UAV-alustainen radiometrinen mittaus Testimittaus Kolarin Rautuvaarassa Heikki Salmirinne, Pertti Turunen, Tero Niiranen, Eija Hyvönen Geologian tutkimuskeskus, Rovaniemi
Sisältö Radiometrinen säteilymittaus gammaspektrometrilla Rautuvaaran rikastushiekka-allas testikohteena UAV-alustaiset mittaukset Maanpintamittaus käsispektrometrilla Tulosten vertailua Yhteenveto 2
Radiometrinen säteilymittaus gammaspektrometrilla Gammaspektrometrin toiminta perustuu radioaktiivisen hajoamisen yhteydessä syntyvien γ-pulsien määrän mittaamiseen energiaasteikolla Mittaustuloksina: Totaalisäteily [pulssia/s] Kaliumpitoisuus [%] Uraanipitoisuus [eppm] Toriumpitoisuus [eppm] mittausaika mittausaika Nuklidi Säteilylähde Ikkuna/MeV Totaali 0 3 40 K 40 K 1.37 1.57 238 U 214 Bi 1.66 1.86 232 Th 208 Tl 2.41 2.81 3
Gammasäteilyn mittaukseen vaikuttavia tekijöitä Gammaspektrometrin Ilmaisimen (kiteen) koko ja ominaisuudet vaikuttavat tulosten laatuun Kuinka hyvin ilmaisin pystyy absorboimaan gammasäteilyn Kuinka tarkasti ilmaisin pystyy erottamaan säteilyn energiatason Lentokorkeus Etäisyyden kasvaessa kaksinkertaiseksi gammavuon leviää nelinkertaiseen tilavuuteen Lentokorkeuden kasvaessa myös efektiivinen mittausalue kasvaa ja mittauksen spatiaalinen resoluution pienenee Mittausaika Säteilymittausten tilastollinen luonne! Mittausajan kasvattaminen parantaa laatua Liikkeessä tehtävässä lentomittauksessa mittausaika on kuitenkin yksi hankalimmin säädeltäviä parametreja Säteilylähteen koko ja muoto vaikuttavat sekä säteilyn intensiteettiin että pitoisuuteen 4
Gammasäteilyn mittaukseen vaikuttavia tekijöitä Ilman radon pitoisuus Radon esiintyy sekä uraanin että toriumin hajoamissarjassa Aiheuttaa ongelmia erityisesti eu-pitoisuuden määrittämisessä Jos ilman radonpitoisuus on korkea, se kasvattaa mittauksen antamaa eu-pitoisuutta Maan ja ilman vesipitoisuus vesipitoisuus vaimentaa yleensä tehokkaasti gammasäteilyä ja pienentää määritettyjä K-, euja eth pitoisuuksia 5
Rautuvaara testikohteena Rikastushiekka-allas n. 0.8 km 2 Mittauslinjat: Linjaväli 50 m Koko alue, yhteensä 14.4 linja_km lentokorkeudella 2 m Keskeinen anomalia-alue myös lentokorkeuksilla 5 ja 10 m 6
Rautuvaara testikohteena Rikastushiekka-allas topografian vaihtelu n. 10 m Kuva: Heikki Salmirinne Kuva altaan eteläosasta 7
Rautuvaaran rikastamolla prosessoidut malmit Esiintymä Louhintavuodet Rikastetut metallit Malminlouhinta (t) Rikasteen määrä (t) Rikastehiekan määrä (t) Rautuvaara 1962-1988 Fe, Cu 11 564 405 5 418 270 6 146 135 Hannukainen 1978-1990 Fe, Cu, Au 4 563 080 1 908 053 2 655 027 Saattopora 1988-1995 Au, Cu 2 150 016 16 335 2 133 681 U-Th oksideja Pahtavuoma 1975-1976 Cu, Ag 20 800 584 1989 Cu, Ag 13 231 388 1993 Cu, Ag 261 208 8 157 Pahtavuoma tot 295 239 9 129 286 110 Juomasuo 1992 Co, Au 17 645 70 17 575 tot 11 238 528 U-Th oksideja Viite: Puustinen, K. 2003. Suomen kaivosteollisuus ja mineraalisten raaka-aineiden tuotanto vuosina 1530-2001, historiallinen katsaus erityisesti tuotantolukujen valossa. Geological Survey of Finland, Report M10.1/2003/3. 578 p. 8
UAV-alustainen radiometrinen mittaus Radai Oy Kuva: Heikki Salmirinne Lentolaite: Terrain Scout 3.2 quadrokopteri Quad-copter Terrain Scout 3.2 Engine type: 4 x electric engine Power source: Batteries (LiPo) Mass: 8 kg (12 kg w batteries) Payload: up to 5 kg Flight speed: 0-10 m/s Flight time: at least 60 min w/o payload up to 40 min w 3.5 kg payload 9
UAV-alustainen radiometrinen mittaus Gammaspektrometri: Georadis D230A www.georadis.com Georadis D230A Detector 2 x BGO, 104 cm 3 Spectrometer 2 x 1024 channel Energy range 25 3000 kev Power Li-ion 7.2 V/2200 mah Size 145 x 78 x 269 mm Weight 3.5 kg GPS accuracy ±2 m 10
Kuva: Heikki Salmirinne UAV-alustainen radiometrinen mittaus UAV -mittaukset kahtena ajankohtana 29.6-1.7.2016 & 15-17.10.2016 Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m Lentonopeudet 3-4 m/s Spektrometrin mittausaika 5 s Pisteväli ~ 16-21 m 11
