放射性測量技術(shù)

放射性物理測量技術(shù)摘要：簡要介紹了我國鈾礦勘查中常用放射性物理方法的基本原理、相關(guān)的基本概念、當(dāng)前所采用的一些勘查技術(shù)，同時還對我國在相關(guān)方面的新技術(shù)的研發(fā)做了簡要介紹。鈾礦勘查和勘探主要有核物探（放射性物探）、普通地球物理測量及地球化學(xué)測量等方法，近年來又積極開展應(yīng)用遙感、電算及分析測試等先進(jìn)技術(shù)的研究，本文主要介紹核物探的當(dāng)前應(yīng)用現(xiàn)狀。核物探是由核技術(shù)在地學(xué)中的應(yīng)用而形成的一門學(xué)科，早期稱之為放射性地球物理勘探，簡稱放射性物探，它是利用巖石的放射性物理性質(zhì)尋找放射性礦產(chǎn)的一種方法技術(shù)。我國核物探經(jīng)歷了60年的發(fā)展，在總體上不斷發(fā)展壯大，方法技術(shù)由單一走向綜合，應(yīng)用由單領(lǐng)域走向多領(lǐng)域。不光是單一的放射性礦產(chǎn)領(lǐng)域，還用于非放射性礦產(chǎn)領(lǐng)域，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)和環(huán)境等領(lǐng)域也均有應(yīng)用。Y測量技術(shù)Y測量按測量方式可分為航天、航空、地面、坑中、井中、水底、海底和室內(nèi)等，按道址可分為Y總量測量和Y能譜測量。Y總量測量是測量介質(zhì)Y射線強(qiáng)度（或照射量率）來進(jìn)行生產(chǎn)和研究。在鈾礦找礦工作中，Y總量測量的主要任務(wù)是，在分析研究區(qū)域地質(zhì)背景和成礦地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)測定各地質(zhì)體巖石Y照射量率尋找異常點(diǎn)、帶，研究Y場特征及其與鈾礦化的關(guān)系。從而評價區(qū)域鈾礦產(chǎn)資源和尋找具有經(jīng)濟(jì)價值的鈾礦床。Y能譜測量是利用Y能譜儀，在天然產(chǎn)狀條件下，測量巖石或礦體所引起的Y能譜，直接確定巖石或礦石的鈾、釷、鉀等三種放射性核素含量的一種物探方法。因?yàn)樽匀唤缑糠N丫輻射體都釋放出自己所特有的、具有一定能量的Y射線。所以，只要測出某種能量的7譜線，就可以確定其相應(yīng)放射性同位素的存在，并可通過與標(biāo)準(zhǔn)樣的譜線強(qiáng)度對比，確定試樣中放射性同位素的含量。氡及其子體測量技術(shù)地學(xué)界所指的氛主要是天然鈾衰變系列中核素222Rn，半衰期為3.825d，為a輻射體。氛的子體分為短壽命子體和長壽命子體，氛的短壽命子體主要是：218Po214pb214Bi和214Po,氛的長壽命子體主要是？0Pb210Bi和210Po。測量氛的方法種類較多，以測量氛及其子體的a放射性為主（活性炭方法除外，該方法主要測量214Bi放出的Y射線），按照測量時間可分為瞬時測量、累積（積分）測量。瞬時測量主要測量氛的短壽命子體，該方法工作效率高，但受氣象等因素影響大，表現(xiàn)在測量剖面數(shù)據(jù)起伏變化大；累積測量主要測量對象是氛的長壽命子體，該方法工作效率低，但受短期因素影響小，異常的穩(wěn)定性較好。按照測量對象可分為射氣測量、氛子體測量。常用的氛及其子體測量方法有：傳統(tǒng)射氣測量、218Po測量、a徑跡測量、活性炭測量、210P。測量、熱釋光測量、液體閃爍測氛法、帶電和自蜘卡測量，以及其他方法如氛管法等。講義上對活性炭測量、a徑跡測量、210P。