放射性物理测量技术
摘要：简要介绍了我国铀矿勘查中常用放射性物理方法的基本原理、相关的基本概念、当前所采用的一些勘查技术，同时还对我国在相关方面的新技术的研发做了简要介绍。

铀矿勘查和勘探主要有核物探（放射性物探）、普通地球物理测量及地球化学测量等方法，近年来又积极开展应用遥感、电算及分析测试等先进技术的研究，本文主要介绍核物探的当前应用现状。

核物探是由核技术在地学中的应用而形成的一门学科，早期称之为放射性地球物理勘探，简称放射性物探，它是利用岩石的放射性物理性质寻找放射性矿产的一种方法技术。

我国核物探经历了60年的发展，在总体上不断发展壮大，方法技术由单一走向综合，应用由单领域走向多领域。

不光是单一的放射性矿产领域，还用于非放射性矿产领域，在工业、农业、医学和环境等领域也均有应用。

1.γ测量技术
γ测量按测量方式可分为航天、航空、地面、坑中、井中、水底、海底和室内等，按道址可分为γ总量测量和γ能谱测量。

γ总量测量是测量介质γ射线强度（或照射量率）来进行生产和研究。

在铀矿找矿工作中，γ总量测量的主要任务是，在分析研究区域地质背景和成矿地质条件的基础上，通过系统测定各地质体岩石γ照射量率寻找异常点、带，研究γ场特征及其与铀矿化的关系。

从而评价区域铀矿产资源和寻找具有经济价值的铀矿床。

γ能谱测量是利用γ能谱仪，在天然产状条件下，测量岩石或矿体所引起的γ能谱，直接确定岩石或矿石的铀、钍、钾等三种放射性核素含量的一种物探方法。

因为自然界每种丫辐射体都释放出自己所特有的、具有一定能量的γ射线。

所以，只要测出某种能量的γ谱线，就可以确定其相应放射性同位素的存在，并可通过与标准样的谱线强度对比，确定试样中放射性同位素的含量。

2.氡及其子体测量技术
地学界所指的氡主要是天然铀衰变系列中核素222Rn，半衰期为3.825 d，为α辐射体。

氡的子体分为短寿命子体和长寿命子体，氡的短寿命子体主要是：218Po 214Pb 214Bi和214Po,氡的长寿命子体主要是:210Pb 210Bi和210Po。

测量氡的方法种类较多，以测量氡及其子体的α放射性为主（活性炭方法除外，该方法主要测量214Bi放出的γ射线），按照测量时间可分为瞬时测量、累积（积分）测量。

瞬时测量主要测量氡的短寿命子体，该方法工作效率高，但受气象等因素影响大，表现在测量剖面数据起伏变化大；累积测量主要测量对象是氡的长寿命子体，该方法工作效率低，但受短期因素影响小，异常的稳定性较好。

按照测量对象可分为射气测量、氡子体测量。

常用的氡及其子体测量方法有：传统射气测量、218Po测量、α径迹测量、活性炭测量、210Po测量、热释光测量、液体闪烁测氡法、带电和自然α卡测量，以及其他方法如氡管法等。

讲义上对活性炭测量、α径迹测量、210Po测量都有非常详细的描述，因此下面将主要介绍热释光测量、α卡测量和218Po测量。

2.1 热释光测量
热释光法也是一种探测隐伏铀矿的有效方法。

最初是将热释光探测器如CaSO4（Dy）、LiF（Mg , Ti )等埋于土壤中接受天然放射性照射。

若干天之后将其取出，通过加热到一定温度，使其发光，即产生热释光。

热释光的强度与探测器受放射性照射的剂量成正比，据此研究空间辐射场的分布，用于铀矿勘查。

土壤和砂中含有大量具有半导体性质的结晶矿物（如
SiO2 和CaCO3等) , 它们是天然的热释光探测器。

2.2 α卡测量
α卡测量是利用一种镀铝的聚酯薄膜埋于土壤层中，收集氡射气的衰变产物RaA，RaC'，然后用仪器测璇薄膜上RaA，RaC '放出的α射线照射率，以寻找隐伏铀矿体。

