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1、放射性勘探 (放射性地球物理勘查、 核技术勘查、核地球物理),教师简介 地球物理系付宸 E-mail: ,放射性勘探,目的通过本课程的学习，使学生了解核辐射探测及核地球物理的基础理论、常用仪器的使用，掌握放射性测量的基本方法，培养学生应用核地球物理方法技术解决寻找矿产、电离辐射环境监测与评价、以及解决地学相关实际问题的能力。,原理 仪器 野外方法（野外测量、室内资料处理、解释）,学时讲授：54实验：6一次不参加实验课课程成绩判为不及格 考试方式闭卷,教材,核辐射场与放射性勘查 程业勋等编， 地质出版社，2005 放射性地球物理勘查鲁挑建等编，哈尔滨工程大学出版社,参考教材,1. 核技术勘查 吴
2、慧山主编 1998 2. 放射性方法勘查 章晔等编 1990 3. 氡及其子体测量 吴慧山等编 1995 4. 核方法原理及应用 周蓉生等 1994,期刊杂志,5. Applied Radiation and Isotopes6. Journal of Environmental Radiation7. J.G.R Journal of Geophysics Review8. Environmental International 9. Journal of Nuclear Science and Technology (JNST),期刊杂志,10. 核技术 11. 辐射防护 12. 物探与化
3、探 13. 成都理工大学学报 14.www.eml.doe.gov 15.www.E(出版社）,绪 论,方法简介介质物性差异 地球物理方法 密度 重力勘探 磁性 磁法勘探 电性 电法与电磁法 弹性波速 地震勘探 放射性 放射性勘探地球物理测井,经典,近代,放射性勘探 狭义: 利用岩石的放射性去寻找矿产的一门技术. 广义: 利用天然或人工的放射性来达到寻找矿产或其他目的的一门技术.,方法特点,是一种地球物理场 (辐射场)可在现场直接测定元素的含量，与其他地球物理方法明显不同,如何能测定元素含量？,方法分类,按空间位置分类1.航空放射性测量2.地面放射性测量伽马测量氡及其子体测量3.井中（核测井）
4、4.海洋（水下）放射性测量,海底拖曳式伽玛能谱仪示意图,方法分类,按方法分类 1.天然放射性方法伽马测量 氡及其子体测量 2.人工放射性方法X荧光方法，中子方法,发展简史（应用）,20年代：寻找油气 40年代：寻找放射性矿产 50年代：中国开始寻找铀矿 70年代：累积方法出现 80年代：寻找油气资源 90年代：环境辐射评价,发展简史（仪器）,20年代：电离室40年代：计数管50年代：闪烁探测器70年代：半导体 Ge(Li)80年代：HPGe,应用领域,1.寻找矿产资源铀、钍、油气、煤、金、稀土、钾盐 2.基础地质研究及地球化学研究地质填图 3.在水文地质中的应用寻找冷热水资源,天山尾亚地质图,
5、天山尾亚航空伽玛能谱总道计数率立体图,应用领域,4.在工程中的应用测定湿度和密度 5.核测井 伽马、密度、中子 6.在环境科学中的应用 天然辐射评价、核应急、核事故,日本神户大地震前后某断层点氡测量记录,铀矿产概况,铀矿石品种方铀矿、沥青铀矿、铌钛铀矿、晶质铀矿、非晶铀矿、钒钾铀矿、板铅铀矿、钡磷铀矿、翠砷铜铀矿、钙镁铀矿、钙铀云母、硅镁铀矿、磷锌铀矿、绿铀矿,晶质铀矿穿插双晶,晶质铀矿 uraninite,理想的化学成分为 UO2,砂岩中有一条1.5cm 宽的铀矿脉，亮黄色者为2mm宽的水铀矾条带. Paul M. Schumacher,晶质铀矿块状集合体,葡萄状沥青铀矿,沥青铀矿（肾状、钟
