放射性测量.ppt

1、放射性测量,放射性的定义,不稳定的核素自发地放出射线，或在轨道电子俘获后放出x射线，而核素也发生转变的现象,放射性的发现,放射性现象是1896年贝克勒发现的，他将铀的硫酸盐放在黑纸包着的照相底片上，后来发现底片感光了，于是认识到从铀盐中放出了一种肉眼看不见的射线，这种射线穿透了黑纸使照相底片感光。 当时人们对原子的结构还一无所知。例如，在1897年，一位著名的物理学家开尔芬（Kelvin）写道：“电是一种连续的、均匀的液体的意见还值得谨慎地考虑”,放射性的应用,广泛地应用于工业、农业、医药、军事、地质勘探以及日常生活的各个方面，一般人对其在军事上的应用了解较多，但对其它方面的应用了解则更少。

2、在工业方面，放射性可以用于金属探伤、消除静电、控制板材厚度、检测化工管道渗漏。 农业上，可用于育种、保鲜。 医疗上可用于消毒杀菌，治疗肿瘤等。 在物理方面，用于探索物质基本结构。,放射性测量的应用,1、放射性矿床（主要是铀矿）勘探 2、非放射性矿床勘探。 3、水文、工程、环境勘探 4、石油煤田勘探 5、测定岩石、土壤样品中放射性元素种类及含量 6、测定岩层的地质年代 7、测定岩层密度、孔隙率 8、地震预报,第一章,放射性的基本知识,一、放射性现象,目前发现的109种元素中，（自然界存在92种，原子序数192），有1400多种同位素。 同位素就是质子数（原子序数）相同而中子数不同的元素。 天然存

3、在的重元素的核是不稳定的，称为放射性元素。稳定的最重的原子核是铋 Bi ，凡是原子序数在84（含84）以上的原子核都是不稳定的，会发生自发性的裂变。,二、放射性核素衰变种类,(1)衰变 核内放出射线的过程称为衰变。粒子就是氦核( ) ，带正电。 (2)衰变 核内放出射线的过程称为衰变。 粒子就是电子，带负电。,(3)衰变 当母体发生 衰变或衰变时，所形成的子体的核往往处于不稳定的激发态，它们就会以发射 光子的形式释放一定的能量而回到较低的激发能态或基态，这种能量的转换过程叫做衰变。 粒子就是高能光子。 另外还存在电子俘获(K俘获 )，它是指原子核俘获一个壳层电子，使核内一个质子转变为一个中子而

4、产生一个新核的物理过程。,三、描述放射性核素衰减的快慢的参数,放射性衰变是一个统计过程。在此过程中，单位时间内发生衰变的原子数与现存的原子数成正比。原子核数目随时间的增长按指数规律减少。 1、衰变常数 单位时间内每个原子衰变的几率 2 、半衰期 是指一种放射性核素，其现有核数目衰减一半所需要的时间。 半衰期与衰变常数的关系:,四、自然界中三个重要的放射性系列,三个放射性系列以它们各自的起始母体命名，分别称为 铀系 钍系 锕铀系,放射性系列,放射性系列,放射性系列,三个放射性系列的主要特点,1) 起始母体的半衰期都在 年以上，因此这三个系至今能存在于自然界中。 2) 每个系各有一代原子序数为86

5、的气态子体，称为射气。其中属于铀系的叫做氡( )、钍系的叫做钍射 气( )、锕铀系的叫做锕射气( )。都是氡的同位素，氡是镭的衰变产物。 3)放射系中的主要辐射体是气态核素Rn之后的放射性同位素。其中铀系的214Bi 在衰变过 程中可放出强射线。 4) 各系最后的稳定核素都是铅(Pb)的同位素。,，,，,五、放射性元素的衰变和积累规律-放射性平衡,在放射性系列中，只有母元素得不到补充，要按上述规律衰减，而最终元素则一直增加，中间的子体元素，一方面本身的衰变使之减少，另一方面母元素的衰变使其增加，因此，其衰变和积累规律更复杂些。 任意时间范围内B元素衰变掉的原子数与A元素衰变生成的B元素原子数相