这种方法的优点是灵敏度高，埋片时问铰短(只需24小时)，可及时取得结果，卡片可多次重复使用，并可用延长测量时问的办法消除钍射气的影响。

该法适用于气候干燥、浮土较厚的地区。

2.3 218Po测量
该方法属于瞬时测氡方
法，与210Po测量不同，该方法
是通过测量氡的第一代衰变子
体218Po来实现找矿目的。

实施
方法是在野外浮土层中挖一定
深度探孔、埋片取样，用测氡
仪进行218Po测量，可在现场基
本完成整个测量过程。

根据预
期矿体的可能规模，选择适当
的测点距。

此法具有快速、有
效和经济的特点。

研究表明砂
岩铀矿体对应于218Po异常的
低值区，而高值异常则对应卷
状铀矿体的矿头和矿尾；而在
218Po异常的低值区内218Po则
呈相对高值或异常反映。

（如右
图）
3. 裂变径迹蚀刻法
该方法是20世纪70年代发展起来的方法，在热中子的照射下235U计232Th则几乎不发生裂变反应。

而在235U的裂变过程中，放出200MeV左右的巨大能量，其中160mMeV左右转变为裂片元素的功能，使之以较大的速度与周围物质发生碰撞（其射程约为100μm)，并将其能量传递给物质，使物质产生辐射损伤，留下“潜迹”。

这些物质再经过蚀刻，可使“潜迹”变成了“径迹”，进而可用普通显微镜进行计数，计算样品中铀的含量。

3.氦气测量
当铀系、钍系元素衰变后所放出的α粒子与周围介质中的自由电子相结合时，则可形成氦气。

氦是惰性气体，其质量轻，扩散能力强(比氡大7.4倍)，因而可以从氦源体(包括铀矿体)中释放出来并向四周扩散，形成氦气分散晕。

氦气测量就是通过测量土壤中氦气浓度异常来寻找隐伏铀矿体的。

这种方法的工作过程是在测量点上先用钢钎打孔，将专门的取样器插入孔内(插入深度
不浅于1.5 m)抽取气体样品，然后将样品送入室内用质谱仪进行分析，根据分析结果计算样品中氦的相对百分浓度，以发现异常。

上世纪70年代，核地研院与401 所、797部队合作首次在已知铀矿体上方开展氦法找矿试验，采用CH4型质谱计测量土壤层气体样品，获得了明显的氦异常。

5.荧光技术
放射性同位素X射线荧光方法是根据放射性同位素源所放出的X射线照射到研究介质的某一原子上，逐出原子内壳层电子，而形成电子空位。

当邻近壳层的电子补充到该电子空位后，则放出特征X射线（或称荧光）根据特征X射线的能量大小，可区别元素，因特征X射线的能量E正比于某元素的原子序数Z的平方，从而可进行定性分析。

根据特征X射线或荧光强度，可以测出研究介质中元素含量，从而进行定量分析。

按照测量方式分为地面便携式X荧光测量和井中X荧光测量、海底X测量及实验室X荧光分析。

目前已经广泛应用于地质、采矿、选矿、有色、建材、商检、环保、卫生、考古、艺术鉴定等各个领域。

6. 中子技术
中子探测主要包括中子探测，中子能量和中子流强度探测。

中子探测技术中，中子测井技术发展迅速，方法种类较多，包括中子测井、脉冲中子测井、快中子非弹性散射γ射线能谱测井、中子俘获γ射线能谱测井、中子活化γ射线能谱测井。

脉冲中子测井技术是具发展潜力的方向，当前脉冲中子测井主要代表有中子寿命测井、碳氧比中子γ能谱测井、阵列子测井等。

在铀矿中子测井中，瞬发和缓发中子测井技术已经得到应用，瞬发裂变中子（PFN）测井技术是一种分析井中铀矿化的手段，采用脉冲式14 MeV中子发生器，使235U发生裂变，当裂变中子慢化时便被PEN探测器记录来直接测铀。

缓发中子测井是探测借助循环活化的方法使铀发生裂变产生缓发中子的方法来确定矿石品位。

7. 中微子测量技术
中微子物理学是一门与粒子物理、核物理，以及天体物理的基本问题息息相关的新兴分支学科，中微子测量技术也属于核物探的一种方法技术。

中微子是组成自然界最基本的粒子之一，不带电，小于电子质量的百万分之一，几乎没有质量，能以接近光速的运动穿过任何物质，与物质碰撞的几率大约为百亿分之一，极难探测到。

中微子与物质碰撞产生的粒子叫μ介子，生成蓝色光束被称作“切伦科夫光”利用光学探测器将光信号转换成电信号，从而实现中微子测量。

利用中微子进行探矿，不但可以探测深部矿体，而且还可以了解放射性核素在地球深部的分布规律，为探测深部隐伏大型铀矿提供新的技术思路。

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