7核物探7(氡及子體)(1)解析

1、核地球物理核地球物理主講人主講人 王南萍王南萍 RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY地球物理與信息技術(shù)學(xué)院地球物理與信息技術(shù)學(xué)院RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理第六章第六章 氡的特性及氡測量方法氡的特性及氡測量方法6.1 6.1 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物6.2 6.2 土壤中氡的來源及遷移土壤中氡的來源及遷移6.3 6.3 土壤氡及氡析出率測量方法土壤氡及氡析出率測量方法6.4 6.4 氡測量方法的應(yīng)用氡測量方法的應(yīng)用RADIATIO

2、N & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡測量方法氡測量方法l是一種常用的地球物理方法是一種常用的地球物理方法l1900年，年，F(xiàn).Dorn發(fā)現(xiàn)氡發(fā)現(xiàn)氡-222l1904年，在加拿大開始出現(xiàn)測量土壤和河水中年，在加拿大開始出現(xiàn)測量土壤和河水中氡氣測量的裝置和方法氡氣測量的裝置和方法l20世紀(jì)世紀(jì)20年代成為野外找礦方法年代成為野外找礦方法l主要應(yīng)用于尋找鈾礦主要應(yīng)用于尋找鈾礦l也廣泛應(yīng)用于找水、確定構(gòu)造位置、地震預(yù)報也廣泛應(yīng)用于找水、確定構(gòu)造位置、地震預(yù)報l環(huán)境評價及保護(hù)環(huán)境評價及保護(hù)-氡潛勢填圖氡潛勢填圖RAD

3、IATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理分類分類l土壤氣氡測量土壤氣氡測量l氡析出率測量氡析出率測量l氡氣測量（大氣環(huán)境中）氡氣測量（大氣環(huán)境中）l瞬時測量瞬時測量l連續(xù)測量連續(xù)測量l累積測量累積測量RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的特性氡的特性l氣態(tài)氡：無色無味氣態(tài)氡：無色無味l液態(tài)氡：起初是無色透明的，然后由于液態(tài)氡：起初是無色透明的，然后由于衰變產(chǎn)物，它能使容器的玻璃壁發(fā)綠色衰變產(chǎn)物，它能使

4、容器的玻璃壁發(fā)綠色熒光熒光l固態(tài)氡：不透明，能發(fā)出明亮的淺藍(lán)色固態(tài)氡：不透明，能發(fā)出明亮的淺藍(lán)色光光RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的特性- -氡的理化性質(zhì)元素周期表第元素周期表第周期的零族元素周期的零族元素 原子半徑：原子半徑：0.13nm0.13nm單原子放射性氣體分子直徑為單原子放射性氣體分子直徑為0.46nm0.46nm惰性氣體，不活潑，無色無味。惰性氣體，不活潑，無色無味。氡轉(zhuǎn)化為固態(tài)的溫度約為氡轉(zhuǎn)化為固態(tài)的溫度約為-113-113。熔點為。熔點為-71-71。沸點為沸點為-6

5、2-62。氡氣的密度比空氣要重，在。氡氣的密度比空氣要重，在O CO C和和101325Pa101325Pa下，氣態(tài)氡的密度為下，氣態(tài)氡的密度為9.739.731010-3-3g/cmg/cm ，常溫下氡及子體在空氣中能形成放射性氣溶膠而常溫下氡及子體在空氣中能形成放射性氣溶膠而污染空氣。污染空氣。6.1 6.1 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的物理特性氡的物理特性l輻射（衰變）特性輻射（衰變）特性l溶解性溶解性l易被固體吸附易被固體吸附l具遷移

6、性（擴散對流為主）具遷移性（擴散對流為主）RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的衰變特性-三個天然放射性同位素RaC氡的短壽命子體氡的短壽命子體Rn222Rn222鈾鈾-238衰變鏈衰變鏈RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l氡最重要的同位素是三個天然放射系（鈾系、釷氡最重要的同位素是三個天然放射系（鈾系、釷系和錒系）中鐳的子體系和錒系）中鐳的子體222222RnRn、220220RnRn和