6、等，这时，称A、B两种元素达到了放射性平衡。经过10倍B元素的半衰期可认为达到了放射性平衡 只要经过系列中最长寿子元素10倍半衰期的时间，就可以认为整个系列达到了放射性平衡。,铀和镭平衡时 称为偏U；相反则称为偏镭,铀系中URa的平衡对找矿及异常评价的意义,铀和镭的化学性质有明显差异，在不同地球化学条件下，铀和它的衰变产物镭常被分离，各自迁移和重新富集，(氧化环境U+6 易溶于水，流失，还原环境U+4 不溶于水，沉淀、富集) ，使系列的放射性平衡遭到破坏。 在用射线找矿时，由于98%的射线来自镭以后的元素，因此，在富镭的地区，虽然异常较强也不一定有找铀的价值，而在富铀的情况下，就不能忽略较弱的

7、异常。,2 射线与物质的相互作用,一、射线及其物质的相互作用,主要:1、电离；2、激发 （还可与核反应产生中子） 电离：带电粒子通过物质时，与物质中原子的轨道电子作用（弹性碰接及静电作用）。将自己的部分能量传给轨道电子，使其脱离原子核的束缚成为自由电子，原子本身成为正离子的效应。 激发：当轨道电子获得的能量还不足以脱离原子核的束缚，它便从较低的能级跃迁到较高的能级，而处于激发态。,生成一对正负离子消耗的能量称为平均电离能，需要 32.5eV。因一个粒子能量为410Mev，每个粒子生成105数量级的离子对。 在空气中粒子的射程只有数厘米，在岩石中实际为零。,二 射线及其与物质的相互作用,1、电离

8、 2、激发 3、弹性散射 4、韧致辐射。,弹性散射：带电粒子经过物质时，受物质原子核或电子的静电场的作用而改变运动方向，而粒子本身能量无明显改变的过程。 韧致辐射：带电粒子通过物质时，受核或电子静电场阻滞使之运动速度急剧减小，损失很大一部分动能，这部分能量以电磁波形式（x光）辐射出去，这一过程称为韧致辐射。 在空气中粒子的射程约为1米，在岩石中实际为零。,三、射线与物质的相互作用,1、光电效应 2、康普顿效应 3、形成电子对效应,1、光电效应,低能量（小于0.5MeV）的光子与一个原子碰撞，把全部能量交给一个轨道电子，使其脱离原子核的束缚而成为自由电子，而光子本身被吸收。,2、康普顿效应,能量

9、较高（0.51.02MeV）的光子与原子的一个壳层电子作用，类似弹性碰撞，在碰撞过程中，光子将一部分能量交给电子，使其从原子中以一定角度射出，称为反冲电子，光子本身以另一角度散射出去，因其失去了一部分能量，因此，频率降低了，散射光子波长的大小与散射角度有关，可以从弹性碰撞的能量守恒和动量守恒关系推导计算出其能量。,3、形成电子对效应,光子能量大于1.02Mev并作用于物质时，可在原子核旁转化为一对正负电子，原来的光子消失。,四、中子射线及其与物质的相互作用,天然中子射线较难为放射性勘探应用，人工方法是以Ra和Be混合物作为中子源，能量不同的中子（快中子、慢中子、热中子）与物质作用特点不一样，总

10、的来看有散射和俘获。,中子穿透能力很强，可穿过几十cm厚的铅屏蔽，但中子与轻元素的原子核如H、He、Li、Be、B等碰撞时，中子易损失较多的能量而将这一部分能量转移到被碰撞的原子上，其能量减少的速度较快(作用强烈)，射程较短。 “中子测井”在湿度大（孔隙率高）地层上有低值响应 中子弹：利用中子射线穿透能力强，而又容易与含水（含H）较多的生物组织发生作用，从而对生物具有较强的损害作用这一特点，成为一种可穿透坚固防御工事对人员进行巨大杀伤的武器。 近年来在遏制恐怖活动中也应用于探测含轻元素多的塑胶炸弹。,3 放射性测量的统计规律,一方面，某种元素有一定的半衰期，但另一方面，放射性元素的衰变又存在随

