氡气测量研究

,
。
.
杯 的 埋 置 时 间上 限不 受 限 制
与静 电
.
特 别有 利 于 大 面 积 长 剖 面 工 作
.
。
侈) 工 作 效率 高
2 22 R n
a
卡 法 比可 以 提 高 一 倍 以 上
a
, ,
5 ) 可 获得多 个参数 (
+
“ 20 R n
,
由于
n
,
“ 22
.
R
n
,
22
R 0
a
杯法 灵 敏 度高 可 对 a 杯进行第 二次测 量 “22 R n / 22 0 R n 四个 参 数 有 利 于 地 质 现 象 的 解 释
。
,
上 浮 的贡 献 大 于 4 5 %
.
介 绍 了氛 的 探 测 方 法和 电 离
室
a
杯 测 氛 的应 用 概 况
关键 词
氛 气 运移
,
氛气 测 量
,
地学应 用
,
氧是 一 种在 地 下 自然 存 在 的 特殊 气 体
测 氧 在地 表 的 分 布 差 异 影 响 人们 的 身 体 健 康
, ,
能 够 沿着 裂 隙构 造 等 从 地下 深处 运 移 到地 表
, ,
a
杯 却 弃置 未 用
损 失 了 大 量 有 用 信息 ⑥ 采 用 闪烁
;
。
探 测 器 必 须 避光 使用 结 构 复 杂 探 测 器 被 放 射性 污 染后 难 于 排 除 7 们 研 究 出 a 杯法 测 氛 方法 1 这是 更 为 简便 实 用 的累 积 法 测 氧 技 术
,
.
针 对 上述 问 题
而
,
“
2 Rn
可 以反 映 地 下 深 部 的 信 息
多 参 数 测 量 可 以 判 别 氧 异 常 的性
排 除 地表 干 扰 因 素
有 利 于 确 定 地 质构造 的 分 布位 置
电离 室 。 杯 法 测 氨 的 应 用
、 、
探 查 地质 构造 是 研 究 水文 工 程 矿产 等地 质 工 作 的 主 要 内 容 之 一 也 是 找 寻 地下 水 [ l 圈 定 矿 产 资 源 查 明 工 程 地基 稳定 性 等 地质 任务 的 重要 手段 8 地 质构 造 在 地质 体 中 有 着 特
a a
,
,
根据 每个测 点氛 的 计数 差 异 解 决 有 关 地质 问 题
、 、
3 探测器1
杯 测 氛 仪是 开 展 累积 法测 氛 的 主 要 仪 器 设 备 它 采 用 常压 空 气 脉 冲 电 离 室 作 为 整 机 由探 测 器 放大 器 甄 别 器 和 计数 器 等 有 关 电 路 组 成 工 作原 理如 下
、
、
无 电 位差
、
等 的 封 闭环 境)
累积
、
应 用 高 灵敏 度
高精 度
静
低 本底 测 量 的 C D 一 l
:
a
杯测 氛仪对
图1
H
e
,
氛 及 其 子 体 的 运移 规 律 进 行 了 实验 研 究 和 机
1 5 理探 讨 f
.
通 过 实验 ( l ) 发现 氛及 其子 体在 理
,
e一
R
g
n
形成 的 团 簇 示意 图
,
获得 了 较 好 的 经 济 效益 和 工 作 成 本仍 然 较 高 ② 工 作
; ;
社会效益
时
,
近 年来
在 测 氛技 术 的深 人 研 究 中
,
静电
a
卡法 还 存 在 着 以 下 不足 之 处 ① 需 要
,
消 耗 特 殊 材 料 制成 的静 电 a 卡片
;
配 置 专用 的 静 电测 试 仪 器
;
,
:
当 吸 附有 氨 子 体 的探杯 放人 电 离 室 生 正 负离 子对
.
a
探 测器
,
,
氛 子 体辐 射 出 的
,
a
射 线 可 以 使 空 气 电 离产
、
,
在 电离 室 高 压 电场 的 作 用 下
、
、
形 成 电 脉 冲信 号
,
经放大
甄别
。
、
整形后
,
由
计数 器 记 录 整 个 仪器 体积 小 重 量 轻 功 耗 低 适 宜 于 野 外 操作 使 用 该 仪 器设 置 有 脉 冲 信号 输 出 接 口 可 以 外 接 电子 计算 机 自动 数 据 记 录 设 备 实现 仪器 的 微 机化 电 离 室 a 杯 法
m
o
想 条 件 下 的空气 中
于 横 向 运 移能 力
1 0%
, ,
其 纵 向运移 能力远 大
,
n
g 1 Th
.
d
ia
r a
f He Rn
e
lu
s
te
,
r
向 上 运 移能 力 与 向下 运 移 能力 相 当 甚 或 超过
a
,
其 规 律 是 扩 散作 用 小
;
不及
地 球 引 力 导 致 的下 沉 作 用 小 于 4 5 %
第2 卷 第
19 9 9年
期
核
技
’
术
22
,
N
,
o
.
