Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta Ústav hydrogeologie, inţenýrské geologie a uţité geofyziky
Charles University, Faculty of Science
Institute of hydrogeology, engineering geology and applied geophysics
Doktorský studijní program: Aplikovaná geologie Doctoral study program: Applied Geology
Autoreferát disertační práce Summary of the Doctoral thesis
Gama záření geologických objektů a jejich lokalizace radiometrickým měřením
Gamma radiation of geological objects and their localization by radiometric measurement
Mgr. Ondřej Šálek
Školitel/Supervisor: Prof. RNDr. Milan Matolín, DrSc.
Praha, 2018
Abstrakt
Práce se zabývá polem gama záření lokálních anomálií koncentrace uranu a moţnostmi jejich lokalizace terénním radiometrickým měřením. Pole gama záření progresivně slábne se vzdáleností od pozemního zdroje radioaktivity. Zvolená metodika radiometrického průzkumu je pro vyhledávání zdrojů radiace významná. Pole gama záření pro různé parametry anomálií koncentrace uranu a různou metodiku radiometrického průzkumu bylo studováno pomocí modelových výpočtů. Metodika výpočtu byla odvozena z elementárních teoretických vztahů pro popis pole gama záření bodového zdroje. Ověření správnosti modelových výpočtů pole gama záření bylo provedeno porovnáním pozemních a mini-leteckých experimentálních dat a vypočtených hodnot na třech reálných anomáliích koncentrace uranu. Mini-letecké měření bylo provedeno pomocí prototypu gama spektrometru Georadis D230A, který se vyznačuje relativně vysokou citlivostí detekce gama záření vzhledem k dříve pouţitým obdobným přístrojům. Leteckým prostředkem byla hexakoptéra Kingfisher. Posouzení moţností tohoto přístroje pro detekci anomálií koncentrace uranu bylo jedním z cílů této práce.
Vypočtené hodnoty pole gama záření v poloze detektoru na zemi aţ ve výšce 40 m nad zemí uspokojivě souhlasí s experimentálními daty pozemního a mini-leteckého měření. Popsanou metodu lze pouţít pro modelové výpočty pole gama záření nad libovolně zadaným pozemním zdrojem radioaktivity a různé výšky detekce. Moţnosti lokalizace radioaktivních anomálií byly zkoumány pro pozemní kruhové objekty s různým průměrem v rozmezí 2 m aţ 60 m a s různou koncentrací uranu v rozmezí 10 ppm eU aţ 2000 ppm eU.
Výška detekce gama záření byla uvaţována v mezích 0 m aţ 80 m nad zemí. Uvaţována byla různá citlivost detektoru a různá doba měření na jednom bodě od 1 s do 360 s.
Výsledky ukázaly, ţe obecně s rostoucí výškou detekce horizontální vzdálenost detekovatelnosti anomálního objektu nejdříve roste, v určité výšce dosáhne maxima a s pokračujícím nárůstem výšky vzdálenost detekovatelnosti objektu opět klesá.
V určité výšce detekce jiţ nelze objekt lokalizovat ani nad jeho středem. Výsledky práce ukazují, ţe pro lokalizaci anomálních objektů je pozemní měření výhodné provádět s detektorem v co nejvyšší moţné výšce nad zemí (kolem 2 m). Mini-letecké měření lze provozovat ve výškách letu od několika metrů aţ do několika desítek metrů. Optimální výška detekce, pro níţ je vzdálenost detekovatelnosti anomálního objektu největší, je uvedena v závislosti na parametrech anomálního zdroje a metodice průzkumu. Moţnosti lokalizace modelových radioaktivních objektů pomocí mini- leteckého průzkumu s přístrojem D230A se ukázaly jako velmi blízké moţnostem standardního leteckého průzkumu.