11、机性，这表现在两方面，首先，对于这种元素的不同原子来说，哪个先衰变哪个后衰变是不确定的，随机的；其次，虽然某一种元素的衰变速度是一定的，但并非每一个确定时间间隔期都有相同数的原子衰变，而是某一时刻有较多的原子衰变，而另一时间衰变的原子却比较少，一定时间间隔内衰变的原子数相对于其理论值有一定波动（涨落），这种涨落服从统计规律，称为放射性测量的统计涨落现象,在放射性测量中，一般是用仪器观测某种放射性射线粒子出现的次数，例如在卡测量中，则是观测几分钟时间内卡上放出的粒子个数，在仪器中每个粒子转换成一个电脉冲，读数便是脉冲的计数。即使测量条件完全不变，计数也存在一定的差别。这种误差不是由于人的操作失误

12、造成的，而是由于放射性测量中固有的统计涨落造成的。统计涨落的规律是，当计数较小时，它满足泊松分布：当计数较大时，它满足高斯分布,对于泊松分布，计数的均方误差为如果计数的数学期望(平均值)是n，则实际读数范围在n，n2，n3的概率分别为：P（n）=68.3%P（n2）=95.5%P（n3）=99.7%而相对均方误差为显然，计数值n越大，相对均方误差越小，如希望10%，则计数n必须大于100；要求1%，n必须大于10000。这一点是与其它物探测量不同的。统计涨落是误差的主要来源。,提高放射性测量精度的措施,1、增加测量时间 2、增加测量次数 3、增强放射源强度和探测器灵敏度 4、减少本底读数。,4

13、 放射性测量单位,一、放射性物质数量单位 1、重量单位：kg、g、mg等通用重量单位，可用来衡量长寿放射性物质的数量，如1kgU、1gRa。 但对于短寿元素，则无法用重量衡量，必须用另一种适用于所有放射性元素的活度单位衡量。 2、活度单位 活度：单位时间内衰变的原子数 1975年，国际计量委员会决定活度单位用贝可（勒尔）（Bq）表示，每秒有一个放射性核素衰变即为1贝可。 1975年以前活度单位用居里（Ci）1Ci= Bq,例：1居里(Ci)的镭(Ra),根据居里定义,1Ci=,（个原子）,二、放射性物质浓度单位,固体物质一般用重量浓度单位，如铀矿边界品位为0.03%，表示1吨岩石中有300克U

14、。 液体和气体一般用体积浓度单位，过去用爱曼，现在用贝可/升。 1爱曼= 3.7贝可/升=10-10居里/升,三、照射量和照射量率单位,1、照射量：单位质量（千克）空气吸收射线能量后电离形成同种电荷的电量绝对值： 当x=1库仑/千克时，1kg空气究竟吸收了多大能量呢？因为产生一对正负离子所需的平均能量为32.5ev ，产生1库仑电量的离子就需要32.5焦耳。 过去照射量单位为伦琴(R)或微伦琴(R) 1R=2.58 c/kg,2、照射量率：单位时间的照射量,单位为：库仑/千克.小时 （c/kg.h） 过去用伦琴/小时(1R/h)或微伦琴/小时()。 1 = 伦琴/小时 1R/h=2.58 c/

15、kg.h 1 =2.58 c/kg.h,四、吸收剂量及吸收剂量率单位,1、吸收剂量：单位质量物质吸收的射线能量，定义式： 1975年以前用拉德（rad） 1GY=100rad,2、吸收剂量率：单位时间单位质量的物质吸收的能量 GY/小时=GY/h=J/kg.h 3、剂量当量单位 某一吸收剂量产生的生物效应与射线的种类，能量照射方式有关，即吸收剂量相同时，由于射线种类、能量不同，照射部位不同，因而对生物的损害不同，为了度量射线对人体损害强度，引入剂量当量单位，单位希沃特（SV）定义为 H=DQN H剂量当量 D照射量 Q辐射品质因素 N其它修正因素（一般均为1）,5 放射性防护知识,放射性对人体

16、造成的损害：使生物分子（原子）电离与之碰撞，结果是破坏其正常新陈代谢，导致其死亡。 短期大剂量照射后的症状：恶心呕吐，精神委靡，头痛、虚弱。 长期后果：皮肤病、血液病、癌、早死、不育、遗传病变。,一、受辐射的方式,1、体外照射：x、射线 2、体内照射：吸入、吃入放射性物质，射线造成损害最大。 二、最大允许剂量（当量） 全身均匀 50 mSV/年（毫希沃特/年) 一次x光胸透的照射量大约为2 mSV,最大允许剂量随下列因素的不同而有变化 人体部位； 射线源种类； 年龄； 性别 骨髓、眼晶体比手足部位的允许剂量小 年龄小的允许剂量小，45岁以上大 女的允许剂量比男的小，一般不让女性从事放射性工作。