4
月
A P il
r
199 9
氨气 测 量研 究
方 方
贾 文兹
*
周蓉生
0059 )
( 成都 理工学 院
成都 6 1
摘要
10%
,
讨论 了 氛 的 运移 规律
,
结 果发 现
,
氛及 其 子 体 在理想 条件 下 的 空 气 中 其 扩散作 用 小于
,
地 球 引力 导 致 的 下沉 作 用小 于 4 5 %
、
。
,
、
定 的地 球 物 理 和 地 球 化学 特征
的运 移 和 富 集
目前
;
, ,
,
它 结构 松 散
,
易 于 积 聚 放 射 性元 素
。
,
特别 适 合放 射 性气 体氧
、
在 隐 伏地 质构 造 的上 方 往往 存在 着地 气 氧 的 异 常
a
电 离室
杯法 已在 包 括 台湾 在 内的 全 国 各 地 得 到应 用
,
需 要 对 每一 个 卡片测 试调 整 静 电电 压
a
,
操 作较 烦 ③ 卡 片上 的 静 电 电 压差 异影 响 了测 量
不 易进 一 步提 高 工 作 效 率 ⑤取 杯 后 仅 测 量 了 卡
,
结 果 的 可 靠 性 ④ 埋 杯 时间受 到一 定 限 制
片上 的
a
射线
,
而 对 收集 了 更多 信息 的
,
些 都 是 从 外 部 环境 对 氧 气 运 移 所起 的 作 用 来 进 行研 究 的
以 至 存 在 的疑 点 还 很多
,
.
为 能 揭 示 氛 自 身 固 有 的 运 移规 律
,
研究
氧 气 运 移 的 内在 因 素
件 下 (无 对 流 态
、 、
我 们 在 实验 室 理 想 条
、
无 压力 差
,
无 温差
.
,
从而 求 出
“
) 功 能多 6 (
种方 法 的
a
电离 室
。 .
杯法 可 以进 行
a
杯
,
、
a
卡
、
活性 炭
,
、
1 土壤 镭 及 2 P s
。
、
0 P 1
0
等多
测量
7 ) 结 构简 单 (
8 ) 成 本低 廉 (
采 用 常压空 气脉 冲 电离 室
无需 避 光使 用
。
排 污容 易
.
。
。
工作 中除 了 一 节 电池
的 收 集 量 正处 于 快 速 增 加 阶 段
是不 稳定 的 只 要埋 杯 时 间 达到 4 h
因此
, ,
收集 氛 的 短 寿 命 子 体 就
a
达 到 了 饱 和量 非 常灵 活
后
,
,
此后 收集 到 的 信息 量始 终为稳 定值
.
C D一 l
杯 测 氧 技术 的 埋杯 工 作
有 利于 提 高工 作效率
, ,
。
与其 它 的 测 氛方 法相 比具 有 如下 优 点
:
核
技
术
,
第
卷
灵敏度高
了 最 充分 的 利 用
。
。
它 直 接 使用
杯 的 内表 面 收 集 氧 的子 体
a
收 集 器 面 积大
,
有 用 信 息得 到
2 ) 方法 简 便 ( 3 ) 埋杯灵 活 (
.
埋杯 和 取 杯 时 不需 对
a
.
杯作 任何 处 理
,
从 而 使 氛及 其 子 体 自身具 有 明 显 的向 上 运 移 的 能 力
图 1是 氦 核 与 氛 核形 成 的 团 簇示 意
,
团 簇 模 型 的 提 出 揭示 了 比 重 很 大 的 氛 及 其 子 体 能 够 向上 运 移
并 出 现在 上 千 米 高 空 的 内
。
在原因
,
也 解释 了氛 及其 子 体 都带 正 电 的 缘 由
氛 的 多 参 数 测 量 是 根 据 氛 子 体 的 放 射 性 衰 变规 律 再 次 对探 杯 进行 第二 次 a 测 量 计算 采用 下列 公式 22 恤 n + “ 20 R n= N 1
,
在 取 出探 杯 完 成 第 一 次 测 量 的 4 h
0 n R 22 饭n
22 2, ZR n
= =
。
,
在 探查 隐伏 地 质 构造
,
,
解
决 相 关 地 质 问 题 中取 得 了 显 著 效益
裂 隙 水 在 煤 田 地质 领域
,
例 如 在干 早 贫 水 地 区 探 查地 质 断 裂破 碎 带
上 浮 的贡 献 大 于 4 5 % (2 ) 提 出氛 及 其子 体 向 上运
,
移 的 机 理 是 氛 及 其子 体 和 母 体多 为
辐射体
它 们 放 出 的 a 粒 子 减 速后 将 成 为 H e 核
,
,
它可
与 氨 及 其 子体 和 母 体 形 成 团 簇 ( 集 团 )
*
:
当 团 簇 所 受 空 气 的 浮 力大 于 其 重 量 时
,
2
2 R R n 和 20
n
都 是 自然界 存在 的 放 射性 元 素氛 的 同位 素
以及
2
2
,
它 们分 别 来 自不 同 的 母 体 铀 和
,
牡 质
3
,
.