測量都有非常詳細(xì)的描述，因此下面將主要介紹熱釋光測量、a卡測量和218Po測量。2.1熱釋光測量熱釋光法也是一種探測隱伏鈾礦的有效方法。最初是將熱釋光探測器如CaSO4（Dy）、LiF（Mg,Ti）等埋于土壤中接受天然放射性照射。若干天之后將其取出，通過加熱到一定溫度，使其發(fā)光，即產(chǎn)生熱釋光。熱釋光的強(qiáng)度與探測器受放射性照射的劑量成正比，據(jù)此研究空間輻射場的分布，用于鈾礦勘查。土壤和砂中含有大量具有半導(dǎo)體性質(zhì)的結(jié)晶礦物（如

SiO2和CaCO3等），它們是天然的熱釋光探測器。a卡測量a卡測量是利用一種鍍鋁的聚酯薄膜埋于土壤層中，收集氡射氣的衰變產(chǎn)物RaA,RaC',然后用儀器測璇薄膜上RaA，RaC'放出的a射線照射率，以尋找隱伏鈾礦體。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，埋片時問鉸短（只需24小時），可及時取得結(jié)果，卡片可多次重復(fù)使用，并可用延長測量時問的辦法消除釷射氣的影響。該法適用于氣候干燥、浮土較厚的地區(qū)。218Po測量中曲線nIv小p”曲嫌電曲線該方法屬于瞬時測氡方法，與210Po測量不同，該方法是通過測量氡的第一代衰變子體218Po來實(shí)現(xiàn)找礦目的。實(shí)施方法是在野外浮土層中挖一定深度探孔、埋片取樣，用測氡儀進(jìn)行218P0測量，可在現(xiàn)場基本完成整個測量過程。根據(jù)預(yù)期礦體的可能規(guī)模，選擇適當(dāng)?shù)臏y點(diǎn)距。此法具有快速、有效和經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)。研究表明砂巖鈾礦體對應(yīng)于218Po異常的低值區(qū)，而高值異常則對應(yīng)卷狀鈾礦體的礦頭和礦尾；而在218Po異常的低值區(qū)內(nèi)218Po則中曲線nIv小p”曲嫌電曲線其砂巖壑鈾礦成放射性費(fèi)最結(jié)果I一屎間牝化帶前鉆扎；卜-卷狀他nr體裂變徑跡蝕刻法該方法是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的方法，在熱中子的照射下235U計232Th則幾乎不發(fā)生裂變反應(yīng)。而在235U的裂變過程中，放出200MeV左右的巨大能量，其中160mMeV左右轉(zhuǎn)變?yōu)榱哑氐墓δ?，使之以較大的速度與周圍物質(zhì)發(fā)生碰撞（其射程約為100Am），并將其能量傳遞給物質(zhì)，使物質(zhì)產(chǎn)生輻射損傷，留下“潛跡”。這些物質(zhì)再經(jīng)過蝕刻，可使“潛跡”變成了“徑跡”，進(jìn)而可用普通顯微鏡進(jìn)行計數(shù)，計算樣品中鈾的含量。3.氦氣測量當(dāng)鈾系、釷系元素衰變后所放出的a粒子與周圍介質(zhì)中的自由電子相結(jié)合時，則可形成氮?dú)狻５嵌栊詺怏w，其質(zhì)量輕，擴(kuò)散能力強(qiáng)比氡大7.4倍），因而可以從氮源體（包括鈾礦體）中釋放出來并向四周擴(kuò)散，形成氮?dú)夥稚灐５獨(dú)鉁y量就是通過測量土壤中氮?dú)鉂舛犬惓韺ふ译[伏鈾礦體的。這種方法的工作過程是在測量點(diǎn)上先用鋼釬打孔，將專門的取樣器插入孔內(nèi)（插入深度不淺于1.5m）抽取氣體樣品，然后將樣品送入室內(nèi)用質(zhì)譜儀進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果計算樣品中氦的相對百分濃度，以發(fā)現(xiàn)異常。