17、,例：全身均匀照射年允许剂量为0.05Sv，设井下铀矿开采工作环境辐射强度为6000R/h，年工作日250天，假设照射量全部被吸收，一天工作多少时间才能不超过允许剂量？（1库仑/kg.h的照射量率相当于32.5J/kg.h的吸收量率）。解：每天允许吸收剂量为：0.05250=2 Sv（J/kg）换算成允许照射量为：2 32.5C/kg照射时间为：,三、放射性防护,防护的核心内容是减少吸收剂量 1、减少接触放射性物质的时间 2、增大人与放射源的距离 3、在人体与放射源之间设置屏蔽物 4、防止放射性物质从口腔呼吸系统进入人体，在放射性工作场所不吸烟、不吃东西、带口罩，使空气流通。 5、防止放射物质

18、污染,吸入或摄入放射性核素而引起的内部辐照构成对人体健康的主要危害。氡可以从地质环境迁移到室内环境并在室内积聚起来。吸入氡及其子体被认为是仅次于吸烟的第二大致癌因素。 在基岩为富含放射性元素的地区，房屋必须注意室内通风。 不要采用富含放射性元素作为住宅建筑材料或室内装饰材料。 饮用水中的氡含量也可能成为一个关注的目标，但还未引起人们的注意。,各种放射源必须妥善保管，有严格的责任。 2001.3.28“今日说法”报道：吉林化工建设公司金属探伤仪，放射源（金属链状）高空滑落地面，一名20多岁年青人拾起装入左边裤兜，1个多小时后发生呕吐症状，回家躺下，9小时后被找到，局部照射量3700多（毫戈瑞）

19、，其左手、双脚被截肢，公司赔偿100多万元+48万元。 加拿大科学家斯罗廷，承担试验原子弹引爆任务，用螺丝刀将两块铀对合，研究临界质量，突然发现将演变成原子弹爆炸。斯罗廷勇敢地用手分开铀块，从而避免了爆炸，事后他对同事说，你们可以恢复健康，而我没有希望了，9天之后，他离开了人世。,第二章 放射性方法的地质基础,一、放射性元素在自然界中的分布 铀在地壳中的丰度为2.510-6（2.5g/T），钍的丰度为（5.818）10-6，钾的丰度为2。,1.岩石中放射性核素的含量 参看（表4.2-1） 岩浆岩中，放射性核素的含量以酸性岩最高，并随岩石酸性的减弱而逐渐降低。 同一类型的岩浆岩，年代愈新，放射性

20、核素含量愈高。 花岗岩中的 含量较高（常常形成找铀矿的干扰）。,沉积岩中放射性核素的含量取决于岩石中的泥质含量（泥质含量高的放射性核素的含量也高）：粘土、淤泥、泥质页岩、泥质板岩、泥质砂岩、火山沉积岩、海绿石砂、和钾岩等的放射性核素量高；砂、砂岩和带有泥质颗粒的碳酸盐类岩石次之；白云岩、石灰岩 、某些砂和含砂岩再次之；石膏、硬石膏和岩盐最低。,变质岩中放射性核素的含量与它们在原岩中的含量及变质过程有关。,2.天然水中放射性核素的含量天然水中放射性核素含量很少，通常只含铀、镭和氡，很少含钍和钾。,结论： 1、水中放射性元素含量大大低于岩石中的含量； 2、不同种类的水中，地下水放射性元素含量最高。

21、,放射性勘探的地质前提,1.在U、Th矿上部土壤中形成Rn（Tn）及其子体含量增高的次生晕圈，具有较强的放射性，因而可通过地面放射性测量找到其下部的U、Th矿床。某些矿与铀矿有共生关系也可以用放射性方法寻找。 .某些矿床，及基岩地下水受构造控制，在构造破碎带上方或放射性矿床附近土壤空气中Rn浓度比正常值明显增大，因此可以用射气法找断裂构造和矿床。 .年龄不同的岩石，某系列母元素与最终元素相对含量不同，可以用放射性方法确定岩石年龄。 .不同元素在各种射线作用下，产生不同反应，放出特征x射线，可以用放射性方法确定岩石所含元素种类及含量。,第三章 放射性测量仪器简介和放射性测量方法,1放射性仪器简介

