无人机超低空双能定向伽马能谱取样技术是将双能定向伽马能谱取样仪安装在无人机上定向测量岩（矿）石或土壤释放的伽马射线能量和强度,根据获得的伽马仪器谱数据计算岩（矿）石或土壤中放射性核素含量的方法。在铀矿勘查和开采过程中,采用无人机超低空双能定向伽马能谱取样技术,可以在探槽、剥土、坑道巷壁和露天采场等地质工程或开采掌子面上获取岩（矿）石的铀品位,计算线储量,指导勘探工程和开采工程。与传统定向伽马辐射取样技术相比,无人机超低空双能定向伽马能谱取样可节省人力,提高工作效率,指导铀矿勘探工程和露天铀矿山开采,实现数字矿山建设,避免和消除辐射取样过程中工作人员的受照辐射剂量。本论文开展无人机超低空双能定向伽马能谱取样技术研究,得到了国家重点研发计划“高分辨率航空伽玛能谱测量及机载成像光谱测量技术”（项目编号:2017YFC0602100）和国家自然科学基金项目“高分辨航空伽马阵列探测器群能谱响应研究”（项目编号:41774147）和资助,取得了如下研究成果。1)提出无人机超低空双能定向伽马能谱取样工作原理与数学模型。传统的定向伽马辐射取样法可分为二次伽马辐射取样法和一次伽马辐射取样法。其中,二次伽马辐射取样法是在每一个待测点上分别测量探测器有铅套和无铅套条件下的伽马射线注量率,利用两次测量结果的差值,消除周围伽马射线的干扰,以达到定向伽马取样的目的;一次伽马取样是在主探测器四周包裹副探测器（如FD-42定向γ辐射仪）,在待测点上一次测量,通过主、副探测器获得的伽马射线注量率,实现定向伽马辐射取样。对于无人机超低空定向伽马辐射取样而言,由于是连续测量,只能采用一次伽马辐射取样方法。双能定向伽马能谱取样是采用溴化铈闪烁计数器为伽马射线探测器,其能量分辨率为4%（相对FWHM,0.661Me V）,在探测器四周包裹薄层铅套,选择高、低两种能量的伽马射线为探测对象,利用高、低两种能量伽马射线在薄层铅套中的质量衰减系数的显著差异,获得探测器正下方高或低能量伽马射线注量率,消除探测器四周伽马射线的干扰。根据上述工作原理,建立了双能定向伽马能谱取样的基本方程,定义了双能定向伽马能谱取样探头的定向比例系数;根据光子与物质相互作用和铀矿体γ场叠加理论,推导出定向伽马能谱探测器记录的伽马射线注量率与铀矿体铀含量的数理方程,定义了双能定向伽马能谱取样系统的换算系数。2)设计双能定向伽马能谱取样探头。采用ICRU第53号报告中的推荐算法,推导出0.352Me V,0.609Me Vγ光子在伽马射线注量率占比分别为60%、80%、85%、90%情况下有效探测半径分别为1.2m、2.5m、3.6m、5.1m,1.4m、3m、4.5m、6.2m。采用蒙特卡罗数值模拟方法（MCNP5.0软件）,在深度为0.6m、半径为6m的体源模型下,取出体源中的一个单位点对Ce Br₃探测器的伽马射线注量率进行积分,再将单位点源积分为体源求出总伽马射线注量率,以0.352Me V和0.609Me V两种能量伽马射线为探测对象,在80%伽马射线注量率占比条件下,获得两组铅定向器的最优厚度和长度:铅定向器长4.5cm,厚0.2cm,其真实形状为长17cm宽4.5cm厚0.2cm铅皮,定向比例系数a=0.65,A=0.33;铅定向器长5.5cm,厚0.3cm,其真实形状为长17.6cm宽5.5cm厚0.3cm铅皮,定向比例系数a=0.55,A=0.32。3)双能定向伽马能谱取样仪谱数据处理。采用七点重心光滑法、全峰面积法获取特征伽马射线全能峰净峰面积;采用双高斯拟合最小二乘法解决0.609Me V和0.583Me V重峰问题,拟合范围内平均相对误差为7.28%,拟合效果较好。4)建立了无人机超低空双能定向伽马能谱取样系统的铀含量标定方法。铀含量标定工作在放射性标准模型上进行,根据放射性U、Th、K模型的铀含量和相对应的0.609Me V和0.352Me V伽马射线特征峰的净峰面积计数,运用最小二乘法求解换算系数α、β、γ和φ,使用换算计数结果和混合模型的0.609Me V、0.352Me V伽马射线特征峰的净峰面积计数计算铀含量,并与混合模型铀含量比对,计算相对误差,要求小于10%。