UAV -mittauksesta Lentokorkeudesta: Lentokorkeuden ylläpito perustui barometriseen korkeudenmääritykseen ei käytännössä toiminut hyvin alueen korkeusmalli ei ilmeisesti ollut täysin ajan tasalla (?) tai ilmanpaine koneen ympärillä mahdollisesti häiriöllinen (?) turvalliseksi minimilentokorkeudeksi valikoitui 5 m Osa alueesta mitattiin 5 ja 10 m lisäksi myös lentokorkeudella 30 m Lentoajoista: Lokakuun mittauksissa lentoajat yhteensä noin 1 h 15 minuuttia Keskeinen laajempi alue (8.7 linja_km) mitattiin n. 37 minuutissa 12
Vertailumittaus käsispektrometrilla RS-230 BGO Super-Spec (Radiation Solutions Inc.) Myydään myös tyyppimerkinnällä RT-30 www.georadis.com RS-230 BGO Super-Spec Detector 1 x BGO, 103 cm 3 Spectrometer 1 x 1024 channel Energy range 30 3000 kev Power 4 x AA batteries Size 259 x 81 x 96 mm Weight 2.04 kg GPS external GPS integration via bluetooth 13
Kuva: Raija Pietilä Vertailumittaus käsispektrometrilla Maastomittaus RS-230 -spektrometrilla 29-30.6 2016 Yhteensä n. 19.7 linja_km Mittauskorkeus 10-30 cm Kävelynopeus n. 1 m/s Totaalisäteilyn rekisteröintiväli 5 s Pisteväli n. 5 m U, Th ja K arvojen rekisteröintiväli 10 s Pisteväli n. 12 m Kokonaismittausaika n. 8 h 14
Tulosten tarkastelua Maastomittaus: Totaalisäteily Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10-30 cm 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittauskorkeus 5m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 15
Tulosten tarkastelua UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 5m 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittauskorkeus 10 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 16
Tulosten tarkastelua UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10 m 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittauskorkeus 30 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 17
Tulosten tarkastelua UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10 m 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Totaalisäteily Mittauskorkeus 30 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 18
Tulosten tarkastelua Maastomittaus: Uraani Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10-30 cm 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Uraani Mittauskorkeus 5 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 19
Tulosten tarkastelua UAV -mittaus: Uraani Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10 m 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Uraani Mittauskorkeus 30 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 21
Tulosten tarkastelua Maastomittaus: Torium Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10-30 cm 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Torium Mittauskorkeus 5 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 22
Tulosten tarkastelua UAV -mittaus: Torium Mittaukset kahtena ajankohtana Mittauskorkeus 10 m 29.6-1.7.2016 15-17.10.2016 UAV -mittaus: Torium Mittauskorkeus 30 m Lentokorkeudet 5m, 10m ja 30m 24
Johtopäätöksiä UAV-alustainen totaalisäteilyn mittaus Tulokset käyttökelpoisia (ehkä) jopa 30 metrin lentokorkeudella K-, U- ja Th ikkunoissa mitattujen gammapulssien määrät eivät tilastollisesti riittäviä Tästä huolimatta 5 m korkeudella mitattu U-ikkunan anomaliat korreloivat kohtuullisesti maastomittauksen kanssa 10 ja 30 metrin korkeudella mitatut tulokset satunnaisia 25
Johtopäätöksiä Kehitettävää: Tarkka korkeuden mittaus on oltava osa mittausjärjestelmää Suurempi ilmaisin tarvitaan luotettaviin K, eu ja eth määrityksiin 2 litran BGO kide painaisi n. 14.26 kg >>> liian painava UAV:lle? 2 litran NaI kide painaisi n. 7.34 kg >> liian painava UAV:lle? Mittausraportti saatavissa GTK:n Hakku palvelun kautta: Pirttijärvi, M. 2016. Radai's UAV based radiometric measurements at Rautuvaara mine in Kolari. Survey Report, 31.10.2016, Radai Oy. 25 p. http://tupa.gtk.fi/raportti/arkisto/74_2016.pdf 26
In The End 27