22、 放射性仪器一般由探头和测量电路组成 1、探头：将射线转换为电信号，常用碘化钠NaI、硫化锌ZnS晶体或半导体锗Ge。 （一）闪烁计数器 （二）电离室和盖革计数管气体探测器 （三）半导体探测器 （四）径迹探测器 （五）热释光探测器 2、测量电路：放大、甄别和记录信号，以了解射线种类、数量、能量。,闪烁计数器原理图,由于闪烁体吸收射线过程的复杂性，即使是单一能量的射线，其仪器能谱也是很复杂的，总的说来，会形成光电峰，逃逸峰和康普顿散射谱。137Cs的部分射线还与其衰变产物137Ba作用放出32.2Kev的Kx射线。,闪烁探测器产生一个光电子约需300ev能量，但不同晶体对不同射线灵敏度不一样，测

23、射线一般用NaI晶体，测射线用ZnS，闪烁探测器区分不同能量射线的能力用计数率极大值N的一半对应的能量范围宽度（Full Width at Half Maximum）FWHM表示。它越小越好，一般闪烁探测器的能量分辨率为820%。,2 放射性测量常用方法,一、 测量 总量测量 能谱测量 二、射气测量 三、径际测量 四、Po210法 五、活性炭测量,六、热释光法 七、卡法 八、法 九、x荧光法元素分析 十、活化法元素分析,一、 测量,按测量地点不同，分为航空、汽车，测井和地面测量。 按测量方式不同，分为总量测量和能谱测量。 航空或地面的射线能谱测量能够可靠地发现小到1ppm U、1ppm Th或

24、0.1% K含量。,(一)总量测量,总量测量特点：方法简单，仪器轻便，效率高，成本低。测量结果只能反映总体放射性强度，不能区分放射源的种类。 天然射线穿透岩石厚度在1m左右，埋深1m以上的辐射体就难于被直接发现了，但由于各种放射性元素（如，U、Th、k、Ra、Rn）的次生晕在较大范围发育，所以测量仍然能给出不少深部信息。,总量测量的有关技术问题,1、仪器阈压的选择 2、自然底数测定 3、测量工作方法 4、异常的概念,1、仪器阈压的选择,阈压：幅射探测器输出脉冲幅度随探测器放大电路两端电压增大而增大（如闪烁计数器输出脉冲大小与光电倍增管两端的电压大小有关， 电压大，输出脉冲幅度就大）探头电压对应

25、的能通过积分甄别电路对应最小射线能量称为阈压。 阈压大于50kev时，能获得95%以上的有用信息，所以，一般将阈压调在50kev，这样，仪器工作噪声小，灵敏度高，稳定性好。,2、自然底数测定,用多台仪器时，为了使数据一致性好，要测量仪器的自然底数 ，读数构成为 测 有铅屏法、水中法、水面法，水面和水中法，水中法是将用塑料布密封好置于水下50cm处，（h2m R3m）即水体足够大，此时仪器读数即为自然底数 ，这是因为水中放射性元素很少，相对于地面来说，其强度可忽略。,3、测量工作方法,概查和普查路线测量，连续测，适当沿走向追索 详查点测 不同比例尺测网见P274表4.3-5 概查的比例尺1100

26、,000至50,000 普查的比例尺125,000至110,000 详查的比例尺为15,000至11,000。 成图：剖面图、平剖图、平面等值线图,4、异常的概念,在找铀矿时，一般定义高于背景值读数23倍的作为异常，但通常应用时，考虑到放射涨落现象，可将超过了倍读数均方差I底+3作为异常。在解决非铀矿地质问题时，异常较弱，例如找水时，异常幅度一般为背景值的1080%。但有规律分布，反映地质构造信息，与无规律出现的噪声可区别。,1. 对读数影响范围 R10H2. 微地形起伏（山脊、山谷）对观测结果影响比较大。3. 地形起伏主要影响张角,基岩出露良好且机械晕发育的地区(一般为高山区或地形起伏剧烈的