6、乳状隐晶质或非晶质集合体）,铜铀云母 （Torbernite）,铀矿床中普遍出露的矿物，形成于酸性环境。,铜铀云母 （Torbernite）,红伟晶岩中的硅钙铀矿,钙铀云母,深黄铀矿 （Becquerelite）,铀矿品位边界品位:0.03%最低工业品位:0.05% 极富矿石1% 富矿石1% 0.5% 普通矿石0.5% 0.1% 贫矿石0.1% 0.05%,矿床规模(U3O8): 特大型矿床:10万吨 大型矿床: 1-10万吨 中型矿床:1000吨-1万吨 小型矿床:1000吨,世界铀矿资源概况,20世纪60年代以来，国际经济合作与发展组织的核能机构与国际原子能机构在其成员国的协助下，出版了有
7、关世界铀资源、铀生产与需求的定期刊物，俗称“红皮书”。每2年一期。 中国 铀矿地质,世界铀储量分布情况,铀资源的已知资源主要集中在10个国家和地区，它们占了全球铀资源量的90%。,世界主要产铀国家或地区： 1. 澳大利亚 2. 南非 3. 美国 4. 加拿大 5. 尼日尔 6. 巴西 7. 纳米比亚,世界已探明的具有工业价值的铀矿床，大都分布于北美和非洲，其储量约占目前世界铀总储量的62。 70年代以来，澳大利亚大规模铀矿床的发现使之成为世界铀矿资源重要基地之一。 欧洲：除俄罗斯和法国外，其余国家还没有找到重要的铀矿资源基地。,在亚洲国家中，中国为主，中小型铀矿床为主。近10年来，印度、巴基斯
8、坦和日本等相继发现了一些中、小型铀矿床或远景地区，但己探明的铀矿储量远不能满足本国原子能工业发展的需要。,我国铀矿资源,我国共探明大小铀矿床(田)200多个，主要分布在江西、广东、湖南、广西，以及新疆、辽宁、云南、河北、内蒙 古、浙江、甘肃等省(区)。矿床以中小型为主， 其中主要的铀矿床有：相山铀矿田、郴县铀矿床、下庄铀矿田、产子坪铀矿田、青龙铀矿田、腾冲铀矿床、桃山铀矿床、小丘源铀矿床、黄村铀矿床、连山关铀矿床、蓝田铀矿床、若尔盖铀矿床、芨岭铀矿床、伊犁铀矿床、白杨河铀矿床、衡阳铀矿、郴州铀矿、大浦街铀矿、上饶铀矿、翁源铀矿、衢州铀矿、澜河铀矿、仁化铀矿、本溪铀矿、蓝田铀矿等。,铀矿大型矿集
9、区与成矿作用 铀矿地质2001年01期 伊犁大型砂岩型层间氧化带铀矿床地质地球化学特征 铀矿地质 1995 诸广-贵东大型铀矿聚集区富铀矿成矿地质条件 邓平， 舒良树， 谭正中，地质论评 ，2003，49（5） 南岭中部的诸广贵东地区是中国花岗岩型铀矿最为重要的大型矿聚集区，已发现数个花岗岩型铀矿田，发育有数十个铀矿床， 额尔古纳超大型铀矿成矿背景及找矿靶区优选 中国核科技报告1995 辽东不整合脉超大型铀矿床找矿前景分析 张振强;曲先良,地质与资源，2001年03期 连山关铀矿床产于元古宇太古宇不整合面附近,讨论题,放射性地球物理方法与其他地球物理方法有什么不同？,第1章 放射性及其衰变规律
10、,核衰变及其放射性核素 放射性核素的衰变与积累规律 放射性测量单位与标准源,第一节 核衰变及放射性核素,一、原子结构及原子核衰变,原子：原子核与电子组成，显中性原子序数（Z）：元素周期表的次序,(一)原子结构,电子(e)：轨道 电子“壳层” n,原子核：由质子与中子组成质子(p)：带一个正电荷，1.6*10-19C,1.67*10-24g中子(n): 与质子质量相当核子数/质量数(A):原子核内质子数(Z)与中子数(N)之和,原子核表示方法,A质量数，等于中子和质子的总和； Z原子序数。,同位素： 原子序数相同，而中子数不同的原子，它们在化学元素周期表中占有同一位置，因此，它们互称为同位素。组
