环境剂量率 Dose rate
释光测年中环境剂量率测试方法
释光测年技术自提出以来,被广泛应用于第四纪地质、古环境与古气候等领域。释光测年包括两个方面,一是测量样品在埋藏期间积累的环境辐射剂量总量,即等效剂量De,二是测量样品所处埋藏环境的剂量率Dr。
环境剂量率的准确测定是影响释光年代准确性的关键因素之一。环境剂量率指埋藏的矿物颗粒在单位时间内接受的本身及周围沉积环境中的辐射总量,即来自放射性核素的α、β、γ辐射和宇宙射线,前三种辐射主要来源于环境中的天然放射性核素U、Th、K。目前实验室测定环境剂量率大多是通过间接测量样品中放射性核素含量或比活度,再结合其他影响因素(粒径、含水率)进行校正后计算得到。
中子活化法
利用反应堆中子辐照轰击待测样品,使样品中核素衰变生成放射性核素,根据衰变过程释放的特征γ射线的能量和强度对核素进行定量分析。K、U、Th元素活化生成的核素分别为42K、239Np、233Pa,半衰期为12.36 h、2.36d、27.0d,分别属于短、中、长寿命放射性核素,可在不同的衰变时间后进行无干扰测定。
电感耦合等离子质谱法/发射光谱法
电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)原理是:沉积物样品溶解后,使样品进入离子源,产生正离子并聚焦,质量分析器根据质荷比(m/e)大小对离子进行分离、筛选、计数,最终测得U、Th元素的含量。
电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)原理是:样品蒸发转化为气态原子,激发产生光辐射,进而分光形成光谱,通过检测谱线的波长和强度测得K元素的含量。
伽玛谱仪法
不同的放射性核素经过γ跃迁后产生的γ射线能量不同,仪器利用高纯锗晶体或者碘化钠晶体将一定能量范围内(30-3000 keV)的γ射线以计数率的形式记录在多道分析仪中,根据计数率大小计算放射性核素的比活度。
高纯锗γ谱仪由探测器、铅屏蔽室、多道系统、谱图处理系统组成。探测器用来获得γ射线与晶体作用后产生的信号,放置在铅屏蔽室内形成低本底测量环境;多道系统对探测器输出的信号进行处理;谱图处理系统接收多道记录的数据并进行处理分析,然后根据标样校正计算出放射性核素比活度。高纯锗γ谱仪除了能测量238U、232Th、40K比活度,还可以测量一系列子核素的比活度,监测沉积物样品是否处于铀系平衡状态。
另外还有用剂量片在野外直接测量环境剂量率(Aitken,1969;Murray,1981),这种方法最初是针对放射性危险环境测量和个人剂量检测的,这种方法对β、γ剂量率测量效果较好,而α剂量的灵敏度很低。具体做法是将剂量片在野环境埋藏较长时间,最后计算出单位时间的内的环境剂量率。
不同的测试方法根据其原理存在不同的优缺点,同时放射性核素系本身也存在一些影响测试准确性的问题,例如氡逸散、自生铀、钍富集等因素。所以对于不同的样品,还是需要根据野外实际情况选择合适的测试方法。