Moţnosti lokalizace pole gama záření modelových objektů byly studovány pro energii gama zájmového okna uranu (1,76 MeV) a pro interval energií úhrnné gama aktivity. Výsledky ukázaly, ţe pro zadané předpoklady je vzdálenost detekovatelnosti anomálního objektu při zpracování dat úhrnné gama aktivity větší neţ vzdálenost detekovatelnosti při zpracování četnosti impulzů v energetickém okně uranu. Rozdíl je řádově do výše prvních desítek procent.
Příčinou je zejména vyšší četnost impulsů a tím přesnost měření úhrnné gama aktivity.
Abstract
This thesis deals with gamma-ray field of size-limited uranium objects and with possibilities of their localization by a field radiometric measurement. The gamma-ray field attenuates progressively with distance from the ground source of radiation. The applied method of radiometric survey plays an important role in localization of a radioactive object. The gamma-ray field of uranium anomalous objects was studied for variable signatures of ground anomalous objects and different methods of gamma-ray survey by using mathematical modelling. The method of modelling was derived from fundamental theoretical laws describing the gamma-ray field of a point source. The verification of applied mathematical modelling was carried out by the comparison of calculated model of the gamma-ray field at three real uranium anomalous objects with experimental data of ground and mini-airborne measurement. Mini- airborne measurement was realized by the prototype of a gamma spectrometer Georadis D230A. This instrument is characterized by relatively high sensitivity compared to previously used similar devices. Airborne platform was a hexacopter Kingfischer. One of the aims of this thesis was to assess the applicability and technical capacity of D230A instrument. Calculated values of the gamma-ray field at different detection heights, in the interval from zero to forty meters above the ground uranium objects, are in the conformity with experimental data of ground and mini-airborne measurement. The developed and described method for modelling of gamma-ray field over planar arbitrarily defined radiation source is applicable for different height of detection. Possibilities to detect an uranium radioactive object was assessed for circular sources of different diameter in the range from 2 m to 60 m with different uranium concentration in the range from 10 ppm eU to 2000 ppm eU. The variable height of detection from measurement on the ground to 80 m above the ground was considered. Different detector
sensitivities and variable exposure time from 1 s to 360 s were considered.
The results of mathematical modelling showed that generally the detectability distance of anomalous object initially grows with increasing detection height, at certain detection height reaches the maximum and with continued increase of detection height the detectability distance of the object declines. At certain detection height, it is not possible to detect the object neither above its center.
For localization of a radioactive source it is advantageous to carry out the ground measurement with a detector as high as is possible, around 2 m. Mini-airborne measurement using UAV is possible to realize at flight altitudes from several meters to several tens of meters. The thesis introduces the relation between the detectability distance of a ground gamma-ray uranium object and variable parameters of the ground object, flight height, and the applied survey method. The detection possibilities of a circular radiation source using mini-airborne survey with the spectrometer D230A were evaluated as very close to possibilities of a standard airborne survey.
The possibilities of localization of model radioactive objects were studied for gamma energy of uranium energy window 1.76 MeV and separately for the total count energy interval. The results showed that detectability distance of the anomalous object is greater for the total count measurement than with using the count rate in uranium energy window only. The difference is up to the first tens of percent. The reason is mainly the higher registered count rate and related precision of the total count measurement.
Obsah/Contents
1 Úvod ... 1
2 Cíle práce ... 1
3 Materiál a metodika ... 2
3.1 Terénní experimenty ... 2
3.2 Modelování pole gama záření ... 2
4 Výsledky a diskuse ... 3
4.1 Výsledky na lokalitách s anomální koncentrací uranu ... 3
4.2 Moţnosti detekce modelových kruhových těles ... 7
5 Závěr... 11
6 Pouţitá literatura ... 12
1 Introduction ... 13
2 Aims of the study ... 13
3 Material and methods ... 14
3.1 Field experiments ... 14
3.2 Gamma-ray field modelling ... 14
4 Results and discussion ... 15
4.1 Results at localities with anomalous uranium content .. 15
4.2 Detection possibilities of model circle bodies ... 19
5 Conclusions ... 23
6 References ... 24
Ţivotopis ... 25
Curriculum Vitae ... 26
Publikace/Publications ... 27
1
1 Úvod
Terénní gama spektrometrický průzkum je základní metodou vyhledávání radiometrických anomálií pro účely rudní prospekce uranu nebo mapování radioaktivity ţivotního prostředí. Plošně omezené anomálie koncentrace uranu jsou zdrojem pole gama záření, jehoţ intenzita prudce klesá se vzdáleností. Pole gama záření podléhá statistickým fluktuacím radioaktivní přeměny. Moţnosti detekce anomálního pole radioaktivity závisí na intenzitě zdroje, přesnosti měření a metodice průzkumu.