7、和219219RnRn。219219RnRn半衰期不到半衰期不到4 4秒，從它產(chǎn)生的地點到人類呼吸帶秒，從它產(chǎn)生的地點到人類呼吸帶之前就衰變完了。之前就衰變完了。220220RnRn的半衰期為的半衰期為55.655.6秒。通常秒。通常所說的氡僅指所說的氡僅指222222RnRn。l222222RnRn是鈾系衰變的中間產(chǎn)物是鈾系衰變的中間產(chǎn)物, ,它的半衰期為它的半衰期為3.823.82天，衰變過程產(chǎn)生一系列新的放射性核素。習(xí)慣天，衰變過程產(chǎn)生一系列新的放射性核素。習(xí)慣上將這些新生的放射性核素稱做氡子體。氡子體上將這些新生的放射性核素稱做氡子體。氡子體分為短壽命子體分為短壽命子體( (從從218

8、218PoPo到到214214Po)Po)和長壽命子體和長壽命子體( (210210PbPb以后以后) )。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的三個天然同位素氡的三個天然同位素lRn-222lRn-220lRn-219l總結(jié)：半衰期、衰變類型、粒子能量、總結(jié)：半衰期、衰變類型、粒子能量、衰變產(chǎn)物衰變產(chǎn)物RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡同位素的輻射性質(zhì)氡同位素的輻射性質(zhì) 同位素同位素半

9、衰期半衰期（T1/2）衰變常數(shù)，衰變常數(shù)，s-1射線射線類型類型能量能量（Mev）在空氣中的射程在空氣中的射程（cm）222Rn3.825d2.09710-45.4814.04220Rn54.5s1.27210-26.2874.09219Rn3.92s0.17686.423（7.5%）5.566.551（11.5%）6.817（1.0%）6.527（0.1%）RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理Po21884Pb21482Bi21483Po21484核素符號核素符號俗稱俗稱半衰期半衰期核衰變類

10、型核衰變類型粒子能量粒子能量/Mev 218PoRaA3.05min6.002 214PbRaB26.8min 214BiRaC19.7min 214PoRaC1.6410-4s7.687RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理Data of radon decay productsNuclidePo-218Pb-214Bi-214Po-214Halflife3.05 min26.8 min19.7 min1.610-4 secDecayaBbaa-Energy6.00MeV007.68 MeVp

11、ot.aEnergy/atom13.68MeV7.68MeV7.68 MeV7.68 MeVAtoms/Bq264232017100.2310-3pot.a-Energy/Bq3612MeV17820MeV13130MeV1.8 10-3MeVpot.aEnergy/100pCi13350MeV65890MeV48460MeV6.6 10-3MeVRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理232Th系衰變圖232Th228Ra208Pb208Tl220Rn216Po224RaT1/2 4.46101

12、09 9a aT1/2 55 sec 228Ac228ThRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理 Data of Thoron decay productsNuclidePo-216Pb-212Bi-212Po-212Halflife0.15 s10.65 h60.6 min3.04-10-7 sDecayaBAAa-Energy6.774 MeV06.051 MeV8.785 MeVRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及

13、遷移 核地球物理核地球物理溶解性溶解性l放射性氣體能以不同的速度溶解于不同放射性氣體能以不同的速度溶解于不同的液體中，其中尤為顯著者是溶解于各的液體中，其中尤為顯著者是溶解于各種油脂和煤油中。根據(jù)格林定律，液體種油脂和煤油中。根據(jù)格林定律，液體中的氡濃度（中的氡濃度（Rn氣氣/V氣）和氣體中的氣）和氣體中的氡濃度（氡濃度（Rn氣氣/V氣）成正比，即：氣）成正比，即：氣氣液液VRnVRnRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l式中，式中，氡氣的溶解系數(shù)；氡氣的溶解系數(shù)；lV液和液和V氣氣相應(yīng)為液體