27、丘陵区)对测量最有利。 在较平坦的地区，只要基岩出露良好，或机械晕或盐晕发育，测量也能取得较好的地质效果。,测量的影响因素,（1）浮土厚度影响 （2）气候、季节影响 （3）微地形影响 （4）放射性沉降物影响,降雨的影响：,（1）静水对低能射线的衰减作用较高能为甚，导致观测能谱对高能射线相对偏倾； （2）放射性元素及其子体可以在局部地区被快速径流有选择地迁移； （3）由于雨水所引起的向下渗滤，某些核素可能会从厚度为0.2到0.45米的地表辐射区消失；（4）土壤中水分过多会阻碍氡（向大气）的释放，导致地表对214Bi窗的贡献减少； （5）雨水可能洗去大气中的214Bi，从而降低铀道的背景辐射； （

28、6）在某些环境中，214Bi会在地上沉积，使地表辐射增强。,（二）地面能谱测量,1.能谱测量的基本原理 由于铀系和钍系都有几个主要的辐射体，因此在铀、钍混合地区用测量不易判定异常的性质，这时采用能谱测量往往能取得良好的地质效果。 不同的放射性核素放出的光子具有不同的能量，若在野外能直接测出测点上某种能量的特征谱线，就可以唯一地确定具有该谱线的放射性核素的存在。将测得的强度与标准样品的强度对比计算，还可以确定该核素在土壤和岩、矿石中的含量。,铀、钍、钾射线的特征能谱,铀系和钍系射线的原始能谱都是线谱，但这两个系的谱有明显的差别。 铀系的主要特征谱有：0.352MeV、0.609MeV、1.12M

29、eV、1.764MeV等； 钍系的特征谱线有：0.239MeV、0.583MeV、0.908MeV、0.960MeV、2.62MeV等。 钾的放射性核素只有一条能量为1.46MeV的特征谱线。,典型的航空射线能谱图四个常用的道宽为：总道，0.42.81MeV；钾（40K）道，1.371.57MeV；铀（238U）道，1.661.86MeV；钍（232Th）道，2.462.86MeV.,设3个道的计数为N1、N2、N3则N1=a1U+b1Th+c1KN2=a2U+b2Th+c2KN3=a3U+b3Th+c3Kai、bi、ci称为换算系数，分别代表饱和条件下平衡U、Th、K单位含量的计数，由已知含

30、量模型中测出，式中U、Th、K为它们的元素含量，解这个联立方程即可求出U、Th、K的含量。,能谱测量的成果图件,铀、钍、钾含量剖面图、剖面平面图和等值线平面图。 铀钍比(U/T h ）、钍钾比（Th/K）、铀钾比（U/K）剖面图或等值线平面图。 航空能谱测量成果图件主要是七个参数（总计数率、U、Th、K 含量、以及U/T h、U/K、Th/K）剖面图和等值线平面图。,能谱测量找金矿实例 (1)含金矿脉附近总量为低值区 (2)K含量在矿脉上出现低值,在矿脉两侧钾化带上为高值区,可大致估计钾化带宽度. (3)U含量在矿脉上高,两侧低. (4)Th含量在矿脉附近偏高. (5)U/Th,U/K,Th/

31、K在矿脉附近形成明显异常.,实例:利用能谱测量 研究岩体内岩相变化(1)U/Th比值曲线能够明确指示不同岩性分界面(2)花岗闪长岩内部Th含量高,边缘部位含量低(3) 总量变化趋势明显,实例:利用能谱测量进行地质填图Th含量高的区域对应花岗岩分布区,存在两个Th含量高值区,反映了岩浆分异,实例:利用能谱测量探测铝土矿在铝土矿分布区Th含量增高, Th/K比值异常明显,自然环境中氡的来源与迁移,氡是一种惰性稀有气体，它仅与氟和氧形成键。由于沸点低达-61.8，氡在自然环境中总是以气态出现。 氡气的各种同位素均具有放射性： 238U 222Rn（半衰期3.825天） 232Th 220Rn （钍射

