低本底伽瑪能譜儀測定地質(zhì)樣品中鉀含量研究

馬玉華，肖孟權(quán)

（江西省核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

地質(zhì)樣品中鉀含量的測量對分析地質(zhì)樣品有重要的意義，目前對于地質(zhì)樣品中鉀含量測量技術(shù)上存在一定不足，在樣品處理過程中，會(huì)用到一些腐蝕性很強(qiáng)的物質(zhì)，這種方法容易對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，并且樣品處理時(shí)間長，這種測量方法導(dǎo)致樣品空白過高，影響地質(zhì)樣品中鉀含量的測量結(jié)果，基于目前存在的問題，對低本底伽瑪能譜儀測定地質(zhì)樣品中鉀含量進(jìn)行研究[1]。低本底伽瑪能譜儀測量能量范圍內(nèi)的伽馬射線，能夠獲取天然放射性核素、人工放射性核素以及其與地殼物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的相關(guān)信息，根據(jù)這些信息能夠進(jìn)行放射性礦產(chǎn)資源勘探，還能夠進(jìn)行地質(zhì)填圖、金屬礦產(chǎn)勘查等。

低本底伽瑪能譜儀的檢測原理是當(dāng)射線光子進(jìn)入檢測器后，在晶體內(nèi)激發(fā)出一定數(shù)目的電子空穴對，根據(jù)空穴對判斷X射線能量的大小[2]。并且低本底伽瑪能譜儀能夠?qū)Σ牧衔^(qū)成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用更準(zhǔn)確的對樣品含量分析?；诘捅镜踪が斈茏V儀測定特點(diǎn)，對地質(zhì)樣品中的鉀含量進(jìn)行預(yù)測，采用實(shí)驗(yàn)的方法對地質(zhì)樣品中的鉀含量進(jìn)行了測量，測量結(jié)果表明，鉀含量測量時(shí)會(huì)受到氣溫、氣壓等的影響，同時(shí)證明了低本底伽瑪能譜儀測定的有效性，具有一定的實(shí)際應(yīng)用意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本次對地質(zhì)樣品中鉀含量的研究采用低本底伽瑪能譜儀作為測定儀器，其由探頭、主機(jī)、電源等部分組成，該能量分辨率能夠達(dá)到180eV，采用聚四氟乙烯密封罐；可控溫恒溫干燥箱[1]；實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

實(shí)驗(yàn)選用某地礦山的地質(zhì)樣品，采用粉末壓樣片法進(jìn)行制樣，并將地質(zhì)樣品放到100°～105°的溫度下進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為2h，目的是減少實(shí)驗(yàn)過程中濕度對地質(zhì)樣品測量的影響，在此基礎(chǔ)上，將其粉碎并研磨，加強(qiáng)地質(zhì)樣品的均勻性，最后將樣品裝入樣杯后，進(jìn)行壓片，樣品的時(shí)間測量時(shí)間為400s。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將上述準(zhǔn)備好的地質(zhì)樣品傳輸?shù)轿⑿头磻?yīng)堆垂直輻照孔道內(nèi)進(jìn)行照射，將照射后的樣品放到相同的集合條件下，利用低本底伽瑪能譜儀分析系統(tǒng)對其放射性進(jìn)行測量。并將消化樣液、試劑空白對照[2]、鉀標(biāo)準(zhǔn)試液分別倒入到火焰中，對其發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行測定，由于樣本中的數(shù)據(jù)維度較高，并且變量與變量之間存在一定的關(guān)系，直接獲取其中的信息較難，所以引入空氣吸收劑量參數(shù)，對地質(zhì)樣品中的鉀含量測量時(shí)的干擾因子進(jìn)行去除，計(jì)算公式如下：

公式（1）中，F(xiàn)代表地質(zhì)樣品中的鉀的百分含量，M代表樣本對應(yīng)的單位特征量，0.255代表地質(zhì)樣品中鉀含量的換算系數(shù)，me-mb代表干擾因子，此次計(jì)算不做定向分析。