11、成同位素的原子核称为核素。放射性：有些元素的原子核不稳定，在不受外界（温度、压力等）影响下，能够自发地改变核结构，而转变为另一种原子核，这种现象称为核衰变。在发生核衰度的同时，不稳定核总是伴随着放射出带电或不带电的粒子，这种衰变称为放射性衰变。原子核放射出各种粒子的现象称为核辐射，或称放射性。,（二）能级与能谱原子的能级电子在各个可能轨道上所具有的能量也是不连续的，我们称这些不连续的能量数值为原子的能级（eV，公式（1-1-1）。电子跃迁（光子，X射线）核能级激发态基态（光子，射线）,（三）放射性衰变类型,衰变 衰变 衰变 K电子俘获,放射性衰变的一般表达式,母核 子核 发射射线 能量,母核
12、子核 发射射线 衰变能量 226Ra 222Rn + 4He + E ( Z, A ) (Z-2, A- 4) (2,4)(88,226) (86, 222) ( 2,4),衰变能在反冲核与 粒子间按动量能量守恒分配,1）衰变, (4He),2）-衰变 母核 子核 -射线14 C 14N + e- +(Z,A) ( 6,14 ) ( 7,14 ) ( -1,0 ) ( 0,0 )负电子 反中微子,发生-衰变的原因 ：原子核中中子数太多,14 C原子核中的中子发生 -衰变，产生一个质子，一个负电子和一个反中微子 中子-衰变： n p + e- +,p,n,+衰变 母核 子核 +射线27 Si 2
13、7Al + e+ +( 14,27 ) (13,27) ( +1,0 ) ( 0,0 )正电子 反中微子,3） 衰变,137 Cs 137 Ba* （激发态） 母核 -衰变 衰变137 Ba + 射线（661.7 keV）子核（基态） （0.0）, 射线是什麽？ 射线就是高能量的光子 ：几百keV-MeV 量级 衰变发生由于原子核能量态高，从高能态向低能态跃迁 ，在这个过程中发射 射线，原子核能态降低。 射线是高能量的电磁辐射 光子, 衰变,- 衰变,+ 衰变, 衰变,40K,40Ar,40Ca,1.46 MeV (11%),1.32 MeV (89%),4）电子俘获,: 高速运动的氦核,带两
14、个正电 :高速运动的电子 :光子,电磁辐射,不带电,二、天然放射性核素,分类： 来源长寿命放射性核素核反应生成的核素 是否成系列三个天然放射性系列不成系列的天然核素,（一）三个天然放射性系列,238铀系(4n+2) （掌握） 232Th钍系(4n) （掌握） 235锕铀系(4n+3) （了解） 237Np镎系(4n+1) （人工） （了解）,特征,天然放射性系列的特征,起始母元素寿命很长，大于地球形成的年龄； 最后一个稳定同位素都是铅的同位素； 都有一个气态元素氡的同位素； 质量数变化有规律 有若干个衰变子体,氡的子体是强,辐射体,（二）不成系列的天然核素,40K半衰期： 12.8亿年衰变类型
15、： - 衰变，K电子俘获射线：-1.31 MeV-1.46 MeV,不成系列的天然核素,（三）常见天然放射性核素的特征,铀 特点与铁相似238：234：235：1/1700 ：1/140235是重要的核燃料，丰度 235仅占铀的0.7%。 应用,钍 特点银白色金属，难与氧化合，6个同位素，主要是 Th-232，其他几个丰度很低。Th经中子，轰击形成 Th,再经两次衰变生成 U-233。 U-233和 Pu-239一样可以作为核燃料。,镭（88） 特点碱土金属，易溶于水，不稳定，易被吸附在固体表面上 Ra(226) T=1602年 ThX(224) T=3.64天 MsTh1(228) T=5.75年 AcX(223) T=11.43天 应用,氡（86） 特点Rn(222) T=3.825天 Rn(218) T=1.910-2秒 Tn(220) T=54.5秒 An(219) T=3.96秒应用,