2 Cíle práce
Cílem této práce je posoudit moţnosti lokalizace lokálních anomálií koncentrace uranu v závislosti na parametrech anomálního objektu a metodice průzkumu. Moţnosti detekovatelnosti radioaktivního objektu jsou posuzovány s ohledem na velikost a radioaktivitu anomálního objektu, výšku detekce, citlivost detektoru a dobu měření. Zvaţovány jsou moţnosti pozemního, leteckého a nízkého mini-leteckého měření pomocí nepilotovaných leteckých prostředků.
Pro účely studia pole gama záření libovolně definovaných plošných anomálií uranu byla vytvořena deterministická metoda výpočtu pole gama záření. Pro mini-letecké měření byl pouţit prototyp přístroje Georadis D230A, který se vyznačuje vysokou citlivostí oproti dříve pouţitým obdobným přístrojům. Posouzení moţností tohoto přístroje pro detekci anomálií koncentrace uranu bylo jedním z cílů této práce.
2
3 Materiál a metodika 3.1 Terénní experimenty
Terénní experimenty poslouţili pro ověření metodiky výpočtu pole gama záření. Experimentální data byla porovnána s modelovými výpočty na třech lokalitách v různých výškách detekce. V prvním kroku byla kaţdá lokalita prozkoumána pomocí detailního pozemního gama spektrometrického měření a byly vyhodnoceny koncentrace uranu v zájmové ploše. V druhém kroku bylo studováno pole gama záření v různé výšce detekce nad povrchem. Terénní experimenty byly prováděny na těchto lokalitách: 1. Kalibrační standard uranu na kalibrační základně v s.p. DIAMO ve Stráţi pod Ralskem (Matolín et al., 2011), 2. Přírodní uranová mineralizace u Dolní Černé Studnice (okr. Jablonec nad Nisou), 3. Přírodní uranová mineralizace u obce Třebsko (okr. Příbram). Pole gama záření prvních dvou lokalit bylo studováno do výšky dva metry, pole gama záření 3. lokality bylo navíc studováno do výšky 40 m s pomocí mini-leteckého měření (Šálek et al., 2018).
3.2 Modelování pole gama záření
Modelování pole gama záření bylo provedeno deterministickou metodou vycházející ze vztahu pro gama záření bodového zdroje v nehomogenním dvouvrstevném prostředí (Mareš et al., 1990).
Trojrozměrný prostor byl aproximován hustou maticí bodových zdrojů. Výsledná intenzita v bodě detekce byla počítána jako suma příspěvků od všech bodových zdrojů v matici. Bodové zdroje aproximující modelované těleso musí být rozmístěny v dostatečně husté síti. Pomocí experimentálních výpočtů bylo zjištěno, ţe optimální hustota bodových zdrojů je v horizontální rovině 10×10 cm a ve vertikálním směru 1 mm. Rozměry modelového
3
bloku simulujícího velkoplošný geologický zdroj byly zvoleny 1000×1000×1 m.
4 Výsledky a diskuse
4.1 Výsledky na lokalitách s anomální koncentrací uranu
Výsledky modelových a experimentálních dat na třech lokalitách ukázali uspokojivou shodu. Je uvedeno několik příkladů pro ilustraci.
