同位素地质年代学资料
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
到它们的衰变，它们构成了图1中黑色的稳定性的中央路径。在该
路径的两边锯齿状的轮廓构成了实验上已知的不稳定核素。当某
一同位素离开稳定性路径的边，其衰变更加迅速。平滑的外部范 围就是核素稳定的理论极限，超出此范围便产迅速衰变。
少量不稳定核素具有足够长的半衰
期(母体减少到初始量的一半时所需的
时间)，以致太阳系形成以来还没有完
魏菊英、王关玉.1988.同位素地球化学.北京：地质出 版社.
课程要求： 1. 完成三次课后作业(占总成绩的50%) 2.随机2-3次考勤(占总成绩的10%) 3.不少于5篇参考文献的结课报告(占总成绩20%) 4.课程研讨(占总成绩的20%)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
同位素地质年代学
第一章 核衰变与分析技术
在同位素地质学领域，
1972年5月，在进入法国处理厂的铀矿石中发现亏损235U
中非加蓬共和国Oklo的一个矿床。235U亏损是由18亿前的天然裂
变反应堆引起的。
花岗岩
河床砂矿床 蓝-绿藻
还原铀成为更可溶的氧化物形式
以溶液形式被带到下游
当可溶铀达到河流三角洲
条件:缺氧,富有机质
结果:被还原固定下来,浓度增高到0.5wt%的铀。
在特殊情况下，中等重元素浓度保持着，自维持但非爆炸链式
反应也是可能的。这主要取决于“协调剂”的存在与否。由裂变 产生的高能“快”中子与协调剂原子发生多次弹性碰撞。它们被 减速为“热”中子,具介质热振动的速度特征，对增进周围重原子 裂变反应是最优的速度。已知的这种现象的一个天然例子称为 Oklo天然反应堆。
经验观察表明，相邻的同量异位素是不稳定的。由于40Ar和 40Ca两者都是稳定同位素，40K必定是不稳定的，并显示向两边 的分枝衰变形成同量异位素。
铋以上的重原子在核素图上常常是放出由两个质子和两个中 子组成的(He++)α粒子的衰变。子体产物并不是母体的同量异位素， 并且原子质量减少4。产物核素可能处于基态，或保持于激发态， 随后放出γ射线发生衰变。衰变能被α粒子的动能和产物核素的反 冲能分享。
在235U到207Pb的衰变系列中近来发现了一种新的放射性衰变，
也就是223Ra通过放出14C直接衰变到209Pb,衰变能为13.8MeV。然
而，这种衰变模式只占不到223Raα衰变的10-9。
核裂变与Oklo天然反应堆：
238U(原子序数92)经过自发裂变成为两个不同原子序数的产物核， 典型的大约40和55(Zr和Cs)，伴随着其它粒子和大量的能量。由 于重母体核素具高的中子/质子比，子体产物具过量的中子通过放 出β射线发生同量异位衰变。
全衰变掉。几个其它的短寿命核素或
产生于铀和钍的衰变系列中，或者是
由宇宙射线轰击稳定核素产生。这些
核素与一至两个灭绝的短寿命同位素，
加上它们的子体产物就构成了放射成
因同位素地质学的研究领域。图2中标
注了半衰期超过0.5Ma的放射性核素。
半衰期超过1012a的核素衰变太慢在地
质上无法利用。
图2
§1.1放射性衰变
低质量核素,Z/N等于1达到稳定;高质量核素,N/Z可达1.5保持稳 定.
