Инновации 19 Февраля 2021

Ловим гамма-кванты дроном

Национальный чемпион ГК «Геоскан» создал собственный сверхлегкий гамма-спектрометр. Линейка комплексов «Геоскан 401» пополнилась дроном для геологоразведки, оснащенным этим прибором. Он отличается от аналогов сочетанием малой массы и высокой чувствительности, необходимыми для проведения гамма-съемки с беспилотника
Ловим гамма-кванты дроном
Уникальность гамма-спектрометра, разработанного специалистами ГК «Геоскан», в его универсальности. К устройству можно подключить камеру, лидар, магнитометр либо любое другое дополнительное оборудование
«Геоскан»

Спектрометр имеет энергетическое разрешение около 7,5%, энергетический диапазон от 30 кэВ до 3 МэВ и весит всего 2,6 кг. Комплекс «Геоскан 401 Гамма» способен вести полет даже на предельно малой высоте, от нескольких метров, как в равнинной местности, так и в более сложных ландшафтных условиях.

Как рассказал «Стимулу» заместитель руководителя геофизического отдела ГК «Геоскан» Дмитрий Гоглев, разработкой прибора специалисты компании занимались с 2019 года. Работа в этом направлении была продиктована тем, что все имеющиеся образцы спектрометров не подходили под массо-габаритные характеристики квадрокоптеров «Геоскан 401». Либо это были слишком маленькие бытовые приборы, не способные решить геологоразведочные задачи, либо слишком большие промышленные для выполнения съемок с пилотируемой техники. Потребность же в таком приборе в компании нарастала из-за значительного количества геологоразведочных работ, в которых необходимо применять не только серийный магнитометр Geoshark, но и гамма-спектрометр. На тестовых работах испытывали различные варианты кристаллов (NaI(T); CsI(T); BGO). Сейчас компания имеет в своем распоряжении все типы сцинтилляционных детекторов и использует их исходя из поставленных задач, поскольку каждый из них имеет свои плюсы и минусы.

Что измеряет гамма-спектрометр

«Гамма-спектрометр — это прибор, выявляющий количество гамма-квантов в среде и их энергии, — пояснил Дмитрий Гоглев. — Это необходимо для определения нуклида, испускающего эти гамма-кванты. Получив эту информацию, можно понять вещественный состав пород на интересующем нас участке».

Радиоактивное излучение исходит от горных пород благодаря их естественной радиоактивности, которая обусловлена присутствием в них радиоактивных элементов. Разные виды пород излучают гамма-кванты различных энергий, по этому параметру их и определяют.

magnifier.png Все имеющиеся образцы спектрометров не подходили под массо-габаритные характеристики квадрокоптеров «Геоскан 401». Либо это были слишком маленькие бытовые приборы, не способные решить геологоразведочные задачи, либо слишком большие промышленные для выполнения съемок с пилотируемой техники

Естественная радиоактивность состоит из альфа-, бета-, гамма-, нейтронных и других излучений. Альфа-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), энергия которых на длине пути около 10 см в воздухе и долей миллиметров в породе тратится на ионизацию и нагревание окружающей среды, поэтому проникающая способность у них очень мала.

Бета-излучение — это поток электронов и позитронов, энергия которых тратится на ионизацию и возбуждение атомов окружающей среды. В результате они рассеиваются (это приводит к ослаблению их интенсивности) и поглощаются (теряют свою энергию) на длине пути в 100 раз большей, чем альфа-излучение.

Гамма-кванты представляют собой поток электромагнитного излучения очень высокой частоты. Они тоже рассеиваются и поглощаются окружающей средой, но благодаря своей электрической нейтральности отличаются еще более высокой проникающей способностью (сотни метров в воздухе и до метра в горных породах).


ГОГЛЕВ.jpg
Заместитель руководителя геофизического отдела ГК «Геоскан» Дмитрий Гоглев
«Геоскан»

Уникальный прибор

«Наш прибор относится к сцинтилляторному типу гамма-спектрометров, они состоят из сцинтиллятора и фотоэлектронного умножителя. Сцинтилляторы — вещества, излучающие свет при поглощении ионизирующего излучения. В сцинтилляторе под действием электронов, которые покидают пределы электронных оболочек благодаря энергии гамма-квантов, возникает кратковременная вспышка света — сцинтилляция, преобразуемая в фотоэлектронном умножителе в электрический импульс. Амплитуда импульса пропорциональна энергии гамма-кванта», — рассказал Дмитрий Гоглев.

magnifier.png Стоит учитывать, как и в других геофизических методах, что гамма-спектрометрия должна быть выполнена на минимально возможной высоте, так как рассеивание гамма-квантов с высотой увеличивается и полезной информации становится меньше

По его словам, в первую очередь гамма-спектрометрия используется в геологоразведке, но новый гамма-спектрометр нашел применение и в городской жизни — для экологического мониторинга. К примеру, выполняя полеты на ежедневной основе в городской черте, можно получать информацию о радиационном фоне в различных районах города в любое время.