Na Obr. 1 jsou zobrazeny výsledky experimentálního měření a modelových výpočtů koncentrace uranu na kalibračním standardu uranu.
Na Obr. 2 jsou zobrazeny výsledky experimentálního měření a modelových výpočtů koncentrace uranu na lokalitě Dolní Černá Studnice.
Na Obr. 3 jsou zobrazeny výsledky experimentálního mini-leteckého měření a modelových výpočtů úhrnné gama aktivity pro výšky detekce 20 aţ 40 m na lokalitě Třebsko.
Shoda experimentálních a modelových dat je, zejména pro geometrie měření na zemi a v nízké výšce nad zemí, ovlivněna interpolací zdrojových plošných dat koncentrace U do pravidelného gridu 10×10 cm. Rozdíly mezi experimentálními a modelovými daty mohou být také způsobeny časovými změnami ve vlhkosti hornin v době mezi plošným průzkumem lokality a studiem pole gama záření v různých výškách detekce na profilech.
4
Obr. 1. Výsledky experimentálního měření a modelového výpočtu koncentrace U na kalibračním standardu na zemi a ve výšce 0,5 m, 1 m a 2 m.
5
Obr. 2. Výsledky experimentálního měření a modelového výpočtu koncentrace U na profilu AA‘ na lokalitě Dolní Černá Studnice.
6
Obr. 3. Úhrnná gama aktivita na profilu 1 ve výšce 20 až 40 m, lokalita Třebsko.
7
4.2 Moţnosti detekce modelových kruhových těles
Pole gama záření kruhových anomálních těles s průměrem 2 aţ 60 m bylo vypočteno pro různé výšky detekce od měření na zemi do výšky 80 m. Na Obr. 4 je zobrazeno pole gama záření kruhového tělesa s průměrem 10 m.Obr. 4. Pole gama záření modelového kruhového tělesa s průměrem 10 m pro energii 1764 keV.
Vzdálenost detekovatelnosti anomálního tělesa byla definována jako vzdálenost, ve které intenzita gama záření překračuje úroveň pozadí podle kritéria N+2σ (Løvborg, Mose, 1987). Vzdálenosti detekovatelnosti od okraje kruhových těles byly posouzeny pro různé výšky detekce, různé koncentrace U v tělese 10 aţ 2000 ppm eU, různou dobu měření a citlivost detektoru. Jako příklad jsou uvedeny vzdálenosti detekovatelnosti pro různě velká tělesa s koncentrací
8
uranu 50 ppm eU v různých výškách letu pro parametry mini- leteckého přístroje D230A (Obr. 5).
Obr. 5. Vzdálenosti detekovatelnosti od okraje různě velkých kruhových radioaktivních těles pro koncentraci U v anomálním tělese 50 ppm eU.
Doba měření t=1 s. Citlivost SUU=0,55 imp/s na 1 ppm eU.
Výsledky ukázaly, ţe obecně s rostoucí výškou detekce vzdálenost detekovatelnosti anomálního objektu nejdříve roste, v určité výšce dosáhne maxima a s pokračujícím nárůstem výšky opět klesá. Optimální výška detekce, pro níţ je vzdálenost detekovatelnosti největší, je uvedena v závislosti na hodnotě parametru i2σ0 , který odráţí poměr koncentrace uranu v anomálii a okolním pozadí a přesnost měření. Optimální výška detekce při zpracování gama aktivity v zájmovém okně uranu je uvedena na Obr. 6.
9
Obr. 6. Diagram závislosti optimální výšky detekce modelových kruhových těles v okně uranu na parametrech průzkumu a anomálních těles.
