。

表4 主要标准不确定度汇总表

不确定度来源 标准不确定度 评定方法

模型体源标准量值的不确定度

4.0% B

固体镭标准源量值的不确定度

1.1% B

仪器检定过程的A类不确定度

0.5% A

仪器检定过程的B类不确定度

1.8% B

2.5.2 合成标准不确定度

上述各不确定度来源之间彼此相互独立。合成标准不确定度 为：

2.5.3 扩展不确定度

主要标准不确定度均为正态分布，因此P=0.95时，可取包含因子k=2，则：

取测井仪铀换算系数的扩展不确定度Urel为10%，k=2。

2.6 统计比较

笔者通过统计11年来我站所检定的，来自全国2000多台/次的各型γ测井仪的检定数据发现，铀换算系数的扩展不确定度均≤11%，其原因是2007年之前依照旧规程JJG（核工）023-1991《测井仪检定规程》检定的，其向上取整后的扩展不确定度为11%，2007年后采用新规程EJ/J 1-2007《γ测井仪检定规程》的，则为10%。

3 结论

本文分析了γ测井仪铀换算系数的不确定度来源，以FD-3019型γ测井仪为例使用 A类和B类不确定度评定方法对各影响因素的不确定度进行了评定，得出其扩展不确定度最大为10%，并通过统计历年检定数据证实，依据EJ/J 1-2007《γ测井仪检定规程》确定的γ测井仪不确定度最大为10%。

参考文献：

[1] EJ/T 611-2005，测井规范[S].北京：国防科学技术工业委员会，2005.

[2] EJ/J 1—2007，测井仪检定规程[S]. 北京：国防科学技术工业委员会，2007.

[3] 田德祥.电离辐射量及其单位[M].北京：原子能出版社，1993.

[4] JJF 1035-2006，电离辐射计量名词及定义[S].北京：国家质量监督检验检疫总局，2006.

[5] JJF 1059.1-2012，测量不确定度评定与表示[S]. 北京：国家质量监督检验检疫总局，2012