14、和氣體的體積；相應(yīng)為液體和氣體的體積；lRn液和液和Rn氣氣相應(yīng)為液體和氣體中氡的相應(yīng)為液體和氣體中氡的濃度。濃度。l氡在水中的溶解系數(shù)同溫度的關(guān)系更為密氡在水中的溶解系數(shù)同溫度的關(guān)系更為密切，有下式：切，有下式：l l式中，式中，t溫度，溫度，oC)0502. 0(405. 01057. 0teRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理溶解系數(shù)與溫度的關(guān)系溶解系數(shù)與溫度的關(guān)系 t,t,（ 0C0C）0 05 510102020303040405050606070708080909010100 0

15、0.0.51510 00.0.42420 00.0.35351 10.0.25254 40.0.19195 50.0.15159 90.0.13138 80.0.12125 50.0.11117 70.0.11112 20.0.11110 00.0.10108 8RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理易被固體吸附易被固體吸附l所有的固體在不同沉度上吸附氡所有的固體在不同沉度上吸附氡l活性炭對氡的吸附能量最強活性炭對氡的吸附能量最強l粘土、石臘、橡膠、煤等吸附能量很強粘土、石臘、橡膠、煤等吸附能量

16、很強RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理環(huán)境中的氡水平環(huán)境中的氡水平低通風(fēng)率低通風(fēng)率RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理6.2 6.2 土壤中氡的來源及遷移土壤中氡的來源及遷移6. 2. 1 氡在土壤中的遷移氡在土壤中的遷移 擴散作用擴散作用 對流作用對流作用6. 2. 2 氡在土壤中的遷移規(guī)律氡在土壤中的遷移規(guī)律 6.2.3 6.2.3 土壤中鐳含量與氡濃度的關(guān)系土壤中鐳含量與氡濃度的關(guān)系R

17、ADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡在介質(zhì)中的產(chǎn)生氡在介質(zhì)中的產(chǎn)生 l鐳衰變時，氡原子與鐳衰變時，氡原子與 粒子之間由于動量守粒子之間由于動量守恒使氡原子獲得恒使氡原子獲得86keV 的動能的動能23，正是在，正是在這個反沖動能的作用下，新衰變產(chǎn)生的氡原這個反沖動能的作用下，新衰變產(chǎn)生的氡原子將離開衰變前鐳原子的位置而運動一段距子將離開衰變前鐳原子的位置而運動一段距離，這段距離稱為反沖距離。反沖距離的大離，這段距離稱為反沖距離。反沖距離的大小依賴于發(fā)生衰變介質(zhì)的密度和組成，氡氣小依賴于發(fā)生衰變

18、介質(zhì)的密度和組成，氡氣在礦物顆粒中的的射程是在礦物顆粒中的的射程是2070nm，空氣，空氣中是中是60m,水中是水中是0.1m。在普通密度的礦。在普通密度的礦物中，如果物中，如果Ra原子離顆粒表面的距離大于原子離顆粒表面的距離大于70nm時，它就會阻止在晶格里面，那么就時，它就會阻止在晶格里面，那么就不會對發(fā)射部分作出貢獻(xiàn)。不會對發(fā)射部分作出貢獻(xiàn)。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l所以固體中鐳衰變后，產(chǎn)生的氡原子并所以固體中鐳衰變后，產(chǎn)生的氡原子并不全是可遷移的。因為反沖的氡原子可不全是可

19、遷移的。因為反沖的氡原子可能在進(jìn)入微裂隙前便阻留在周圍晶格中，能在進(jìn)入微裂隙前便阻留在周圍晶格中，也可能穿過微裂隙重新進(jìn)入附近的固體也可能穿過微裂隙重新進(jìn)入附近的固體晶格而阻留。上述在晶格中的氡原子在晶格而阻留。上述在晶格中的氡原子在常溫下僅靠分子熱運動是很難擴散出晶常溫下僅靠分子熱運動是很難擴散出晶格的，故可認(rèn)為是不可遷移的。固體中格的，故可認(rèn)為是不可遷移的。固體中鐳衰變產(chǎn)生的所有氡原子中，進(jìn)入孔隙鐳衰變產(chǎn)生的所有氡原子中，進(jìn)入孔隙中的可遷移部分所占的份額叫做發(fā)射系中的可遷移部分所占的份額叫做發(fā)射系數(shù)數(shù)()。發(fā)射系數(shù)是決定土壤中可遷移。發(fā)射系數(shù)是決定土壤中可遷移的有效氡含量的源項。的有效氡含