Posouzení vzdálenosti detekovatelnosti anomálního objektu je vhodné pro statické měření, nebo pro měření s velmi pomalou
10
rychlostí pohybu (mini-letecký průzkum). V případě standardního leteckého průzkumu při rychlosti kolem 50 m/s nelze zanedbat pohyb detektoru v poli gama záření během intervalu záznamu dat, který je obvykle 1 s (IAEA, 2003). Moţnosti detekce modelových kruhových anomálií pro standardní letecký průzkum ve výšce letu 20 m aţ 80 m a pro koncentrace uranu v anomálii 10 aţ 2000 ppm eU byly posouzeny pro ideální situaci, ve které střed intervalu záznamu leţí nad středem modelového objektu. Moţnosti detekce modelových objektů byly posouzeny pro parametry standardního leteckého gama spektrometru s objemem 32 l (Grasty, Minty, 1995) pro energii 1,76 MeV. Moţnost detekce anomálního objektu je posouzena pomocí poměru NU/N2σ, kde NU je počet registrovaných impulzů v okně uranu a N2σ je kritérium anomálity odvozené z koncentrace uranu v okolních horninách 3 ppm eU.
Hodnoty menší neţ jedna znamenají nepravděpodobnou detekci anomálního objektu. Příklad pro koncentraci uranu v anomálii 300 ppm eU je na Obr. 7. Standardním leteckým průzkumem v 80 m je moţné detekovat anomální objekty o koncentraci 300 ppm eU, pokud mají průměr aspoň 40 m.
11
Obr. 7. Možnosti lokalizace modelových kruhových těles různého průměru standardním leteckým průzkumem v různé výšce letu. Anomální koncentrace uranu 300 ppm eU.
5 Závěr
Modelování pole gama záření imaginárních kruhových těles umoţnilo posoudit moţnosti detekce radioaktivních objektů různé velikosti a intenzity pomocí pozemního, mini-leteckého a standardního leteckého radiometrického průzkumu. Metodika výpočtu byla odvozena z elementárních teoretických vztahů pro popis pole gama záření bodového zdroje a její správnost byla ověřena pomocí srovnání experimentálních a modelových dat na třech reálných anomáliích koncentrace uranu. Mini-letecké měření bylo provedeno prototypem gama spektrometru Georadis D230A, jehoţ moţnosti detekce radiometrických anomálií se ukázaly jako srovnatelné s klasickým leteckým měřením. Studium vzdálenosti detekovatelnosti anomálního objektu ukázalo, ţe pro kaţdý objekt, při dané metodice měření, existuje optimální výška detekce, ve které je vzdálenost detekovatelnosti anomálního objektu největší.
Moţnosti detekce pole gama záření modelových objektů byly studovány pro energii zájmového okna uranu 1,76 MeV a pro
12
interval úhrnné gama aktivity. Výsledky ukázaly, ţe vzdálenost detekovatelnosti objektu při zpracování úhrnné gama aktivity je větší, neţ při zpracování energií uranového okna. Rozdíl je řádově do výše prvních desítek procent. Příčinou je zejména vyšší přesnost měření. Výsledky práce je moţné vyuţít při navrhování optimální metodiky radiometrického průzkumu v konkrétních podmínkách.
6 Pouţitá literatura
Grasty, R.L., Minty, B.R.S., 1995. A Guide to the Technical Specifications for Airborne Gamma-ray Surveys. Australian Geological Survey Organisation Record 1995/60.
IAEA, 2003. Guidelines for Radioelement Mapping Using Gamma Ray Spectrometry Data. IAEA-TECDOC-1363. IAEA, Vienna.
Løvborg, L., Mose, E., 1987. Counting statistics in radioelement assaying with a portable spectrometer. Geophysics, v. 52, n.4, 555-563.
Mareš, S. et al., 1984. Introduction to Applied Geophysics. D. Reidel Publ. Comp., Dordrecht, Holland.
Matolín, M. et al., 2011. Standards for field gamma-ray spectrometers in Czech Republic. International Journal of Exploration Geophysics, Remote Sensing and Environment, 2011/3, 98–105.
