【最新】《辐射场与核技术勘探》读书报告

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1、辐 射 场 与 核 技 术 勘 探 读 书 报 告放 射 性 勘 探 又 称 放 射 性 测 量 或 “伽 玛 法 ”。 借 助 于 地 壳 内 天 然 放 射 性元 素 衰 变 放 出 的 、 、 射 线 ， 穿 过 物 质 时 ， 将 产 生 游 离 、 荧 光 等 特 殊的 物 理 现 象 ， 人 们 根 据 放 射 性 射 线 的 物 理 性 质 利 用 专 门 仪 器 （ 如 辐 射 仪 、 射气 仪 等 ） ， 通 过 测 量 放 射 性 元 素 的 射 线 强 度 或 射 气 浓 度 来 寻 找 放 射 性 矿 床 以及 解 决 有 关 地 质 问 题 的 一 种 物 探 方 法

2、 。 也 是 寻 找 与 放 射 性 元 素 共 生 的 稀 有 元素 、 稀 土 元 素 以 及 多 金 属 元 素 矿 床 的 辅 助 手 段 。 放 射 性 物 探 方 法 有 测 量 、辐 射 取 样 、 测 井 、 射 气 测 量 、 径 迹 测 量 和 物 理 分 析 等 。简 史1932 年 ， 加 拿 大 的 沃 格 特 (W. Voget)首 次 采 用 装 有 盖 革 计 数 器 的野 外 辐 射 仪 。 1949 年 ， 美 国 普 林 格 尔 (R.W.Pringle)和 劳 洛 顿 (K. I.Rouloton)试 制 成 功 了 第 一 批 闪 烁 式 野 外 辐

3、射 仪 ， 并 在 加 拿 大 阿 萨 巴 斯 卡湖 附 近 的 铀 矿 区 试 验 成 功 。 1944 年 航 空 放 射 性 测 量 开 始 作 实 验 性 飞 行 。 1949 年 美 国 、 加 拿 大和 英 国 开 始 设 计 航 空 闪 烁 辐 射 仪 ， 1950 年 开 始 大 量 生 产 。 1962 年 美 国 研 制了 高 灵 敏 度 的 航 空 能 谱 仪 ， 并 从 1966 年 开 始 用 于 矿 产 资 源 调 查 。 60 年代 后 期 美 国 、 英 国 、 加 拿 大 、 日 本 等 国 开 始 采 用 汽 车 能 谱 测 量 。 70 年代 测 氡 技

4、术 有 了 新 的 发 展 。 中 国 于 1954 年 开 始 进 行 放 射 性 普 查 工 作 。 基 本 理 论自 然 界 能 产 生 放 射 性 的 核 素 已 发 现 230 多 种 ， 其 中 80 多 种 经 过一 次 衰 变 就 成 为 稳 定 的 核 素 ， 称 为 单 衰 变 。 还 有 50 多 种 原 子 序 数 高 于 80的 放 射 性 同 位 素 ， 是 由 几 个 长 寿 元 素 衰 变 产 生 的 。 这 些 长 寿 元 素 经 过 一 次 衰变 后 ， 形 成 的 产 物 仍 然 是 放 射 性 元 素 ， 再 继 续 发 生 衰 变 ， 如 此 一 代

5、一 代 衰 变下 去 ， 直 到 成 为 一 个 稳 定 的 核 素 为 止 。 通 常 把 衰 变 起 始 的 那 个 元 素 称 为 母 元素 ， 其 衰 变 产 物 称 为 子 元 素 。 由 母 元 素 和 子 元 素 组 成 一 个 族 ， 叫 做 放 射 性 系列 。 已 知 有 3 个 天 然 放 射 性 系 列 ,即 铀 系 （ 或 称 铀 -镭 系 ） 、 钍 系 和 锕 系 ，它 们 的 衰 变 如 图 1 所 示 。 还 有 一 个 用 人 工 方 法 得 到 的 镎 系 。 每 个 天 然 放 射 系列 中 都 有 一 个 气 态 元 素 (An、 Tn、 Rn)， 是

