《輻射場與核技術(shù)勘探》讀書報告

《輻射場與核技術(shù)勘探》讀書報告放射性勘探又稱放射性測量或“伽瑪法”。借助于地殼內(nèi)自然放射性元素衰變放出的a、B、Y射線，穿過物質(zhì)時，將產(chǎn)生游離、熒光等特別的物理現(xiàn)象，人們依據(jù)放射性射線的物理性質(zhì)利用特地儀器(如輻射儀、射氣儀等〕，通過測量放射性元素的射線強度或射氣濃度來查找放射性礦床以及解決有關(guān)地質(zhì)問題的一種物探方法。也是查找與放射性元素共生的稀有元素、稀土元素以及多金屬元素礦床的關(guān)心手段。放射性物探方法有Y測量、輻射取樣、Y測井、射氣測量、徑跡測量和物理分析等。簡史1932年，加拿大的沃格特(W.Voget)首次承受裝有蓋革計數(shù)器的野外輻射儀。1949年,美國普林格爾(R.W.Pringle)和勞洛頓(K.LRouloton)試制成功了第一批閃耀式野外輻射儀，并在加拿大阿薩巴斯卡湖四周的鈾礦區(qū)試驗成功。1944年航空放射性測量開頭作試驗性飛行。1949年美國、加拿大和英國開頭設(shè)計航空閃耀輻射儀，1950年開頭大量生產(chǎn)。1962年美國研制了高靈敏度的航空Y能譜儀，并從1966年開頭用于礦產(chǎn)資源調(diào)查。60年月后期美國、英國、加拿大、日本等國開頭承受汽車Y能譜測量。70年月測氫技術(shù)有了的進展。中國于1954年開頭進展放射性普查工作。根本理論自然界能產(chǎn)生放射性的核素已覺察230多種，其中80多種經(jīng)過一次衰變就成為穩(wěn)定的核素，稱為單衰變。還有50多種原子序數(shù)高于80的放射性同位素，是由幾個長壽元素衰變產(chǎn)生的。這些長壽元素經(jīng)過一次衰變后，形成的產(chǎn)物仍舊是放射性元素，再連續(xù)發(fā)生衰變，如此一代一代衰變下去，直到成為一個穩(wěn)定的核素為止。通常把衰變起始的那個元素稱為母元素，其衰變產(chǎn)物稱為子元素。由母元素和子元素組成一個族，叫做放射性系列。有3個自然放射性系列，即鈾系（或稱鈾-鐳系〕、社系和鋼系，它們的衰變?nèi)鐖D1所示。還有一個用人工方法得到的鏢系。每個自然放射系列中都有一個氣態(tài)元素（An、Tn、Rn）,是氫的同位素，通常稱之為射氣，都能逸散，其中以Rn的半衰期最長，故可集中得較遠。因此作放射性測量可以覺察由放射性元素組成的礦床。試驗測定結(jié)果說明，不同的放射性衰變具有特定的能譜，稱為射線能譜。各種自然放射性元素衰變時，放出的a粒子能量為4?10兆電子伏?？隙ǖ姆派湫栽厮懦龅腶粒子的能量是肯定的。B射線的能量可自零到某一最大值（一般低于15兆電子伏）之間變化。丫射線有幾種能量的丫光子。某種原子核放射出的各種能量的丫光子的集合，稱為該核的Y能譜。各種自然放射性元素的丫射線能量一般為幾十千電子伏到幾兆電子伏?？隙ǖ姆派湫栽厮懦龅难旧渚€能量是肯定的。故測定放射性能譜，特別是丫射線能譜，可以區(qū)分不同的放射性元素。例如40鉀、鈾系和社系放射的丫射線儀器譜上各在1.46、1.76、2.62兆電子伏處有一特征峰（圖2）,故分別測定1.3?1.6、1.6?2.2和2.2?2.9兆電子伏3個能量間隔內(nèi)丫射線的放射性強度，就可能區(qū)分放射性元素是屬于40鉀、鈾系或社系。各種放射性元素都按指數(shù)規(guī)律衰變，即：Nt=N0e-At,式中NO為衰變起始時的原子數(shù)；Nt為經(jīng)過t時間后保存的原子數(shù)；A為衰變常數(shù)，和原子核的性質(zhì)有關(guān)。不同的放射性元素A值不同，但不隨元素的化學(xué)或物理狀態(tài)而轉(zhuǎn)變。