20、量的源項。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡在土壤中的反沖機制氡在土壤中的反沖機制 RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理lEmanation ：發(fā)射，指在介質(zhì)內(nèi)部發(fā)射，指在介質(zhì)內(nèi)部 lrecoil （反沖）反沖） ldiffusion （擴散）擴散）lExhalation ：析出，孔隙中的射氣擴散到大氣中析出，孔隙中的射氣擴散到大氣中l(wèi) 發(fā)射率，發(fā)射系數(shù)發(fā)射率，發(fā)射系數(shù) l土壤顆粒中形成并

21、逃到孔隙中的氡稱為發(fā)射率，土壤顆粒中形成并逃到孔隙中的氡稱為發(fā)射率，由反沖和擴散兩部分組成。由反沖和擴散兩部分組成。l氣體在固體中的擴散系數(shù)是很小的，以反沖為主。氣體在固體中的擴散系數(shù)是很小的，以反沖為主。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理發(fā)射系數(shù)的影響因素發(fā)射系數(shù)的影響因素l研究表明，研究表明，濕度對氡發(fā)射率的影響很大濕度對氡發(fā)射率的影響很大。這。這是因為氡在水中的反沖射程遠(yuǎn)比在空氣中的是因為氡在水中的反沖射程遠(yuǎn)比在空氣中的反沖射程小，氡原子在空氣中的反沖射程為反沖射程小，氡原子在空氣中的

22、反沖射程為64,000nm，在水中的反沖射程為，在水中的反沖射程為95nm25。進(jìn)入充水的空隙中的氡原子，在水膜中結(jié)束進(jìn)入充水的空隙中的氡原子，在水膜中結(jié)束其反沖的可能性很大，從而使氡原子越過孔其反沖的可能性很大，從而使氡原子越過孔隙進(jìn)入另一顆粒中的可能性減小。由于水膜隙進(jìn)入另一顆粒中的可能性減小。由于水膜的截留，逃出顆粒束縛的自由氡量會增大，的截留，逃出顆粒束縛的自由氡量會增大，相應(yīng)的氡發(fā)射率就會增大。相應(yīng)的氡發(fā)射率就會增大。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l對樣品加熱能引起物質(zhì)的變化（

23、濕度減小、對樣品加熱能引起物質(zhì)的變化（濕度減小、晶格缺陷退火、相轉(zhuǎn)變），從而導(dǎo)致射氣擴晶格缺陷退火、相轉(zhuǎn)變），從而導(dǎo)致射氣擴散能力的改變。散能力的改變。物質(zhì)的變化能直接引起射氣物質(zhì)的變化能直接引起射氣作用的改變；當(dāng)潤濕樣品被加熱時，若溫度作用的改變；當(dāng)潤濕樣品被加熱時，若溫度不是很高，在孔隙中會恢復(fù)部分水膜，從而不是很高，在孔隙中會恢復(fù)部分水膜，從而使氡發(fā)射率增大。若對樣品加熱到高溫時，使氡發(fā)射率增大。若對樣品加熱到高溫時，則能減少水膜的面積，從而使氡發(fā)射率減小。則能減少水膜的面積，從而使氡發(fā)射率減小。此外，其它因素如物質(zhì)的粒度也會對氡發(fā)射此外，其它因素如物質(zhì)的粒度也會對氡發(fā)射率造成影響。率造

24、成影響。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡的遷移氡的遷移l根據(jù)氡在多孔介質(zhì)中運移的理論，推動根據(jù)氡在多孔介質(zhì)中運移的理論，推動氡通過充滿流體（空氣和水）的空隙中氡通過充滿流體（空氣和水）的空隙中行進(jìn)的動力主要有體積活度梯度和壓力行進(jìn)的動力主要有體積活度梯度和壓力梯度兩種，即兩種運移方式。梯度兩種，即兩種運移方式。l擴散作用擴散作用l對流作用對流作用RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理擴散作

