[发明专利]一种基于γ射线康普顿背散射扫描技术的深海可燃冰探测仪

说明书

技术领域

本发明涉及辐射检测技术领域，具体为一种基于γ射线康普顿背散射扫描技术的深海可燃冰探测仪。

背景技术

可燃冰或称天然气水合物（Natural Gas Hydrate）、甲烷气水包合物、甲烷水合物、甲烷冰、固态结晶物质，外貌极像冰雪或固体酒精。分布于深海沉积物或陸域的永久冻土中，其主要成分是甲烷。怎么样才能获得实地探测的准确的数据？这成为全球科学家技术攻关的难题之一。

现在我国已形成具有自主知识产权的可燃冰高精度地震、原位和流体地球化学等关键探测技术体系。如中科院海洋所张鑫博士作为第一完成人与美国MBARI研究所合作研制成功了基于深海ROV缆控机器人的深海甲烷原位探测系统，又称气密性孔隙水原位采样体系，所述深海甲烷原位探测系统即探头插入海底，所述探头先吸入海底沉积物中的孔隙水，经过金属烧结而成的过滤器过滤，采样通过泵吸到一个只有0.087mL容器的光学微探测舱中，经过激光照射检测出拉曼光谱，就可分析出海底该处沉积物中的甲烷含量。如中国地质大学于2010年研制成功的中功率海洋可控源电磁（MCAEM）仪器，主要包括可控源电磁发射机和接收机。如王维熙在2000年研制出基于化学传感器的820型高灵敏度氢及气态烃现场测定系统。

上述表明，深海可燃冰探测技术获得重大突破。但也存在如下问题：

1、设备价格昂贵，例如缆控机器人价格为4000万元/台以上，

2、整套探测装置结构非常复杂，

3、探测能力很有限，难以适应可燃冰分布特点的探测。

相关领域研究表明，天然气水合物只会在某个狭窄范围内（如大陆棚）的深度下形成，以及在某些地点的深度范围内才会存在，而且通常是在低浓度的地点。这表明只有在有限地区的甲烷包合物矿床才有经济上的开采价值。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种基于γ射线康普顿背散射扫描技术的深海可燃冰探测仪，以解决直接、快速、安全、准确地判断可燃冰存在的问题。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于γ射线康普顿背散射扫描技术的深海可燃冰探测仪，包括有耐高压筒、探测仪机箱、γ射线源系统、探测采传系统、多路探测器以及多路后准直器，所述探测仪机箱安装在耐高压筒内，所述探测仪机箱内的顶部设有蓄电池组，底部设有主安装板，所述γ射线源系统、多路探测器以及多路后准直器均安装在主安装板上，所述多路后准直器下端设有薄底板。

所述探测采传系统包括集成在探测仪机箱内多路探测器（即探测器阵列）、高压电源机箱、多道脉冲幅度分析器、通信接口，所述多路探测器上设有输出电缆插座，其上方设有探测采传系统机箱，所述探测采传系统机箱上端设有高压电源机箱。

所述γ射线源系统包括γ射线源容器，γ射线源和前准直器，所述γ射线源容器由重金属材料制成，所述γ射线源系统外部设有屏蔽套，

所述多路探测器通过多路选择器共用一个多道脉冲幅度分析器，由接口电路送给信号发射电路。多道脉冲幅度分析器设有嵌入式微处理器和模数转换器，使探测器采传系统高度智能。所述多道脉冲幅度分析器能按康普顿背散射测量要求设定和卡住能量阈值，达到判别可燃冰的目的。

所述耐高压筒能承受深海海水压力，以保护探测仪正常工作。耐高压筒顶部设有吊环把手，以便吊放到深海底或提升到平台以及船上；底部设有可伸缩的插脚，耐高压筒吊放到深海底后，所述可伸缩的插脚插进海底被测物中，使探测仪底部贴着被测物，这时电机自动将耐高压筒的可平移开关的底盖门打开，γ射线源系统、被测物、多路探测器构成康普顿背散射扫描几何学，便于作康普顿背散射（CBS）测量。

本发明的技术原理是：基于射线与物质特别是轻物质相互作用的康普顿背散射效应所测定的光子数，通过数据处理或重建，得出被测物电子密度分布，质量密度，有效原子序数和相对百分比含量等参数，据此建立标准样品数据库，通过自行研发的软件和判别指标，自动地判断是否为可燃冰。经过反复理论研究和实践经验证明，康普顿背散射测量技术计数轻物质检测是非常有效的。

康普顿背散射（CBS）光子数ns为：n_s=C·ρ·V_i

式中C=n₀· [dσ(θ)/dΩ]_KN · (N_a*Z/A) ·Δa·η·f₁·f₂

n₀——γ射线源发射的初始光子数·

[dσ(θ)/dΩ]_KN——康普顿散射截面