裂变径迹测年.ppt

Chapter9FissionTrackDating 第九章裂变径迹测年 1 基本原理 测定裂变的辐射损伤效应 裂变径迹 根据矿物中238U自发裂变产生的径迹数与自发裂变的速度来测年 在天然矿物或玻璃中 都含有微量的铀 其中 238U 99 3 和 衰变 半衰期4 51 109a 自发裂变 半衰期1 1016a 235U 0 7 半衰期7 13 108a 自发裂变半衰期1 8 1017a 232Th 自发裂变半衰期 1019a 238U 99 3 和 衰变 半衰期4 51 109a 自发裂变 半衰期1 1016a 235U 0 7 半衰期7 13 108a 自发裂变半衰期1 8 1017a 232Th 自发裂变半衰期 1019a 由于238U丰度很高 自发裂变半衰期短 是矿物中裂变径迹的主要来源 铀核裂变释放出200MeV的能量 两块裂变碎片沿反方向反冲 沿其轨道造成辐射损伤 这种径迹宽0 xnm 10 9m 长10 20mm 只能在电子显微镜下观察 经化学刻蚀 使损伤带扩大 可在1000倍光学显微镜下观察 自发裂变径迹积累的速率正比与238U的含量 因此 除了测定样品中裂变径迹数之外 还要测定样品中238U的含量 为此 用热中子 运动很缓慢 能量在0 03电子伏特数量级 照射样品 235U在俘获热中子后发生诱发裂变 用金属箔活化法测定热中子积分通量 在测定了诱发裂变径迹密度之后 由于天然矿物中235U 238U的比值固定 就可算出238U的含量 裂变径迹在经历高温过程后会退火消失 地质活动之后 当矿物冷却到退火温度以下时 产生的裂变径迹就能保存下来 地质活动作为计时零点 矿物的年龄为 式中 D 238U的总衰变常数 1 55 10 10 a f 238U的自发裂变衰变常数 6 9 10 17 a I 235U和238U的丰度比 235U 238U 7 26 10 3 中子通量 1 7 1015中子 cm2 用中子监测器钴片测出 235U的热中子诱发裂变截面 526 10 24cm2 i 诱发裂变径迹密度 s 自发裂变径迹密度 2 测试对象 3 样品的破碎与单矿物分选 把采集的岩矿样品 先切光薄片观察所选矿物的含量 晶形及粒度 根据所需要的矿物用量决定碎多少样 碎成什么粒度 选样原则是矿物晶体越大越好 但不能与其他矿物粘连在一起 以免选不出来 矿物用量一般50 100颗 年代越新所需矿物颗粒越多 样品破碎后筛分 经摇床分选 使重矿物富集 再通过磁选 电磁选 重液分离等流程 选出重矿物 4 裂变径迹分析中的制片技术 裂变径迹分析中 要把矿物或玻璃质的岩石样品粘在一个载体上 以便抛磨 刻蚀和测量 对薄片的要求有 1 载体能粘牢矿物 透明度要好 常用环氧树脂和三乙醇胺的混合物作载体 其质量比为80 20到88 12 加热搅拌到无色透明及气泡尽量少为止 2 光薄片的厚度要适当 既要透明 又要便于抛光 刻蚀 一般厚3mm左右 3 矿物要尽量粘在一个平面内 否则有的磨掉了 有的还没有揭露出内表面 4 表面要高度光洁 以免蚀刻后出现太多的假蚀刻坑 5 载体要耐蚀刻剂的腐蚀 不被破坏 锆石要在较高温度及强酸碱条件下进行刻蚀 如果用环氧树脂粘结矿物 在刻蚀过程中 锆石会由于环氧树脂受腐蚀而脱落 因而 锆石常用太空塑料 聚全氟乙丙烯 来制片 把锆石压嵌在太空塑料片内进行刻蚀 制片后要对样品进行抛磨 露出样品内表面 且表面光洁 易于观察 测量 裂变径迹分析仪 澳大利亚生产的AUTOSCAN系统 美国生产的FT工作台 中国制造的XQF 4A裂变径迹图象分析仪 用裂变径迹分析仪测量径迹密度及长度 5 样品的蚀刻 磷灰石的刻蚀 采用0 16mol LHNO3 室温下刻蚀2 5min 锆石 采用混合碱法刻蚀后 再用混合酸法刻蚀 榍石 H2O HCl HNO3 HF 体积比6 3 2 1 室温 刻蚀20 30min 或浓HCl 90oC 刻蚀20 30min 火山玻璃 10mol LHF 室温 刻蚀20s 玻璃陨石 20mol LHF 室温 刻蚀50s 6 样品的辐照 样品及标准样刻蚀好以后 用白云母盖好 标准玻璃也用白云母盖好 一起送反应堆辐照 用它及标准样来测量计算 Zeta 常数值 辐照的热中子通量取决于矿物中的铀含量 一般锆石采用1015 cm2的热中子通量辐照 磷灰石采用5 1015 5 1016 cm2的热中子通量辐照 g为几何因子 为Zeta校准常数 d为SRM962标准铀玻璃的云母外探测器上的诱发裂变径迹密度 注意 Zeta 校准常数法可以避开 f值的选择 和中子通量绝对测量的困难 同时可以将实验条件的差别和个人误差进行抵消 使测量精度大大提高 7 裂变径迹的统计与测量 裂变径迹的鉴别与密度统计 利用Opton偏光显微镜 在放大1000倍的油浸镜下进行 以单个自生矿物表面的自发裂变径迹数除以其表面积 可求出自发裂变径迹的密度 同时在相应面积的云母探测器上 统计其诱发径迹数 并换算出诱发裂变径迹的密度 随着应用的进展 澳大利亚生产的AUTOSCAN系统 美国生产的FT工作台 中国制造的XQF 4A裂变径迹图象分析仪 被用来测量径迹密度 长度和夹角 节省了时间和人力 提高了效率 8 存在的问题 70年代主要用绝对法进行裂变径迹年龄测定 但热中子通量 的测定难度很大 f的数值不统一 有的采用7 03 10 17 a 有的采用8 46 10 17 a 或其它值 不同实验室实验条件的差异 和观测者的个人误差等原因 导致年龄误差较大 改进的 Zeta 法可以计算出每一颗矿物颗粒的年龄 再计算总体年龄 并能作出年龄分布图