25、用擴散作用l氡氣是一種可隨時間變化而衰變的放射氡氣是一種可隨時間變化而衰變的放射性氣體，它的分子由于熱運動的結(jié)果而性氣體，它的分子由于熱運動的結(jié)果而向濃度小（體積活度低）的方向移動，向濃度小（體積活度低）的方向移動，稱為擴散。稱為擴散。l氡的擴散服從一般氣體擴散的氡的擴散服從一般氣體擴散的Fick第一第一定律定律 RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理lJ1 氡的擴散流密度，氡的擴散流密度，(Bq/m2s) ；lC 介質(zhì)孔隙中的氡濃度介質(zhì)孔隙中的氡濃度(Bq/m3)；lD 氡在介質(zhì)中的擴散系數(shù)氡

26、在介質(zhì)中的擴散系數(shù)(m2/s)；lC C 介質(zhì)孔隙中的氡濃度梯度介質(zhì)孔隙中的氡濃度梯度(Bq/m4)。1JD C RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l氡氣的擴散遷移可以在氣體、液體和固體中氡氣的擴散遷移可以在氣體、液體和固體中進(jìn)行，它的擴散主要取決于以下因素：孔隙進(jìn)行，它的擴散主要取決于以下因素：孔隙度、滲透性、溫度、結(jié)構(gòu)和濕度等度、滲透性、溫度、結(jié)構(gòu)和濕度等 。l這里所說的擴散系數(shù)這里所說的擴散系數(shù)D是指氡在作為一個整是指氡在作為一個整體的介質(zhì)中的擴散系數(shù)，而實際科學(xué)研究中體的介質(zhì)中的擴散

27、系數(shù)，而實際科學(xué)研究中經(jīng)常用到的是有效擴散系數(shù)經(jīng)常用到的是有效擴散系數(shù)De 的概念，有的概念，有效擴散系數(shù)是指氡在介質(zhì)孔隙空間中的擴散效擴散系數(shù)是指氡在介質(zhì)孔隙空間中的擴散系數(shù)。系數(shù)。 RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l擴散系數(shù)擴散系數(shù) D Dl在數(shù)值上等于濃度梯度為一個單位在數(shù)值上等于濃度梯度為一個單位時，單位時間通過單位面積的射氣時，單位時間通過單位面積的射氣量。量。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核

28、地球物理核地球物理對流作用對流作用l對流是僅次于擴散作用的另一種重要作對流是僅次于擴散作用的另一種重要作用，當(dāng)介質(zhì)與環(huán)境中存在著壓力差時，用，當(dāng)介質(zhì)與環(huán)境中存在著壓力差時，氣體可以從壓力高的部位向壓力低的部氣體可以從壓力高的部位向壓力低的部位遷移。氣體的對流服從達(dá)西定律位遷移。氣體的對流服從達(dá)西定律 。RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l對流作用對流作用-用用Dacy定律定律l式中： -流體的對流速度(m/s)； l介質(zhì)的滲透率，(m2) ；l空氣動態(tài)粘滯系數(shù)（viscosity）(Ns/m

29、2) ；l P壓力。2JCVKVP VVRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l其中空氣壓力梯度是產(chǎn)生滲流作用的原其中空氣壓力梯度是產(chǎn)生滲流作用的原動力，氣壓、風(fēng)力和溫度的變化都會造動力，氣壓、風(fēng)力和溫度的變化都會造成土壤內(nèi)部孔隙與地面空氣之間的壓力成土壤內(nèi)部孔隙與地面空氣之間的壓力差。土壤滲透性差。土壤滲透性K與土壤粒徑大小、土與土壤粒徑大小、土壤成分、孔隙度大小以及孔隙的連通情壤成分、孔隙度大小以及孔隙的連通情況有密切關(guān)系。很多研究都表明，土壤況有密切關(guān)系。很多研究都表明，土壤的滲透性是決定