上世紀(jì)70年代，核地研院與401所、797部隊合作首次在已知鈾礦體上方開展氦法找礦試驗(yàn)，采用CH4型質(zhì)譜計測量土壤層氣體樣品，獲得了明顯的氦異常。熒光技術(shù)放射性同位素X射線熒光方法是根據(jù)放射性同位素源所放出的X射線照射到研究介質(zhì)的某一原子上，逐出原子內(nèi)殼層電子，而形成電子空位。當(dāng)鄰近殼層的電子補(bǔ)充到該電子空位后，則放出特征X射線（或稱熒光）根據(jù)特征X射線的能量大小，可區(qū)別元素，因特征X射線的能量E正比于某元素的原子序數(shù)Z的平方，從而可進(jìn)行定性分析。根據(jù)特征X射線或熒光強(qiáng)度，可以測出研究介質(zhì)中元素含量，從而進(jìn)行定量分析。按照測量方式分為地面便攜式X熒光測量和井中X熒光測量、海底X測量及實(shí)驗(yàn)室X熒光分析。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、采礦、選礦、有色、建材、商檢、環(huán)保、衛(wèi)生、考古、藝術(shù)鑒定等各個領(lǐng)域。中子技術(shù)中子探測主要包括中子探測，中子能量和中子流強(qiáng)度探測。中子探測技術(shù)中，中子測井技術(shù)發(fā)展迅速，方法種類較多，包括中子測井、脈沖中子測井、快中子非彈性散射Y射線能譜測井、中子俘獲Y射線能譜測井、中子活化Y射線能譜測井。脈沖中子測井技術(shù)是具發(fā)展?jié)摿Φ姆较?，?dāng)前脈沖中子測井主要代表有中子壽命測井、碳氧比中子Y能譜測井、陣列子測井等。在鈾礦中子測井中，瞬發(fā)和緩發(fā)中子測井技術(shù)已經(jīng)得到應(yīng)用，瞬發(fā)裂變中子（PFN）測井技術(shù)是一種分析井中鈾礦化的手段，采用脈沖式14MeV中子發(fā)生器，使23U發(fā)生裂變，當(dāng)裂變中子慢化時便被PEN探測器記錄來直接測鈾。緩發(fā)中子測井是探測借助循環(huán)活化的方法使鈾發(fā)生裂變產(chǎn)生緩發(fā)中子的方法來確定礦石品位。中微子測量技術(shù)中微子物理學(xué)是一門與粒子物理、核物理，以及天體物理的基本問題息息相關(guān)的新興分支學(xué)科，中微子測量技術(shù)也屬于核物探的一種方法技術(shù)。中微子是組成自然界最基本的粒子之一，不帶電，小于電子質(zhì)量的百萬分之一，幾乎沒有質(zhì)量，能以接近光速的運(yùn)動穿過任何物質(zhì)，與物質(zhì)碰撞的幾率大約為百億分之一，極難探測到。中微子與物質(zhì)碰撞產(chǎn)生的粒子叫以介子，生成藍(lán)色光束被稱作“切倫科夫光”利用光學(xué)探測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，從而實(shí)現(xiàn)中微子測量。利用中微子進(jìn)行探礦，不但可以探測深部礦體，而且還可以了解放射性核素在地球深部的分布規(guī)律，為探測深部隱伏大型鈾礦提供新的技術(shù)思路。參考文獻(xiàn)：【1】王正其等.鈾礦勘查學(xué).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社.2010.02【2】李臣初.鈾礦地質(zhì)與勘查簡明教程.北京：地質(zhì)出版社，2011.01【3】李子穎.核地質(zhì)科技論文集慶祝核工業(yè)北京地質(zhì)研究院建院50周