6、 氡 的 同 位 素 ， 通 常 称 之 为 射 气 ，都 能 逸 散 ， 其 中 以 Rn 的 半 衰 期 最 长 ， 故 可 扩 散 得 较 远 。 因 此 作 放 射 性 测 量可 以 发 现 由 放 射 性 元 素 组 成 的 矿 床 。 实 验 测 定 结 果 表 明 ， 不 同 的 放 射 性 衰 变 具 有 特 定 的 能 谱 ， 称 为 射 线能 谱 。 各 种 天 然 放 射 性 元 素 衰 变 时 ， 放 出 的 粒 子 能 量 为 4 10 兆 电 子伏 。 一 定 的 放 射 性 元 素 所 放 出 的 粒 子 的 能 量 是 一 定 的 。 射 线 的 能 量可 自

7、零 到 某 一 最 大 值 (一 般 低 于 15 兆 电 子 伏 )之 间 变 化 。 射 线 有 几 种 能量 的 光 子 。 某 种 原 子 核 发 射 出 的 各 种 能 量 的 光 子 的 集 合 ， 称 为 该 核的 能 谱 。 各 种 天 然 放 射 性 元 素 的 射 线 能 量 一 般 为 几 十 千 电 子 伏 到 几 兆电 子 伏 。 一 定 的 放 射 性 元 素 所 放 出 的 射 线 能 量 是 一 定 的 。 故 测 定 放 射 性能 谱 ， 特 别 是 射 线 能 谱 ， 可 以 区 分 不 同 的 放 射 性 元 素 。 例 如 40 钾 、 铀系 和 钍 系

8、 放 射 的 射 线 仪 器 谱 上 各 在 1.46、 1.76、 2.62 兆 电 子 伏 处 有 一特 征 峰 （ 图 2） ， 故 分 别 测 定 1.3 1.6、 1.6 2.2 和 2.2 2.9 兆 电 子 伏 3 个 能 量 间 隔 内 射 线 的 放 射 性 强 度 ， 就 可 能 区 分 放 射 性 元 素 是 属 于 40钾 、 铀 系 或 钍 系 。 各 种 放 射 性 元 素 都 按 指 数 规 律 衰 变 ， 即 ： Nt=N0e- t， 式 中 N0 为 衰 变 起 始 时 的 原 子 数 ； Nt 为 经 过 t 时 间 后 保 留 的 原 子 数 ； 为 衰

9、变 常 数 ， 和 原 子 核 的 性 质 有 关 。 不 同 的 放 射 性 元 素 值 不 同 ， 但不 随 元 素 的 化 学 或 物 理 状 态 而 改 变 。 放 射 性 元 素 衰 变 完 一 半 所 需 的 时 间 称 为半 衰 期 (T)， T=0.693/ 。 一 种 放 射 性 元 素 经 过 10 个 半 衰 期 ,实 际 上 可 以 认为 衰 变 完 了 。 表 示 衰 变 速 度 还 可 用 原 子 平 均 寿 命 ， =1/ =1.44T。 如 果 从 某 一 时 刻 起 ， 放 射 性 系 列 中 各 放 射 性 元 素 的 衰 变 率 （ 单 位 时 间 内 衰

10、 变的 原 子 数 ） 都 相 等 ， 则 这 个 状 态 叫 做 系 列 放 射 性 平 衡 。 这 时 ， 有 以 下 关 系 ： 1N1 = 2N2 = iNi 。 利 用 上 式 ， 可 由 子 元 素 原 子 数 Ni 推 算 母 元 素 原 子 数 N1。 这 就 是根 据 能 谱 测 量 估 算 铀 的 含 量 的 理 论 基 础 。 、 及 3 种 射 线 ， 以 射 线 的 穿 透 能 力 为 最 强 。 测 定 结 果 ， 射 线 的 穿 透 能 力 比 射 线 大 100 倍 ,比 射 线 大 10000 倍 。 在 空 中 射 线 的 射 程 可 达 200 300 米

11、 ,而 和 射 线 分 别 仅 达 几 米 和 几 厘 米 。 在岩 石 中 ， 射 线 的 射 程 约 50 60 厘 米 ， 射 线 约 0.5 0.6 厘 米 ， 射线 只 有 几 十 微 米 ， 一 层 灰 尘 就 可 把 它 全 部 挡 住 。 因 此 ， 测 定 射 线 的 强 度是 寻 找 放 射 性 矿 床 的 主 要 方 法 之 一 。 仪 器一 般 由 探 测 器 、 放 大 器 和 记 录 装 置 等 电 子 元 器 件 组 成 。 我 们 学 校经 常 使 用 的 是 FD-3013、 FD-3017、 铀 钍 钾 多 道 能 谱 仪 等 。探 测 器当 射 线 射 入