Šálek, O. et al., 2018. Mapping of Radiation Anomalies Using UAV Mini-Airborne Gamma-Ray Spectrometry. Journal of Environmental Radioactivity. Vol. 182/2, p. 101–107, ISSN:
0265-931X. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.11.033
13
1 Introduction
Gamma-ray spectrometric field survey is essential method applied for localization of radioactive uranium anomalies in ore prospection or environmental radioactivity mapping. Size limited uranium concentration anomalies produce a gamma-ray field attenuating rapidly with distance. The gamma-ray field is affected by statistical fluctuations of radioactive decay. The possibilities of anomalous gamma-ray field detection depend on the intensity of the source, precision of measurement and survey method.
2 Aims of the study
The study evaluates the localization possibilities of size limited uranium anomalous object. Localization possibilities depend on parameters of the anomalous object and survey method. Detection possibilities of radioactive objects are evaluated with respect to size and radioactivity of the source, detection height, detector sensitivity and exposure time. Possibilities of ground, airborne and low mini- airborne survey with unmanned aerial vehicles were studied.
A deterministic gamma-ray field modelling method was introduced and applied for calculation of a gamma-ray field of arbitrarily defined planar uranium anomalies. The prototype of the gamma-ray spectrometer Georadis D230A was applied for mini-airborne survey.
The instrument D230A has much more higher sensitivity in comparison with previously used similar devices. The D230A possibilities assessment for uranium anomalies detection was one of the aims of this study.
14
3 Material and methods 3.1 Field experiments
Field experiments served for verification of mathematical modelling method. Experimental data of ground and mini-airborne survey was compared with calculated model at three real uranium anomalies at various detection heights. In the first step each anomalous object was mapped by gamma-ray spectrometry in detail scale and uranium concentrations in the anomalous area were assessed. In the second step the gamma-ray field was studied at various detection heights over each anomalous object. Field experiments was realized at these localities in the Czech Republic: 1. Uranium calibration pad at the calibration facility in the state enerprise DIAMO in the town of Stráţ pod Ralskem (Matolín et al., 2011), 2. Natural uranium mineralization in the village of Dolní Černá Studnice (Jablonec nad Nisou district), 3. Natural uranium mineralization in the village of Třebsko (Příbram district). The gamma-ray field of the locality 1.
and 2. was studied up to two meters height. The gamma-ray field of the locality 3. was studied up to forty meters height by mini-airborne survey (Šálek et al., 2018).
3.2 Gamma-ray field modelling
A gamma-ray field modelling was carried out by a deterministic method based on the formula describing gamma-ray field of the point source in the inhomogenous two-layered environment (Mareš et al., 1990). Three-dimensional space was approximated by a dense matrix of point sources. The resulting gamma-ray intensity in the point of detection was calculated like the sum of contributions from all point sources in the matrix. The point sources approximating the modelled body have to be placed in the sufficiently dense matrix. The optimal density of point sources was determined by experimental calculations as 10×10 cm in the horizontal plane and 1 mm in the vertical
15
direction. The size of the model block representing a large geological source was selected as 1000×1000×1 m.
4 Results and discussion
4.1 Results at localities with anomalous uranium content
The results of the model and experimental data on the field localities shoved satisfactorily conformity. Several examples are introduced for illustration. The results of experimental measurement and calculated model of uranium concentrations at uranium calibration pad is presented in the Fig. 1.The results of experimental measurement and calculated model of uranium concentrations at Dolní Černá Studnice site is presented in the Fig. 2.
The results of experimental mini-airborne measurement and calculated model of total count actitvity at Třebsko site at altitudes from 20 m to 40 m is presented in the Fig. 3.
The conformity of experimental and modelled data is, especially for measurement geometry on the ground and at low altitude, affected by interpolation of source ground U concentration data to ordinary grid 10×10 cm. The differences between experimental and modelled data can be also caused by time variations in soil humidity in the time interval between ground survey of the anomalous area and experimental studies at various altitudes at profiles.
16
Fig. 1. Experimental and modelling results of uranium concentration at U calibration pad.
17
Fig. 2. Experimental and modelling results of uranium concentration at Dolní Černá Studnice site.
