| 单词 | 核分析技术在地质学中的最新应用 |
| 释义 | 【核分析技术在地质学中的最新应用】 拼译：application of nuclear analysis techniques in geology 当代地质科学发展趋势之一，是地质学正由以找矿为主拓宽到为解决人类社会发展所面临的环境问题。 已经发现，在核辐射的轰击下，原子或离子能从晶格格点上位移出来。负离子位移形成的空位带正电，并且可以捕获自由电子。石英中的氧空位在捕获一个自由电子时可形成一个顺磁中心。当顺磁中心密度很大时，物质就具有顺磁性，其磁矩来源于电子自旋。根据塞曼效应，当顺磁中心的磁矩仅取决于电子自旋时，那么在外磁场中电子将分成两组，一组位于较高能极(1／2)gβH，另一组位于较低能级－(1／2)gβH。其中β是玻尔磁子，g是自由电子谱分裂因子，H是磁场强度，处于上下两能级的电子数目之比为：N1／N2=e－hv／kT 式中k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度，h为普朗克常数。如果在这个系统上加一个频率为v的高频电磁场，那么电子就会从一个能级向另一个能级跃迁。从低能级向高能级跃迁时，需吸收能量；从高能级向低能级跃迁时，要释放能量；两个跃迁过程的概率相同。但由上式看出，位于低能级上的电子数目N2多于高能级上的N1，所以最终发生吸收能量的过程。此时发生电子自旋共振，共振条件为hv=gβH。 待测样品在共振腔内吸收高频电磁场能量的多少正比于样品中的顺磁中心浓度。例如石英的谱分裂因子g值与自由电子相近，约在2．0005±0．0003之间，g值与样品晶格结构有关，不同的矿物，其g值也不同，振幅J越大，石英中所含的顺磁中心浓度越高，表明试样所吸收的核辐射累积剂(TD)值也越大。由于在试样埋藏过程中，周围岩石给予它的年剂量(AD)值，一般认为是一个取决于岩石中铀、钍、钾含量的定值，因此采用“附加剂量法”即给一组等量的试样施加不同的人工γ(60Co)或β(90Sr－90Y)剂量，然后分别测定每一个ESR试样的振幅J之值，经过适当的拟合，可以得到振幅与剂量的相互关系，根据此关系很容易得到此石英样品在天然埋藏状态下共吸收的累积剂量值(TD)。利用堆中子活化分析法可以测定原岩样品中铀、钍、钾的绝对含量，结合采样点的地质情况，采用合理的年剂量模式可获得岩石给予石英的年剂量值(AD)，于是年龄值可由比值TD／AD确定。石英顺磁中心的寿命与环境温度有关。在表生条件下，t≤50℃，实际上顺磁中心浓度并不衰减；当t≥100℃时，顺磁中心寿命变短，在300～400℃持续加热条件下，石英中先前形成顺磁磁中心会迅速消亡，当这种强烈的热事件结束之后，石英又开始重新吸收辐射剂量形成的顺磁中心。由此可见，石英作为“计时剂量器”，其ESR年龄对不同的地质作用具有不同的意义，断层强烈活动产生的热退火和粉碎作用可使断层岩中石英颗粒早先形成的顺磁中心消失，此时ESR年龄表示断层最后一次强烈活动的年龄，对于断层岩中重结晶形成的石英颗粒，显然其ESR年龄表示发生重结晶作用的年龄。断层的ESR测年技术还处于完善阶段，虽然有些理论问题和技术方法问题有待于系统研究，但已取得了一些可对比的结果。例如，长江巫峡区湖北巴东县附近长江岸边黄腊石滑坡的研究表明，该滑坡深部变形体是在岩坡形成之后，由于经受长江水的软化作用，岸坡体中砂泥岩层的力学性质变差，在重力作用下导致产生滑坡，上述结论与长江河谷发育史一致，并且为研究滑坡机理和滑坡治理方案提供了依据。据行家预测，在中国核物理地质学家的共同努力下，几年之后，将能在ESR年代学研究方面赶上世界先进水平。在环境地质学中研究活断层的另外一个目的就是预报强烈地震。按照地质学的一种观点，地壳表面可以分解成若干个几何和物理片块，它们彼此之间由相对可塑的构造破碎带联系着。当这些片块进行相对运动而受到挤压时，岩石释放氡射气(222Rn)的能力增强，即松散构造带土壤的氡场中含有岩石应力变形状态的信息。