32、气，半衰期55.65秒） 235U 219Rn （锕射气，半衰期3.96秒） 由于222Rn半衰期只有3.285天，从它的产生地出发，籍助于运动和扩散过程，只能在地下迁移一段短的距离。氡的流动性是由于呈气态和具有化学惰性所致；它或者以气态形式迁移，或者溶于地热流体中随之流动。如果随地热流体运输，当流体气压减少时，氡会以气态（不可凝气相）被释放出来。,氡的发射,从结晶基质发出的氡由三部分组成：直接反冲部分，间接反冲部分和扩散部分。当氡由镭的自发衰变形成时，粒子和反冲氡核都获得能量。222Rn的反冲能为85MeV；一般可使氡原子在岩石中行进0.03至0.04m，在空气中行进63m，在液体中行进约0

33、.1m。小气孔的存在会减弱氡的发射能力，因为从一个颗粒释放的原子容易越过气孔而进入另一颗粒子中。反之，孔隙空间内的流体将增强氡的发射能力，这是因为流体有助于把氡制止在孔隙空间中。在孔隙空间结束反冲的原子构成氡的直接反冲部分。 氡的间接反冲部分由穿越中介孔隙空间并进入附近矿物颗粒的氡核组成。消耗在结晶物质内的能量足以将氡原子的路径汽化。在此路径中，扩散系数和导热系数的大小同级，氡重返孔隙空间的概率很高。 室温条件下离子晶体内氡的扩散系数的数量级为10-20cms或更少。由此得出结论：虽然氡可以通过晶体结构扩散到孔隙空间内，但此种释放方式的贡献甚微。然而，通过裂缝和晶体缺陷所进行的扩散则要快得多。

34、多数研究者认为：反冲过程是将氡释放到孔隙空间中的主要方式。,氡的迁移,氡籍助于扩散和输运过程而迁移 就氡同位素在液体饱和的岩石和土壤中比较长过程的迁移而言，占优势的是输运机制。然而，多数证据肯定：地表的氡通量可以用扩散模型描述。 氡溶于水，被地下水携带输运也许是它在地下最重要的一种迁移形式，流体流动可能使氡的输运距离超过100米。,二、射气测量,射气测量是一种瞬时测Rn方法，它抽取测点地下土壤中的空气，即时测量其射线强度，装置如左。 取气孔深0.51m，抽气后即时测量辐射的脉冲计数，测定后立即排掉仪器中的空气，以免污染，观测一个测点一般用时5分钟左右。,FD-3017型RaA测氡仪,射气测量仪

35、器不如测量仪器轻便，工作效率低，数据重复性差，一般在测量的基础上进行，或在覆盖层太厚测量效果不好的地区进行。 射气测量用途： 1、圈定构造破碎带 2、找U、Th矿 3、划分岩层,射气测量的影响因素,1、气候：大气压、降雨和刮风的影响。 2、地形：放射性元素的分散晕往往向下坡方向移动一定距离,并使晕的范围扩大。 3、土壤结构：紧密土壤、黏土层能够阻挡氡的逸散形成异常。,气象条件对222Rn通量的影响,大气压的变化、降雨和刮风对222Rn通量都有影响。 降雨会减少表层的孔隙，从而抑制222Rn的通量。最受影响的仍然是近地表区。Kranner等（1964）报告：15cm厚的冻结将使氡通量减少40%。

36、,222Rn 浓度相对标准差与深度的关系,大气影响对土壤上层最为显著。右图表示222Rn浓度的标准差随深度的变化。所有样品均系同一天采集的，每一点至少代表40次测定。在大气压上升和下降期对作为深度函数的氡浓度进行测定，结果表明：直到最大测量深度96英尺，整个标准差曲线都是下降的；而且氡通量与大气压成反比。,三、径迹测量,探测器：醋酸纤维、硝酸纤维和塑料薄膜。 埋设时间20天左右， 获得 射线潜迹。 取回蚀刻3040分钟(NaOH+KMnO4或KOH+KMnO4溶液 ) ，温度恒定（5060 ）得到45m的径迹。 用100400倍显微镜观察径迹密度。 测量结果以径迹密度表示(径迹/mm2 ) 。