放射性元素衰變完一半所需的時間稱為半衰期（T）,T=0.693/Ao一種放射性元素經(jīng)過10個半衰期，實際上可以認為衰變完了。表示衰變速度還可用原子平均壽命T,T=1/A=1.44TO假設(shè)從某一時刻起，放射性系列中各放射性元素的衰變率（單位時間內(nèi)衰變的原子數(shù)）都相等，則這個狀態(tài)叫做系列放射性平衡。這時，有以下關(guān)系：AINI=A2N2=?=AiNi。利用上式，可由子元素原子數(shù)Ni推算母元素原子數(shù)Nlo這就是依據(jù)丫能譜測量估算鈾的含量的理論根底。a、B及Y3種射線，以丫射線的穿透力量為最強。測定結(jié)果，Y射線的穿透力量比B射線大100倍，比a射線大10000倍。在空中丫射線的射程可達200?300米，而0和。射線分別僅達幾米和幾厘米。在巖石中，Y射線的射程約50?60厘米，B射線約0.5?0.6厘米，a射線只有幾十微米，一層灰塵就可把它全部擋住。因此，測定Y射線的強度是查找放射性礦床的主要方法之一。儀器一般由探測器、放大器和記錄裝置等電子元器件組成。我們學(xué)校經(jīng)常使用的是FD-3013.FD-3017>鈾常鉀多道能譜儀等。探測器當(dāng)射線射入探測器后轉(zhuǎn)換為電脈沖輸出，經(jīng)放大器放大后，送到甄別器把不需要的脈沖剔除，然后經(jīng)過整形器變成大小相等、外形全都的脈沖送到脈沖計數(shù)器電路進展記錄。由于核輻射粒子的性質(zhì)，打算了人們不能直接對其進展觀測，而只能通過它們與物質(zhì)作用的某些物理、化學(xué)效應(yīng)間接地進展觀測。最常用的是利用電離作用和熒光作用制成的電離型探測器和閃耀計數(shù)器。電離型探測器包括氣體電離室、蓋革計數(shù)器、正比計數(shù)器、半導(dǎo)體探測器等。其工作原理是，當(dāng)射線通過電離室、計數(shù)器等內(nèi)部的氣體時，使氣體分子電離產(chǎn)生電子和正離子，在外加電場的作用下，電子和正離子分別向陽極和陰極移動而形成一瞬時的電離電流，陽極電位相應(yīng)下降，而形成一電壓脈沖輸出。半導(dǎo)體探測器與射線作用的電離效應(yīng)與此相像，只不過發(fā)生在固體內(nèi)，所產(chǎn)生的電子及空穴分別移向正、負極形成電流脈沖輸出。測量這些電荷的電量或其形成的電離電流、電壓脈沖，就可確定射線強度。閃耀計數(shù)器是由閃耀體(熒光體)、光電倍增管和相應(yīng)的電子線路組成。當(dāng)射線穿入熒光體被吸取后，熒光體產(chǎn)生閃耀現(xiàn)象，放出光子。光子透過熒光體照耀在光電倍增管的光陰極上，從光陰極上打出光電子，電子在管內(nèi)得到倍增放大后被陰極收集，形成電脈沖輸出，被電子儀器記錄下來。入射線強，閃耀次數(shù)多，單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)就多；射線能量大，閃耀時間子多，脈沖幅度就大。從而就可以知道待測射線的強度和能量。常用的無機熒光體有Nal(Tl)、ZnS(Ag)、CsI(Tl)>Lil(Tl)o有機熒光體慈、三聯(lián)苯、塑料閃耀體等多用于測量P射線的儀器中。由Nal（Tl）晶體組成的儀器應(yīng)用最廣。閃耀計數(shù)器與充氣計數(shù)器相比，靈敏度較高，區(qū)分力量強，不但可以測量射線強度，而且還能區(qū)分射線能量。因此，帶閃耀計數(shù)器的輻射儀現(xiàn)在幾乎全部取代了充氣計數(shù)管型的輻射儀。野外觀測儀器依據(jù)找礦方法的不同，野外觀測所用的儀器有a射線測量儀及Y（B）輻射儀兩類。