能量谷:周围不稳定核素趋向于掉入其中，并放出粒子与能量。
放射性衰变
放出的粒子性质取决于不稳定核素相对能量谷的位置。位于 谷任一侧的不稳定核素通常由同量异位素过程衰变。也就是，核 的质子转化成中子或相反，但核质量数不发生明显变化(除非由 于核结合能的“质量缺限”消耗掉)。与此相反的是，位于能量 谷高端的不稳定核素常常通过放出重粒子(即α粒子)而衰变，因此 减小该核素的总质量。
中子、质子和电子可认
为是原子的基本组成部 分。一个给定类型的原 子(称为核素)成分由核中 特定的质子数(原子序数， Z)和中子数(N)来描述。 它们的总数就是质量数 (A)。对所有核素通过在 质子数Z对中子数N的关 系图，就可获得核素图 (至少瞬间存在) （图1）。
图1
目前已知有264个稳定核素，也就是用现行的探测设备观测不
沉积物埋藏和压实后，随后被抬升、褶皱与破裂，使得氧化性的 地下水活化和浓缩矿石形成宽度超过1m的几乎纯铀氧化物的矿 脉。 然而，作为反应堆运行，与现在的0.72%水平相比，在那时依 赖于更高的235U浓度(3%)，在终止时间内通过α衰变，浓度减小 了。
同位素地质年代学
课程组成：同位素地质年代学
放射性成因同位素子体示踪 同位素地质年代学：Rb-Sr、Sm-Nd、KAr/Ar-Ar、U-Th-Pb、Re-Os、Lu-Hf、U系 不平衡、宇宙成因母体放射性衰变定年 （14C、210Pb、10Be)、热释光、裂变径迹等。
放射性成因同位素示踪：
Pb(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb)，Nd(143Nd/144Nd), Hf(176Hf/177Hf)，稀有气体（3He/4He，20Ne/22Ne、21Ne/22Ne， 40Ar/36Ar、38Ar/36Ar，78Kr/84Kr、80Kr/84Kr、82Kr/84Kr、 83Kr/84Kr、86Kr/84Kr，124Xe/130Xe、126Xe/130Xe、128Xe/130Xe、 129Xe/130Xe、131Xe/130Xe、132Xe/130Xe、134Xe/130Xe、136Xe/130Xe)
尽管238U的自发裂变频率不到其α衰变的2×10-6，在较重的超铀元 素中，自发裂变是主要的衰变模式。其它核素，如235U，如果经中 子轰击，可能发生裂变。而且由于裂变释放中子又促使进一步的 裂变反应，这样链式反应就建立起来了。如果易裂变核素的浓度 足够高，将导致热中子爆炸，就象超新星或原子弹爆炸一样。
参考书目：陈岳龙、杨忠芳、赵志丹.2005.同位素地质年代学与
地球化学.北京：地质出版社.
Faure G. 2005. Principles of Isotope Geology (3rd
edition) . John Wiley & Sons .
Dickin A P. 1997. Radiogenic Isotope Geochronology (2nd edition). Cambridge University Press.
路径的两边锯齿状的轮廓构成了实验上已知的不稳定核素。当某
一同位素离开稳定性路径的边，其衰变更加迅速。平滑的外部范 围就是核素稳定的理论极限，超出此范围便产迅速衰变。
少量不稳定核素具有足够长的半衰
期(母体减少到初始量的一半时所需的
时间)，以致太阳系形成以来还没有完
魏菊英、王关玉.1988.同位素地球化学.北京：地质出 版社.
课程要求： 1. 完成三次课后作业(占总成绩的50%) 2.随机2-3次考勤(占总成绩的10%) 3.不少于5篇参考文献的结课报告(占总成绩20%) 4.课程研讨(占总成绩的20%)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
同位素地质年代学
第一章 核衰变与分析技术
在同位素地质学领域，
1972年5月，在进入法国处理厂的铀矿石中发现亏损235U
中非加蓬共和国Oklo的一个矿床。235U亏损是由18亿前的天然裂
变反应堆引起的。
花岗岩
河床砂矿床 蓝-绿藻
还原铀成为更可溶的氧化物形式
以溶液形式被带到下游
当可溶铀达到河流三角洲
条件:缺氧,富有机质
结果:被还原固定下来,浓度增高到0.5wt%的铀。
在特殊情况下，中等重元素浓度保持着，自维持但非爆炸链式
反应也是可能的。这主要取决于“协调剂”的存在与否。由裂变 产生的高能“快”中子与协调剂原子发生多次弹性碰撞。它们被 减速为“热”中子,具介质热振动的速度特征，对增进周围重原子 裂变反应是最优的速度。已知的这种现象的一个天然例子称为 Oklo天然反应堆。
经验观察表明，相邻的同量异位素是不稳定的。由于40Ar和 40Ca两者都是稳定同位素，40K必定是不稳定的，并显示向两边 的分枝衰变形成同量异位素。
铋以上的重原子在核素图上常常是放出由两个质子和两个中 子组成的(He++)α粒子的衰变。子体产物并不是母体的同量异位素， 并且原子质量减少4。产物核素可能处于基态，或保持于激发态， 随后放出γ射线发生衰变。衰变能被α粒子的动能和产物核素的反 冲能分享。
在235U到207Pb的衰变系列中近来发现了一种新的放射性衰变，
也就是223Ra通过放出14C直接衰变到209Pb,衰变能为13.8MeV。然
而，这种衰变模式只占不到223Raα衰变的10-9。
核裂变与Oklo天然反应堆：
238U(原子序数92)经过自发裂变成为两个不同原子序数的产物核， 典型的大约40和55(Zr和Cs)，伴随着其它粒子和大量的能量。由 于重母体核素具高的中子/质子比，子体产物具过量的中子通过放 出β射线发生同量异位衰变。
全衰变掉。几个其它的短寿命核素或
产生于铀和钍的衰变系列中，或者是
由宇宙射线轰击稳定核素产生。这些
核素与一至两个灭绝的短寿命同位素，
加上它们的子体产物就构成了放射成
因同位素地质学的研究领域。图2中标
注了半衰期超过0.5Ma的放射性核素。
半衰期超过1012a的核素衰变太慢在地
质上无法利用。
图2
§1.1放射性衰变
低质量核素,Z/N等于1达到稳定;高质量核素,N/Z可达1.5保持稳 定.