18
Fig.3. Experimental and modelling results of total count activity at Třebsko site.
19
4.2 Detection possibilities of model circle bodies
The gamma ray field of circular bodies from 2 m to 60 m in diameter was calculated for different detection heights from measurement on the ground up to 80 m. The gamma ray field of circular body with the diameter 10 m is introduced in the Fig. 4.
Fig. 8. The gamma ray field of the imaginary circular body of diameter 10 m for gamma energy 1764 keV.
The detectability distance from the anomalous body was defined as the distance where the anomalous gamma ray intensity exceeds background level according to N+2σ criterion (Løvborg, Mose, 1987). The detectability distance from the anomalous object was assessed for various detection heights, uranium concentration in object from 10 up to 2000 ppm eU, different exposure time and detector sensitivity. The detectability distances of circular anomalous
20
bodies of different size, with uranium concentration 50 ppm eU, at different detection height and for parameters of mini-airborne gamma spectrometrer D230A , are presented as an example in Fig. 5.
Fig. 5. The detectability distances from circular radioactive bodies, with different size, for uranium concentration in the body 50 ppm eU.
Exposure time 1 s. Sensitivity =0,55 imp/s per 1 ppm eU.
The results showed that generally, with increasing detection height, the detectability distance initially grow, at certain detection height reach the maximum and with continued increase of detection height the detectability distance decline. Optimal flight altitude, for which is the detectability distance greatest, is introduced in relation with parameter i2σ0 , which include relation between uranium concentration in the anomalous object and in nonanomalous surrounding rocks and precision of measurement. Optimal flight altitude, when considering gamma activity in uranium window, is introduced in Fig. 6.
21
Fig. 6. The relation between optimal detection height of the model circular bodies, survey settings and anomalous bodies parameters calculated for the uranium window.
22
The assessment of detectability distance of the anomalous body is appropriate for a static measurement or for measurement with very slow speed (mini-airborne measurement). In the case of standard airborne survey with flight speed of 50 m/s is not possible to neglect detector movement in the gamma ray field during data recording interval, which is usually 1 s (IAEA, 2003). The possibilities of localization of anomalous objects using standard airborne survey at altitudes from 20 m up to 80 m and for uranium concentrations in the objects from 10 up to 2000 ppm eU were assessed for ideal situation, when the center of data recording interval lies above the center of anomalous objects. Detection possibilities of anomalous objects were assessed for parameters of standard airborne spectrometer 32 L in volume (Grasty, Minty, 1995) and for gamma energy 1,76 MeV.
Detection possibility of the object is assessed by the relation NU/N2σ, where NU is a number of registered impulses in the uranium window and N2σ is the anomaly criterion derived from uranium concentration in surrounding non-anomalous rocks considered to be 3 ppm eU.
Values smaller than one indicates improbable detection of the anomalous body. An example for uranium concentration of 300 ppm eU in the object is introduced in Fig. 7. Standard airborne survey at altitude of 80 m allows to detect anomalous object with uranium concentration of 300 ppm eU, if it has at least 40 m in diameter.
23
Fig. 7. Detection possibilities of model circular bodies with various diameter with using standard airborne survey at various altitudes.
Anomalous uranium concentration 300 ppm eU.
5 Conclusions
Gamma-ray field modelling of imaginary circular bodies allowed an assessment of detection possibilities of radioactive anomalous objects. Radioactive objects of various size and intensity using ground, mini-airborne and standard airborne radiometric survey were assessed. The method of modelling was derived from fundamental theoretical formula describing a gamma-ray field of a point source.
The accuracy of the modelling method was verified by the comparison of experimental and model data at three real uranium anomalies. Mini-airborne survey was carried out by the prototype of gamma-ray spectrometer Georadis D230A. Detection possibilities of the instrument were evaluated as comparable with a classic airborne survey. The assessment of detectability distance for various anomalous objects and methods showed an existence of optimal detectability distance in which is the detectability distance greatest.