30、土壤氡潛勢的重要因素。的滲透性是決定土壤氡潛勢的重要因素。 RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡在土壤中的遷移規(guī)律氡在土壤中的遷移規(guī)律RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l從均勻介質(zhì)中到達(dá)介質(zhì)表面氡濃度剖面從均勻介質(zhì)中到達(dá)介質(zhì)表面氡濃度剖面的穩(wěn)態(tài)方程為的穩(wěn)態(tài)方程為l式中：式中：peff介質(zhì)中的有效孔隙度介質(zhì)中的有效孔隙度,%；l介質(zhì)密度介質(zhì)密度, g/cm3；aB介質(zhì)中的鐳含量介質(zhì)中的鐳含量

31、, Bq/kg；CB深度為深度為Z時的氡濃度，時的氡濃度，Bq/m3l CBS深度為無限大時氡的濃度深度為無限大時氡的濃度, Bq/m3。effBBSBSRnBRnBdeffBeffBpaCCCdzCdPdzCdPD/0)(122*RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l僅考慮分子擴散作用時，穩(wěn)態(tài)方程的解僅考慮分子擴散作用時，穩(wěn)態(tài)方程的解為，當(dāng)為，當(dāng)z=0時，時，CB =0l式中：zDCzCBRnBsB2/1)/(exp1)(effBBPDD/*RADIATION & ENVIRONME

32、NT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理BRnBBBRadzzdCDe)0(*地表面氡的析出率可表示為：地表面氡的析出率可表示為：式中，式中， R RB B為氡的擴散長度為氡的擴散長度2/10)/(BBDR RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理土壤氡濃度分布規(guī)律土壤氡濃度分布規(guī)律-二層模型二層模型RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理計算公式計算公

33、式ACCVVCCDtC21111111222222222200dCd CdCDVCadtdxdxdCd CdCDVCadtdxdx土壤中鐳含量與氡濃度的關(guān)系土壤中鐳含量與氡濃度的關(guān)系effBRnpaC/RaRaRnRnNNRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理6.3 氡測量方法氡測量方法l土壤氡測量土壤氡測量l大氣氡測量大氣氡測量l氡析出率測量氡析出率測量RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理RA

34、DIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理土壤氡測量土壤氡測量l瞬時測量（常規(guī)測量）瞬時測量（常規(guī)測量）l連續(xù)測量連續(xù)測量l累積測量累積測量RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理瞬時測量瞬時測量l測網(wǎng)：與伽馬能譜測量相同測網(wǎng)：與伽馬能譜測量相同l測量孔深：測量孔深：60-80cml測量次數(shù)：測量次數(shù)：1次次/點點l檢查測量：可疑地段、異常地段檢查測量：可疑地段、異常地段100%l 一般地段：一般地段：20

35、%l資料處理：按地質(zhì)單元作統(tǒng)計資料處理：按地質(zhì)單元作統(tǒng)計l規(guī)范：氡及其子體測量規(guī)范：氡及其子體測量EJ/T605-91RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理土壤氡測量土壤氡測量-瞬時測量瞬時測量l儀器：儀器：FD3017鐳鐳A測氡儀測氡儀l硅半導(dǎo)體探測器，單道硅半導(dǎo)體探測器，單道alpha能譜儀能譜儀l通過測量通過測量218Po的脈沖數(shù)來計算氡的濃的脈沖數(shù)來計算氡的濃度度l儀器框圖儀器框圖 P.83RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰

36、變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l儀器工作原理方框圖：儀器工作原理方框圖：P.83l由操作臺、抽氣泵和取樣器三部分組成由操作臺、抽氣泵和取樣器三部分組成l儀器測量結(jié)果顯示：儀器測量結(jié)果顯示： 218Po（采樣時間（采樣時間內(nèi)）內(nèi)）RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理刻度：用液體鐳源，或在氡室刻度刻度：用液體鐳源，或在氡室刻度l用真空法刻度用真空法刻度