«Уникальность разработки в том, что комплекс универсален, — поясняет Дмитрий Гоглев. — К нему можно подключить камеру, лидар, магнитометр либо любое другое дополнительное оборудование. Комплект программного обеспечения поможет справиться с управлением БПЛА, а также с обработкой всевозможной информации с различных полезных нагрузок. К примеру, программа QMCenter/Spectrometer сразу после полета выводит на экран компьютера интерполированную карту общего радиационного фона и энергии гамма-квантов в любой точке измерений. Это позволяет не только иметь оперативные данные, но и скорректировать направление дальнейших поисков прямо в поле».


ДРОН.jpg
Характеристики «Геоскан 401 Гамма» и специальная технология съемки позволяют продуктивно использовать комплекс для составления геологических карт крупных малоизученных территорий, поиска рудного сырья, нефти и газа, при радиоэкологическом мониторинге
«Геоскан»

Полеты на минимальной высоте

Для формирования наиболее точной картины работы выполняются в два этапа. На первом по заданным профилям ведется площадная съемка, во время которой запись производится интервалами длительностью одна секунда. Комплекс записывает показатели активности и энергии гамма-квантов, отмечая их координаты. На основе этих данных строится карта общего радиационного фона и — при необходимости — карта содержания отдельных элементов, обычно это уран, калий, торий. Определяются также участки с наибольшим излучением, представляющие интерес для исследователей.

Чтобы уточнить интенсивность энергий гамма-квантов в этих отдельных перспективных точках, на втором этапе работ беспилотник зависает над каждой из них на 10–15 минут. В результате формируется полная информация о количестве тех или иных квантов и их энергиях как на всей площади съемки, так и на отдельных ее участках.

magnifier.png Опыт компании в проведении аэрофотосъемочных работ позволяет получать до ста квадратных километров рельефа за сутки, эту работу выполняет бригада из двух человек

«Комплекс “Геоскан 401 Гамма” выполняет полеты до 35 минут. За это время с учетом детального огибания рельефа квадрокоптер может преодолеть до 18 погонных километров профилей. Стоит учитывать, как и в других геофизических методах, что гамма-спектрометрия должна быть выполнена на минимально возможной высоте, так как рассеивание гамма-квантов с высотой увеличивается и полезной информации становится меньше. Поэтому ГК “Геоскан” использует собственную методику выполнения съемки, вычисляя перед геофизическими полетами на минимальной высоте истинный рельеф. Опыт компании в проведении аэрофотосъемочных работ позволяет получать до ста квадратных километров рельефа за сутки, эту работу выполняет бригада из двух человек. Тем самым мы не только добиваемся безопасности для оборудования, но и повышаем качество получаемых результатов», — рассказал Дмитрий Гоглев.

Характеристики «Геоскан 401 Гамма» и специальная технология съемки позволяют использовать комплекс для составления геологических карт крупных малоизученных территорий, поиска рудного сырья, нефти и газа, при радиоэкологическом мониторинге.

Комплекс уже применялся на нескольких объектах в России. Основными задачами для него было, в частности, геологическое картирование, выявление не вскрытых эрозией интрузивных тел различного состава, выделение и прослеживание рудоконтролирующих структур. В результате были получены карты содержания урана, калия и тория. По словам Дмитрия Гоглева, в 2021 году запланировано несколько работ с комплексом на больших площадях в России и Республике Казахстан. Для этих целей ГК «Геоскан» обучает специалистов, а также изготавливает большое количество приборов для возможности параллельного выполнения полетов на различных геологических участках.

Темы: Инновации

Еще по теме:
25.02.2021
Самый эпатажный инновационный предприниматель нашей планеты Илон Маск ввязался в очередную рискованную игру. Неожиданно ...
17.02.2021
Ведущий российский дизайн-центр АО «НПЦ ЭЛВИС» (компания — национальный чемпион) создал комплект систем на крист...
11.02.2021
11 февраля 1847 года в маленькой деревушке Милан (штат Огайо) родился выдающийся изобретатель и предприниматель ...
09.02.2021
Ученые НИТУ «МИСиС» разработали технологию переработки литиевых батарей. Этот дешевый и безопасный способ представляет с...
Наверх