通過上述計(jì)算完成對鉀含量的測量，在上述實(shí)驗(yàn)材料和方法準(zhǔn)備完成的基礎(chǔ)上，在下一步得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

將上述計(jì)算的測定結(jié)果允許差小于等于0.35g/100g，在此基礎(chǔ)上，將地質(zhì)樣品以此放在譜儀上進(jìn)行測量，將測量的時(shí)間控制在小于樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣中放射性核素的半衰期，以此確定邊界道，從而得到刻度系數(shù)，并以鉀含量的對應(yīng)濃度發(fā)射強(qiáng)度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，鉀標(biāo)準(zhǔn)濃度與發(fā)射強(qiáng)度曲線如下圖所示。

圖1 鉀標(biāo)準(zhǔn)濃度與發(fā)射強(qiáng)度曲線

通過上述過程完成地質(zhì)樣品中鉀含量的測量，將在下一步進(jìn)行討論分析。

2 討論

通過測量發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)樣品中的各種元素都具有自己的X射線特征波長，其特征波長的大小取決于躍遷過程中釋放出的特征能量。低本底伽瑪能譜儀根據(jù)不同元素的射線光子特征能力不同特點(diǎn)進(jìn)行成分分析，在進(jìn)行測量時(shí)，晶體激發(fā)出空穴對，當(dāng)射線光子能量越高時(shí)，空穴對數(shù)越大，同時(shí)電流脈沖高度取決于空穴對的大小，并按照高度脈沖分類進(jìn)行技術(shù)，以得到按能量大小的圖譜。此次研究，首先對選取地質(zhì)樣品，對地質(zhì)樣品進(jìn)行準(zhǔn)備，并準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器，在此基礎(chǔ)上區(qū)分原始線上的全能峰，得到鉀含量的特征向量，通過測得待分析樣品中的鉀的活性確定的鉀的含量，以此完成了對地質(zhì)樣品中鉀含量的研究。通過使用低本底伽瑪能譜儀對地質(zhì)樣品中鉀含量發(fā)現(xiàn)，當(dāng)能量分辨率能夠達(dá)到180eV時(shí)，地質(zhì)樣品匯中的鉀含量伽瑪射線呈遞減趨勢，儀器所能探測到的伽馬射線強(qiáng)度相對較弱，并且不同的能量分辨率對不同能量的伽馬線的吸收系數(shù)也不一樣。并且，在地質(zhì)樣品中鉀含量測量時(shí)會(huì)受到氣溫、氣壓的變化，當(dāng)氣溫低于26°時(shí)，地質(zhì)樣品中的鉀含量輻射水平也會(huì)隨之增加，兩者呈正向關(guān)的關(guān)系，與氣壓變化呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。同時(shí)，在使用低本底伽瑪能譜儀測量時(shí)，其允許誤差在0.001內(nèi)，最大的迭代次數(shù)為1000次，測量直到滿足鉀含量測量精度位置。研究發(fā)現(xiàn)，低本底伽瑪能譜儀能夠在異常的地質(zhì)樣品中對鉀含量有效測量，以此完成低本底伽瑪能譜儀測定地質(zhì)樣品中鉀含量研究。

3 結(jié)語

綜上所述，地質(zhì)樣品測量是收集工作區(qū)內(nèi)地質(zhì)資料和儲(chǔ)量動(dòng)態(tài)的重要手段，本文針對目前地質(zhì)樣品中鉀含量測量準(zhǔn)確性低的問題，將低本底伽瑪能譜儀應(yīng)用到地質(zhì)樣品中的鉀含量測量上，低本底伽瑪能譜儀具有較強(qiáng)的映射能力，能夠提高地質(zhì)樣品中鉀含量測量的準(zhǔn)確性。希望此次采用低本底伽瑪能譜儀測定地質(zhì)樣品中鉀含量研究方法能夠?yàn)槠渌刭|(zhì)樣品中鉀含量測量提供一定的幫助，提高地質(zhì)樣品測量的準(zhǔn)確性。