37、p.170l連接圖：連接圖：p.170l計算公式：計算公式：p.170 (6-3-10)nVeCktRaf)1 (RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理lKf -換算系數(shù)，換算系數(shù)，Bq/Lcpm； lCRa - 鐳鐳-226的活度，的活度，Bq;lRa 氡氡-222的衰度常數(shù)，的衰度常數(shù)，s-1;lt- 液體鐳源密封積累時間，液體鐳源密封積累時間，s；ln- 儀器示值的平均值，儀器示值的平均值，cpm;lV- 循環(huán)體積，循環(huán)體積，L。RnRnRaRaRnNNdtdN)(ttRaRnRaRaRn

38、RnRaeeNN由液體鐳源中鐳形成的氡量計算公式由液體鐳源中鐳形成的氡量計算公式)1 (tRaRnRnRaeCN( RnRa Rn-RaRn)C CRaRa鐳的活度，鐳的活度，BqBq；t-t-液體鐳源密封時間液體鐳源密封時間RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理野外測量野外測量: l打孔；打孔；l抽氣；抽氣；l測量；測量；l計算氡濃度計算氡濃度 nkCfRnRADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理

39、資料整理資料整理l與伽馬能譜測量類似與伽馬能譜測量類似l按地質(zhì)單元做統(tǒng)計分析按地質(zhì)單元做統(tǒng)計分析RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理土壤和建筑材料的氡土壤和建筑材料的氡222和氡和氡220的析出率的析出率參數(shù)參數(shù)核素核素土壤土壤建筑材料建筑材料典型值典型值范圍范圍典型值典型值范圍范圍發(fā)射率發(fā)射率 Radon0.10.01-0.50.050.005-0.3Thoron0.050.01-0.20.010.002-0.06密度（密度（10103kgm-3）20.8-31.50.8-2.5有效孔隙度有

40、效孔隙度 (peff)0.250.1-0.50.250.1-0.5擴散系數(shù)（擴散系數(shù)（msms-1）51010-610-8-10-551010-710-8-10-6擴散長度擴散長度 RB(m)Radon1.50.1-30.50.005-1Thoron0.020.0050.001-0.01活度活度a aB(Bqkg-1)Ra-226405-120602-1200Th-232405-120505-200析出率析出率（BqmBqm-2s-1）Radon0.0210-3-0.0551010-410-4-0.003Thoron10.050.01-0.2RADIATION & ENVIRONMEN

41、T LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理土壤氡累積測量方法土壤氡累積測量方法l固體核徑跡測量固體核徑跡測量l活性炭測量活性炭測量l熱釋光測量熱釋光測量l218Po測量測量l卡卡l210Po法法RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理氡濃度測量方法比較氡濃度測量方法比較累累積測積測量量瞬瞬時測時測量量連續(xù)測連續(xù)測量量RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理固

42、體核徑跡測量（固體核徑跡測量（SSNTD）l探測器（探測器（CR-39等）等）l裝置裝置 P.177l刻度刻度l現(xiàn)場布樣（放置在測量點）現(xiàn)場布樣（放置在測量點）l室內(nèi)蝕刻及觀測徑跡室內(nèi)蝕刻及觀測徑跡l計算氡濃度計算氡濃度l（Solid State Nuclear Track Detector） 中國疾病預(yù)防控制中心中國疾病預(yù)防控制中心輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所輻射防護(hù)與核安全醫(yī)學(xué)所 ATD由擴散杯、滲透膜和徑由擴散杯、滲透膜和徑跡片三部分組成。跡片三部分組成。測量原理如測量原理如下：空氣中的氡氣通過濾膜擴下：空氣中的氡氣通過濾膜擴散到測量杯中，氡及其子體衰散到測量杯中，氡及其子體衰變產(chǎn)生的變產(chǎn)生的