37、,径迹测量属于累积测Rn方法，相对于瞬时测Rn法有下述优点：,1）受气候变化的干扰小 2）异常明显、异常的灵敏度和精度高 3）设备简单。,四、Po210法,210Po法也是一种累积测Rn方法，这种方法是采用土样或岩样，利用Po的化学活动性差的特性，用电化学方法将岩土样中的Po置换电镀在Cu片上，测量Cu片上的辐射。 因222Rn的第五代子体210Pb半衰期较长(22.3a)，会形成一定的晕，它衰变成210Po 。因此 210Po反映较长时间Rn的平均值。 210Po法的最大特点是只反映222Rn，不受其它放射性影响（Po的其它放射性同位素半衰期都很短，只有210Po的半衰期较长，为138.2天

38、）。,Po210法测量程序,1、采回土样，（采B层土） 2、凉干、粉碎、过筛（40目） 3、4g土样+0.5g抗坏血酸+15mL2.5N浓度的含2 3%柠檬酸的盐酸溶液+铜片置烧杯中。 4、震荡3小时，置换电镀，（40恒温） 2Cu 2Cu+4e Po+4+4ePo 5、洗净Cu片，测量射线强度。（注意达到精度）,五、活性炭测量,也是一种累积测Rn方法，利用活性炭对Rn的强吸附能力，将其埋在地下吸附Rn及其非气态子体，埋设方法及深度与卡（杯法）相同，埋设时间几小时至几天，一般5天，取出活性炭后，即测其辐射（需铅屏测量，必须回实验室测）或辐射（可在现场测）。 除了累积测Rn方法的一般优点外，活性

39、炭测量的另一个优点是费用低廉。,七、卡法,利用卡（带静电过氯乙烯纤维薄膜）来聚集氡的衰变产物。在地中挖坑，卡通常置于坑中的倒置杯中（约4小时）。由于土壤气体中的氡不断衰变，结果它的非气态子体将在卡上积累起来。可以在野外测量218Po和214Po。 与222Rn相较，220Rn衰变产物的寿命要长得多，因而可以用先后测两次计数率的办法分别确定222Rn和220Rn的浓度。此法的优点是可以在野外对数据进行分析。取出卡后，立即测一次计数率；经历一段时间后(一般为4小时)，再测一次计数率。,实例:利用卡法寻找基岩地下水该探测区电磁干扰严重,浮土厚达10m,致使电法测量和测量均无法进行,利用卡测量资料确定

40、井位,井深110m,出水量5000t/d,八、法,法是一种测定岩石密度的人工源放射性方法，其原理是，中等能量（E 1.02Mev）的射线与岩石介质发生康普顿散射作用的几率与岩石中电子密度成正比，而大多数物质的电子密度与质子+中子密度比值接近0.5 ，质量密度与质子+中子数有关。 它可采用吸收法和散射法两种装置，如图4.3-18所示。,在测井中一般用散射法，它用铅将源与探测器分隔开来，（相距约2030cm），探测器接收从岩石中散射回来的射线，当周围为低密度介质时，发射出去的射线只有很少被散射回来，计数率很低，随密度增加，射线发生康普顿散射的概率增加，接收到的射线增多，计数率增加。(但密度增大超过

41、一定限度，射线已很难到达探测器，计数率又将随密度增大而减少。) 而吸收法则是当介质密度小时，计数率大，计数率随介质密度增大而减小。（大致为指数衰减）,九、X荧光法,是一种人工放射性方法，用来测量元素的种类和含量，其原理是，用人工源辐射激发待测样品，使其原子发出特征X射线，测定特征x射线的能量来判断元素的种类，测定其强度（照射量率）便可计算出其含量。 1、三种激发源 1）电子激发，灵敏度低，用于测定矿物特征 2）原子激发，灵敏度高，用于环境科学，考古 3）电磁辐射，灵敏度中，可用于野外 2、X射线频率 X荧光法探测深度很浅，约130mm；测定Z24的元素效果较好；野外测量时元素的检出限大都在103104之间。,特征X射线的过滤和探测,由于不同元素的特征X射线差异不太强，要区分它们可用两种方法： 1 、使用半导体探测器； 2 、使用滤光片，将滤片置于探测器前面，使探测器接收经过能量选择的射线。,滤光的原理：光电效应对能量吸收突变现象 当射线能量略大于滤光片物质原子的K层电子结合能时，其K层电子俘获光子而成为自由电子的几率突然增大，对光的吸收作用突然增加，使光的通过率突然降低，不同材料发生吸收突变的对应的能量不同，该对应能量称为吸收边。 某一种元