这种信息可利用氡的核探测技术在现场进行动态提取。从1981年1月到1989年6月底В．П．Pyдaков等连续8年对亚美尼亚的一条近南北向的构造破碎带中的氡场时变特点进行了动态观测，同时，他们还观测了大气压和地球自转速度，记录了以观测台站为中心方圆400km半径范围内地震释放能量的月平均值。据此В．П．Pyиaков认为，太阳辐射引起大气循环并改变着地球的热状态，使地球自转速度发生变化并发生区域性形变，岩石的区域性形变引起氡场特点的变化，因此若氡的月平均释放量连续在数月之内保持强烈摆动趋势，则很可能将会发生强列地震。利用238U的气态子体核素氡预报地震的研究工作在国外已进行了多年。В．П．Pyдaков的研究之所以有说服力，主要是他不是孤立的进行氡测量，而是把一切与释放氡射气的因素有联系的物理现象加以综合研究而且坚持不懈地连续观测了8年时间。这表明，综合地质学、核物理学以及物理学的多种观测结果，才能揭示自然现象的规律。预报灾害性地震在国民经济中具有非常重要的意义，氡的核探测技术在预测地震活断层方面将不断完善而且将会有较好的应用前景。随着地质研究的不断深入，在每一个阶段都会出现一些新的找矿思想和新观念，若无先进的核探测技术，这种新思想和新观念很难得到验证。近年来，轰动矿业界的用来寻找隐伏矿体的地气法的提出和发展就是一个生动的实例。在前苏联科拉半岛的一口深12km的钻井中，地质学家发现了一些奥秘。在井深5km以下，每增加100m，地温上升2．5℃，而过去传统认为该处每增加1000m才增加1℃。不仅如此，在距地面11km深处，发现弥漫流动的天然气体和含有矿物质的高热水。这类现象使地质学家们想到，地下这种热流体会缓慢地向地球表面迁移，当这种上升地下水流经矿体时，水中所含的微小气泡由于水与矿体之间发生的反应能摄取矿体中极其微量的金属元素，并随气泡一起向地面继续迁移。最后，在地表疏松层中有可能形成含有多种金属元素的地气异常。如果采用一种高灵敏度低检出限的核分析方法来探测地气中含有哪些金属元素以及含量有多少，那么，就可以根据地气异常来寻找隐伏矿体。这就是瑞典Boliden Mineal AB公司和伦德科学技术学院核物理系的研究者们共同提出的地气法的基本思想。传统的气体地球化学勘查法认为，某些隐伏矿体能够不断散发CO2、H2S、O2、Rn等气体，这些气体组分也向地面迁移，因此测量这类气体浓度可以寻找隐伏矿体，然而地气法测量的却是上升到地面土壤中的一批金属元素，而且地气来自较深部位，其找矿深度比较大。从地气法的构思可以推知，上升地气流带到地表的金属元素的含量甚微，实现地气法的关键在于采用一种特制的且本底极低的超净捕集器来提取地气中的金属元素，同时采用微量或痕量元素分析法来检测这些金属元素，在解决上述技术关键方面，质子荧光分析法(PIXE)和中子活化分析法起到了极其重要的作用。瑞典采用一直径为25mm的圆形玻璃片，一面蒙上一片聚苯乙烯薄膜作为野外地气捕集器，地气中金属元素的测量采用了P1XE法。此法是用质子束轰击样品，激发聚苯乙烯薄膜上捕集到的金属物质的内电子层，使之发射出X射线，利用安装在脉冲高度分析系统中的锗探测器，记录各种能量的特征X射线，根据特征X射线的能量区分元素种类，根据特征X射线的强度确定元素的含量。在地气样品分析中，由于聚苯乙烯膜很薄(面密度为20～30μg／cm2)，选用了能量为2．55MeV的强质子流，质子束直径8mm，束流250nA，可使样品被充分激发，在2min辐照后便可进行X射线谱的测量。这种方法的效率高，每天可快速分析薄膜300～400片。【参考文献】：1 梁中兴，等．核技术，1991，14(2)∶792 童纯菡，等．科学通报，1990，16∶1280(中国科学院高能物理研究所李士研究员、成都理工学院梁中兴教授撰) |
| 随便看 |
科学参考收录了7804条科技类词条，基本涵盖了常见科技类参考文献及英语词汇的翻译，是科学学习和研究的有利工具。