由于 铀 和 牡 的地 球 化 学 性 质 不 同
,
R 和
n
22 0
Rn
.
的衰 变 积 累 规 律 不 同
.
“
0 Rn 2
主要
反 映 近 地 表 的信 息
。 , ,
。
,
、
,
、
、
工 作 成本 高 效 率 低 很 难推 广 使 用 ] [ 0 年 代 中 我 们 提 出 了静 电 a 卡 法 e 8 性
,
、
,
.
,
它应 用 于 解 决 水 文 地 质
、
、
工程地 质 问题
,
划 分岩
:
确 定 构 造 位置
.
,
辅 助地 质 填 图
, ,
,
探查 铀
金
,
、
油 矿产 资 源 等
、
,
一直 是 困 惑 人们 的 难 题 之 一
、
。
数 十年
拟 象 来
;
、
中外 学 者相 继 提 出 了 对流 作 用
、
、
渗 流 作用
.
地 应 力作 用
接 力 作 用 等 来 阐 述氛 气 运移 现
不 同学 者 还 借 助 于 现 场 模 拟 计 算 机 模 4 实验 室 模 拟卜 】 等 进行 了深 人 研 究 但这
:
便 能 自行 上
国 家 自然科 学 基金 资助 项 目 ( 编 号 4 7 4 ) 和 地 质 矿 产 部攻 关 资助 项 目 ( 编 号 8 9 0 6 9 6 2 38 3 )
收 稿 日期 1 9 9
:
7一
1 2一
01
,
修 回 日期
:
1
9 8
02一
20
第
期
4
方
方等 氛气 测 量 研究
.
升
图
.
N Z 一 “ 2 0R n 1 N
n 一
e 之`
/, 2 0 R
式中
.
,
l N
2
、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
丛分 别 为 第一 第二次
a
、
a
。
测 量 获 得 的计 数 率
1 /场 ) N (
e
一
“ `一
i
n
;
几是 2 O R
1 2 P b衰变 常 数 的子 体2
; (0 06 5lh ) t是 两次
测 量 的 时 间 间隔 伍 )
”
,
.
氛 的 运 移距 离 应根 据 其子 体和 母体按 团 簇 运 移 后 的 总 效 应来 衡 量
应 视 为 长 寿 放 射 性元 素
2
“
即 氛及 其 子 体 运移 时
。
故 其在 地 壳 中 上 升 距 离 可 达 数 十 米 至 数 百 米 以 上
氨 的测 量方 法
,
,
氛 气 测量 的 方 法较 多 长 期 以来 人们 习 惯 于 使 用 瞬 时 抽 气测 氧 法 这 是早 期放 射 性 铀矿 地 质 勘探 工作 中较 为成 功 的方 法 但 由于 地质 构 造 引 起 的 放 射性 异 常相 对 较 弱 继 续 沿 用 铀 矿 勘 探 的测 氛 方法 难于 奏效 在实 践 中人 们发 现利 用 累 积 法 测 氨 探 查 地 质 构 造 效果 较 佳 但 “ 1 0 P 。 法 测量 等 因 其操 作 烦琐 测 量 精 度 低 是 原 有 的 累 积 测 氛方 法 例如 a 径 迹 测 量
,
,
探
有 利 于 发现 隐伏 地 质 构造
解 决有 关地 学 问 题
是 引 起 肺癌 的 重要 因 素 之 一
,
氛 气会 因 此 对 氛 的 运 移 和 探 测 引 起 了人 们 的 特
另 一方 面
.
,
别关 注
1
。
氨 的 运 移 规律
氛 气 何 以 能 从 地 下 深部 运 移 到地 表
,
乃至 高 空
,
我
a
杯 法 是 将 普 通 的 塑 料 杯作 为 氛子 体收 集器 倒 置埋 在 地下
,
,
利 用 未 饱 和 场 力 (范 德 华 力 )
a
收 集 土 壤 中氛 的 衰变 子 体
一定 时 间后
,
把 取 出 的 探 杯直 接 放在 C D 一 l
. 。
杯 测 氛 仪 中 进行
a
脉 冲计 数 测量
C D一 l
,
无需 其 它 消 耗
,
,
根 据 氛 及 其 子 体 的 放 射性 积累 特征 方法
,
埋杯 最 佳 时 间为 4 h 或 大 于 4 h
;
,
不 论何 种 累 积 测 氛
,
若 氛子 体 收集 器 埋 置 时 间小 于 .0 5 h
, ,
则 只 能 收 集 小部 分氛 子 体信 息
.
因 此 此 时 氧 子体