12、 探 测 器 后 转 换 为 电 脉 冲 输 出 ， 经 放 大 器 放 大 后 ， 送 到 甄别 器 把 不 需 要 的 脉 冲 剔 除 ， 然 后 经 过 整 形 器 变 成 大 小 相 等 、 形 状 一 致 的 脉 冲送 到 脉 冲 计 数 器 电 路 进 行 记 录 。 由 于 核 辐 射 粒 子 的 性 质 ， 决 定 了 人 们 不 能 直接 对 其 进 行 观 测 ， 而 只 能 通 过 它 们 与 物 质 作 用 的 某 些 物 理 、 化 学 效 应 间 接 地进 行 观 测 。 最 常 用 的 是 利 用 电 离 作 用 和 荧 光 作 用 制 成 的 电 离 型 探 测

13、 器 和 闪 烁计 数 器 。 电 离 型 探 测 器 包 括 气 体 电 离 室 、 盖 革 计 数 器 、 正 比 计 数 器 、 半 导 体探 测 器 等 。 其 工 作 原 理 是 ， 当 射 线 通 过 电 离 室 、 计 数 器 等 内 部 的 气 体 时 ， 使气 体 分 子 电 离 产 生 电 子 和 正 离 子 ， 在 外 加 电 场 的 作 用 下 ， 电 子 和 正 离 子 分 别向 阳 极 和 阴 极 移 动 而 形 成 一 瞬 时 的 电 离 电 流 ， 阳 极 电 位 相 应 下 降 ， 而 形 成 一电 压 脉 冲 输 出 。 半 导 体 探 测 器 与 射 线

14、作 用 的 电 离 效 应 与 此 相 似 ,只 不 过 发 生在 固 体 内 ,所 产 生 的 电 子 及 空 穴 分 别 移 向 正 、 负 极 形 成 电 流 脉 冲 输 出 。 测 量这 些 电 荷 的 电 量 或 其 形 成 的 电 离 电 流 、 电 压 脉 冲 ， 就 可 确 定 射 线 强 度 。 闪 烁 计 数 器 是 由 闪 烁 体 （ 荧 光 体 ） 、 光 电 倍 增 管 和 相 应 的 电 子 线 路组 成 。 当 射 线 穿 入 荧 光 体 被 吸 收 后 ， 荧 光 体 产 生 闪 烁 现 象 ， 放 出 光 子 。 光 子透 过 荧 光 体 照 射 在 光 电

15、倍 增 管 的 光 阴 极 上 ， 从 光 阴 极 上 打 出 光 电 子 ， 电 子 在管 内 得 到 倍 增 放 大 后 被 阴 极 收 集 ,形 成 电 脉 冲 输 出 ,被 电 子 仪 器 记 录 下 来 。入 射 线 强 ， 闪 烁 次 数 多 ， 单 位 时 间 内 的 脉 冲 数 就 多 ； 射 线 能 量 大 ， 闪 烁 时 光子 多 ， 脉 冲 幅 度 就 大 。 从 而 就 可 以 知 道 待 测 射 线 的 强 度 和 能 量 。 常 用 的 无 机荧 光 体 有 NaI(T1)、 ZnS(Ag)、 CsI(T1)、 LiI(T1)。 有 机 荧 光 体 蒽 、 三 联

16、苯 、塑 料 闪 烁 体 等 多 用 于 测 量 射 线 的 仪 器 中 。 由 NaI(T1)晶 体 组 成 的 仪 器 应用 最 广 。 闪 烁 计 数 器 与 充 气 计 数 器 相 比 ， 灵 敏 度 较 高 ， 分 辨 能 力 强 ， 不 但 可以 测 量 射 线 强 度 ， 而 且 还 能 区 分 射 线 能 量 。 因 此 ， 带 闪 烁 计 数 器 的 辐 射 仪 现在 几 乎 全 部 取 代 了 充 气 计 数 管 型 的 辐 射 仪 。 野 外 观 测 仪 器根 据 找 矿 方 法 的 不 同 ， 野 外 观 测 所 用 的 仪 器 有 射 线 测 量 仪 及 ( )辐 射 仪 两 类 。 射 线 测 量 仪 根 据 探 测 器 的 不 同 可 分 为 几 类 ： 用 气 体