Detection possibilities of model anomalies were studied for gamma
24
energy 1,76 MeV corresponding to uranium window and for total count energy interval. The results showed, that detectability distance of the anomalous object in the case of total count activity processing is greater than in the case of uranium window processing. The difference is in the order of first tens of percent. The reason is especially higher measurement accuracy. The results of this work are applicable for optimal radiometric survey method designing.
6 References
Grasty, R.L., Minty, B.R.S., 1995. A Guide to the Technical Specifications for Airborne Gamma-ray Surveys. Australian Geological Survey Organisation Record 1995/60.
IAEA, 2003. Guidelines for Radioelement Mapping Using Gamma Ray Spectrometry Data. IAEA-TECDOC-1363. IAEA, Vienna.
Løvborg, L., Mose, E., 1987. Counting statistics in radioelement assaying with a portable spectrometer. Geophysics, v. 52, n.4, 555-563.
Mareš, S. et al., 1984. Introduction to Applied Geophysics. D. Reidel Publ. Comp., Dordrecht, Holland.
Matolín, M. et al., 2011. Standards for field gamma-ray spectrometers in Czech Republic. International Journal of Exploration Geophysics, Remote Sensing and Environment, 2011/3, 98–105.
Šálek, O. et al., 2018. Mapping of Radiation Anomalies Using UAV Mini-Airborne Gamma-Ray Spectrometry. Journal of Environmental Radioactivity. Vol. 182/2, p. 101–107, ISSN:
0265-931X. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.11.033
25
Ţivotopis
Datum narození: 17. 7. 1988
Bydliště: Vitín 113, 37363 Ševětín Vzdělání:
Od září 2013 Ph.D. studium, Aplikovaná geologie, Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
2010-2013 Mgr., Aplikovaná geologie, Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
2007-2010 Bc., Geologie, Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta
Pracovní zkušenosti:
Od 2017 Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, ÚHIGUG, VP (plný úvazek).
2014 Aquatest a.s., Technické práce při karotáţním měření (DPP 300 hodin).
Projekty:
Koordinátor projektu Coordination Research Project „Study of Optimal Gamma-ray Technique for Uranium Exploration Based on Mathematical Modelling and Field Measurement“, Projekt je financován Mezinárodní agenturou pro atomovou energii ve Vídni (IAEA). Období 2015-2019.
26
Curriculum Vitae
Date of birth: 17. 7. 1988 Address: Vitín 113, 37363
Education:
Since September 2013 Ph.D., Applied Geology, Charles University, Faculty of Science
2010-2013 Mgr., Applied Geology, Charles University, Faculty of Science
2007-2010 Bc. Geology, Charles University, Faculty of Science.
Working experience:
Since 2017 Charles University, Faculty of Science, Institute of Hydrogeology, Engineering Geology and Applied Geophysics, Researcher (full-time).
2014 Aquatest a.s., Assistant for well logging measurements (DPP 300 hours).
Projects:
First Scientific Coordinator of the project „Study of Optimal Gamma-ray Technique for Uranium Exploration Based on Mathematical Modelling and Field Measurement“, The project is funded by International Atomic Energy Agency in Vienna. Period 2015-2019.
27
Publikace/Publications
Šálek, O., Matolín, M., Gryc, L. (2018). Mapping of Radiation Anomalies Using UAV Mini-Airborne Gamma-Ray Spectrometry. Journal of Environmental Radioactivity. Vol.
182/2, p. 101–107.
Golias V., Tumurkhuu G., Kohn P., Salek O., Plasil J., Skoda R., Soumar J., (2016). Construction of new houses on a uranium vein outcrop: a case study from the Czech Republic.
NUKLEONIKA 61(3): 343-349.
Šálek, O., Matolín, M., Tábořík P., Štěpančíková P. (2015). Detailed gamma-ray spectrometric analysis of natural radionuclides of K, U, and Th on the Sudetic Marginal Fault. Geoscience Research Reports, vol. 2014, p. 99-102. Prague (in Czech).