能量谷:周围不稳定核素趋向于掉入其中，并放出粒子与能量。
放射性衰变
放出的粒子性质取决于不稳定核素相对能量谷的位置。位于 谷任一侧的不稳定核素通常由同量异位素过程衰变。也就是，核 的质子转化成中子或相反，但核质量数不发生明显变化(除非由 于核结合能的“质量缺限”消耗掉)。与此相反的是，位于能量 谷高端的不稳定核素常常通过放出重粒子(即α粒子)而衰变，因此 减小该核素的总质量。
中子、质子和电子可认
为是原子的基本组成部 分。一个给定类型的原 子(称为核素)成分由核中 特定的质子数(原子序数， Z)和中子数(N)来描述。 它们的总数就是质量数 (A)。对所有核素通过在 质子数Z对中子数N的关 系图，就可获得核素图 (至少瞬间存在) （图1）。
图1
目前已知有264个稳定核素，也就是用现行的探测设备观测不
沉积物埋藏和压实后，随后被抬升、褶皱与破裂，使得氧化性的 地下水活化和浓缩矿石形成宽度超过1m的几乎纯铀氧化物的矿 脉。 然而，作为反应堆运行，与现在的0.72%水平相比，在那时依 赖于更高的235U浓度(3%)，在终止时间内通过α衰变，浓度减小 了。
同位素地质年代学
课程组成：同位素地质年代学
放射性成因同位素子体示踪 同位素地质年代学：Rb-Sr、Sm-Nd、KAr/Ar-Ar、U-Th-Pb、Re-Os、Lu-Hf、U系 不平衡、宇宙成因母体放射性衰变定年 （14C、210Pb、10Be)、热释光、裂变径迹等。
放射性成因同位素示踪：
Pb(206Pb/204Pb、207Pb/204Pb、208Pb/204Pb)，Nd(143Nd/144Nd), Hf(176Hf/177Hf)，稀有气体（3He/4He，20Ne/22Ne、21Ne/22Ne， 40Ar/36Ar、38Ar/36Ar，78Kr/84Kr、80Kr/84Kr、82Kr/84Kr、 83Kr/84Kr、86Kr/84Kr，124Xe/130Xe、126Xe/130Xe、128Xe/130Xe、 129Xe/130Xe、131Xe/130Xe、132Xe/130Xe、134Xe/130Xe、136Xe/130Xe)
尽管238U的自发裂变频率不到其α衰变的2×10-6，在较重的超铀元 素中，自发裂变是主要的衰变模式。其它核素，如235U，如果经中 子轰击，可能发生裂变。而且由于裂变释放中子又促使进一步的 裂变反应，这样链式反应就建立起来了。如果易裂变核素的浓度 足够高，将导致热中子爆炸，就象超新星或原子弹爆炸一样。
参考书目：陈岳龙、杨忠芳、赵志丹.2005.同位素地质年代学与
地球化学.北京：地质出版社.
Faure G. 2005. Principles of Isotope Geology (3rd
edition) . John Wiley & Sons .
Dickin A P. 1997. Radiogenic Isotope Geochronology (2nd edition). Cambridge University Press.