20世纪初,国际上通常采用点状辐射源来刻度/校准各种辐射仪,以实现各类辐射测量仪在测量中的仪器响应值向照射量的转化,这为辐射测量的量值统一及其技术进步起到了积极的推动作用。但是由于点状辐射源与实测对象间的能谱成分和测量几何条件等的差异,量值统一仍存在一定的局限性。20世纪70年代以来,随着野外伽马能谱仪逐渐应用,点状镭源的校准方法已不适用于测定铀、钍、钾元素含量的仪器校准。为实现地质勘查中天然γ辐射测量的标准化,在继续沿用点状标准源的同时,根据比较法测量原理,苏联、加拿大、美国和丹麦等国先后研制了不同形状和几何尺寸的模型体源。国际原子能机构(IAEA)于1974年在IAEA-158号技术报告中推荐采用饱和模型体源定量校准铀和钍勘探仪器,并给出了校准方法。1989年,IAEA颁发了309号报告书,推荐了野外放射性测量仪器校准设施的建造和使用方法。
放射性仪器从计量的角度可以分为两类,一种是测量电离能力,通过计量电离电流来测定放射性辐射场强度;第二种是测量粒子或光子数量,通过计量粒子或光子产生的脉冲数来测定放射性辐射场强度。然而,辐射场强度仅是一个中间量,其测量结果与放射性物质活度、测量距离、辐射能量等有关。
放射性仪器校准包括计量特性评定和探测效率测定。①计量特性评定是确认仪器工作的正常性,包括仪器本底、能量分辨率、能量响应、测量重复性、稳定性、死时间、散射因子、角响应、测量范围、最大允许误差、固有误差、引用误差、示值误差、影响量等。根据仪器类型和测量对象的不同,计量技术规范对计量特性的测试项目和指标有相应的要求,校准应按照仪器所对应的计量技术规范要求进行。②探测效率测定是在确认仪器工作正常的基础上,根据计量标准标称值和仪器测量示值确定的一个换算系数。通过该系数可以将仪器测量示值转换为测量所要求的实用量单位,如(比)活度,吸收剂量(率)等。
饱和模型体源是将不同比例的钾、铀、钍矿粉与石英砂、水泥掺和,固结成不同钾、铀、钍含量的圆柱体或立方体标准模块(混凝土模块),即校准模型。用饱和模型体源作为校准模型标准,目的是提供一种放射性物理特性与土壤、岩石介质近似,能模拟无限辐射源体,最大限度地解决仪器校准中的g辐射场与野外实际测量环境的γ谱成分的近似问题,进而实行铀资源勘查中辐射测量由照射量(C/kg)向含量单位(µg/g)的转化。这样不仅显著提高仪器的校准精度,而且可以大大地提高勘探效率,降低勘探成本。
中国从1978年设立“核工业部地质局辐射测量基准模型站”开始,先后研建了铀资源勘查的多个系列饱和模型体源校准标准,包括用于校准便携式γ辐射仪、γ能谱仪、X-γ剂量率仪的Y系列地面放射性测量模型标准;用于校准γ测井仪的F系列γ测井模型标准,用于校准航空、车载等大型γ辐射仪、能谱仪、剂量率仪的AP系列航空放射性测量模型标准,用于校准密度-孔隙度测井仪的Dh系列密度—孔隙度测井模型标准,用于校准裂变中子测井仪的Nu系列的裂变中子测井模型。