a射線測量儀依據(jù)探測器的不同可分為幾類：①用氣體電離室作為探測元件的，如電離室型射氣儀和各類驗電器、靜電計等;②以ZnS（Ag）組成的閃耀計數(shù)器為探測元件的，如閃耀室型射氣儀和氨、社分析儀等；③探測元件是金硅面壘型探測器的，如a硅探測器、a輻射探測儀、a能譜等；④利用a粒子對絕緣固體材料的輻射損傷留下的痕跡，經(jīng)化學(xué)溶液蝕刻后能顯示微米量級蝕坑的塑料徑跡探測器。Y（B）輻射儀是測量Y、P射線的，依據(jù)探測元件分為兩種。一種是利用丫、P射線對氨、頰等一些惰性氣體的電離作用，其探測元件為各類充氣計數(shù)器，并由它組成各種蓋革式輻射儀。還有用正比計數(shù)器（如BF3計數(shù)器和3He計數(shù)器）組成的中子測量儀。另一種探測元件是閃耀計數(shù)器，由它組成了各式各樣的地面、井下、航空閃耀輻射儀和室內(nèi)外能譜測量儀。測量方法有丫測量、射氣測量、a徑跡測量等幾種。Y測量用蓋革式輻射儀或閃耀輻射儀在地面步行作放射性總量測量，是鈾礦普查工作中最有成效、最廣泛承受的方法。它是以測量巖礦石的Y（或B+Y〕射線總強度來覺察放射性特別的。該法的優(yōu)點是幾乎能在任何地區(qū)、任何地質(zhì)條件下進展最具體的測量。缺點是不能區(qū)分放射源的性質(zhì)〔鈾、牡、鉀），探測深度有限。步行測量還可利用丫能譜儀在野外直接測定（點測）浮土及巖礦石中鈾、牡、鉀的等效含量。本法適用于各種地質(zhì)、地形條件，即使在覆土掩蓋區(qū)，只要存在放射性元素的分散暈就可承受。但效率較低，不適于大面積測量。為了提高丫測量的效率，目前多將Y能譜儀裝在飛機上或越野性能良好的汽車上進展測量，查找放射性特別，也可以做成特別的丫能譜儀，進展湖底或海底放射性測量。航空放射性測量，主要用于地質(zhì)填圖，推斷鈾、社成礦區(qū)的位置，查找與放射性元素分布有關(guān)的某些非放射性礦產(chǎn)資源。車載放射性測量，主要用于踏勘性的調(diào)查，或作為航空放射性測量的初步檢查。Y測量還可以在鉆孔中進展，即用輻射儀在鉆孔中測量巖礦石的自然丫射線強度，以查找地下深處放射性礦床。有丫測井（總量）和能譜測井兩種。射氣測量利用射氣儀測量土壤空氣中放射性氣體的濃度，以推斷浮土掩蓋下可能存在的放射性礦床，也可用來圈定裂開帶等地質(zhì)構(gòu)造。射氣測量主要是測量氨（局部牡）衰變時放出的a射線。該法探測深度較大，一般可以覺察6?10米厚的浮土掩蓋下的盲鈾礦體。在巖石裂隙和構(gòu)造裂開帶有利于射氣遷移的條件下，還可覺察埋藏更深的礦體，因而廣泛應(yīng)用于浮土覆蓋地區(qū)?？稍诂F(xiàn)場用抽氣泵自土壤中抽氣取樣，利用閃耀室型或電離室型射氣儀直接進展測量；也可用活性炭吸附土壤空氣中的氨，經(jīng)過肯定時間，在試驗室測定活性炭中氨子體RnC的0或丫放射性。土壤空氣中的射氣濃度受氣候條件變化等很多因素的影響，使得射氣特別的解釋格外困難和簡單。a徑跡測量利用塑料徑跡探測器記錄地下放射性元素衰變時放出的a粒子的徑跡，以此查找深部放射性礦床。探測器記錄的a徑跡密度〔徑跡數(shù)平方毫米〕主要取決于積存于埋在土壤中杯子里的氨及其子體放出的a粒子。由于它是長時間（約20?30天）積存取樣，即為時間上氨濃度的積分測量，因而比瞬時抽氣取樣的射氣測量（為“時間上氨濃度的微分測量”）具有較大的探測深度，而且可在很大程度上消退氣候和取樣條件的變化影響，使所得結(jié)果比較牢靠。此法操作簡便，本錢低，可覺察來自深部的微弱信息。實際資料說明，找礦深度可達100?200米。其探深機制目前在理論上的解釋尚不完善。缺點是埋片時間長，不能準時取得結(jié)果。最近承受“鉆過濾器”以消退針的干擾。即在探杯口上蓋一塑料薄膜，使社射氣通過它時已衰變掉，而氨削減甚微進入杯子。塑料探測