43、 粒子碰撞到徑跡片粒子碰撞到徑跡片上沿著它們的軌跡造成原子尺上沿著它們的軌跡造成原子尺度的輻射損傷度的輻射損傷, ,即潛跡。經(jīng)化學(xué)即潛跡。經(jīng)化學(xué)處理，這些潛徑跡能夠擴大為處理，這些潛徑跡能夠擴大為可觀察的永久性徑跡。根據(jù)徑可觀察的永久性徑跡。根據(jù)徑跡密度和在標(biāo)準(zhǔn)氡濃度暴露下跡密度和在標(biāo)準(zhǔn)氡濃度暴露下的刻度系數(shù)可計算出被測場所的刻度系數(shù)可計算出被測場所的平均氡濃度。的平均氡濃度。徑跡探測器徑跡探測器ATD(Alpha Track Detectors)(Alpha Track Detectors)濾膜濾膜氡濃度的長期（累積氡濃度的長期（累積 ）測量）測量擴散杯擴散杯 徑跡片徑跡片粒子粒子RADIA

44、TION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理徑跡的形成及固體核徑跡探測器的性質(zhì)徑跡的形成及固體核徑跡探測器的性質(zhì)l徑跡的形成徑跡的形成l射線作用射線作用 輻射損傷輻射損傷 化學(xué)蝕刻化學(xué)蝕刻 徑跡徑跡l RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理l固體核徑跡探測器固體核徑跡探測器l結(jié)晶結(jié)晶:(云母云母) 非結(jié)晶非結(jié)晶:玻璃玻璃 塑料塑料:CR-39lCR-39l烯丙基二甘醇碳酸酯烯丙基二甘醇碳酸酯RADIATION &

45、amp; ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理固體核徑跡裝置的刻度固體核徑跡裝置的刻度l目的：將各臺儀器或每批測量裝置測得的儀器讀數(shù)目的：將各臺儀器或每批測量裝置測得的儀器讀數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)計量單位示值。換算成標(biāo)準(zhǔn)計量單位示值。l方法：方法：l（）（）在完全相同的測量條件、相同或近于相同的在完全相同的測量條件、相同或近于相同的測量環(huán)境下，測量環(huán)境下，將儀器或測量裝置放在氡室（或用標(biāo)將儀器或測量裝置放在氡室（或用標(biāo)準(zhǔn)源）測定已知氡濃度下的示值（或響應(yīng)），求得準(zhǔn)源）測定已知氡濃度下的示值（或響應(yīng)），求得換算系數(shù)；換算系數(shù)；l（）每批

46、樣品必須留空白樣；（）每批樣品必須留空白樣；l（）必須有質(zhì)量保證措施，儀器的檢查、重復(fù)樣，（）必須有質(zhì)量保證措施，儀器的檢查、重復(fù)樣，監(jiān)控樣監(jiān)控樣RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理每批樣品應(yīng)在氡室刻度，求得刻度系數(shù)。每批樣品應(yīng)在氡室刻度，求得刻度系數(shù)。RRRnTFnCCRn氡濃度，氡濃度， Bqm-3nR凈徑跡密度；凈徑跡密度；暴露時間，暴露時間，h；FR刻度系數(shù)?？潭认禂?shù)。參考國家標(biāo)準(zhǔn)：參考國家標(biāo)準(zhǔn)：環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法環(huán)境空氣中氡的標(biāo)準(zhǔn)測量方法GB/T 14582-93GB/T 1

47、4582-93RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理現(xiàn)場布樣現(xiàn)場布樣l室內(nèi)氡濃度測量：室內(nèi)氡濃度測量：30天天-90天天l土壤氡濃度測量：一周左右土壤氡濃度測量：一周左右RADIATION & ENVIRONMENT LABARATORY第六章 氡釷射氣及其衰變產(chǎn)物的特性及遷移 核地球物理核地球物理室內(nèi)蝕刻及觀測徑跡室內(nèi)蝕刻及觀測徑跡l化學(xué)蝕刻，將輻射損傷粒徑放大至幾百化學(xué)蝕刻，將輻射損傷粒徑放大至幾百m級；級；l氫氧化鉀溶液：氫氧化鉀溶液：16%l化學(xué)蝕刻液：氫氧化鉀溶液與化學(xué)蝕刻液：氫氧化鉀溶液與C2 H2OH的的體積比為體積比為1:2，將燒杯放入洹溫器內(nèi)，在，將燒杯放入洹溫器內(nèi)，在60下放置下放置小時小時；l在生物顯微鏡下觀察蝕坑的個數(shù)，由孔洞在