氡衰變產物

²²²Rn衰變能產生一系列短壽命的衰變產物,這些衰變產物能附著於平板或金屬絲的表面上。用簡單的計數方法能夠測量衰變產物²¹⁸Po和²¹⁴Po的α放射性。

這種現象有可能用於直接找鈾。實驗室的研究表明:

氧的衰變產物能被收集在各種材料上(包括各種金屬和塑膠),

α強度的增高與收集器的表面積大小有關;

用加負電壓的方法可以增強收集作用。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，氡- 222及其衰變產物在一類致癌物清單中。

基本介紹

• 中文名：氡衰變產物
• 外文名：radon decay products
• 學科：能源工程
• 別稱：氡子體
• 定義：氡的短壽命衰變產物
• 主要包括：釙-218、鉛-214、鉍-214

簡介

在最近十年中鈾勘探技術已有了發展,包括用土壤樣品直接在野外和實驗室里進行氧的探測和測量。雖然氡的母體是鐳,不是鈾,但土壤中氡的分布常常能反映深部的鈾礦床。氡有三個有意義的天然同位素:²¹⁹Rn、²²⁰Rn和²²²Rn。在這三個天然同位素中,僅²²²Rn在化探中是重要的。首先,它屬於²³⁸U衰變系列,其次,它有相對長的3.8天半衰期。²¹⁹Rn和²²⁰Rn有非常短的半衰期,它們分別屬於²³⁵U和²³²Th衰變系列。

可以用各種方法在野外探測氡,包括土壤氣取樣方法、徑跡蝕刻法和固體α粒子探測器方法。另外,浸飽法能用來間接地測量未固結物質中的鐳。在本文中我們介紹一種鈾礦普查的新方法。我們認為,與其它方法相比,它有優越性。

在評價探測氡的各種方法及其在鈾礦勘探中的套用效果的過程中,我們注意到盧瑟福所做的一個特殊試驗。盧瑟福把含有鐳溶液的一個小的開口容器放入一較大的密封容器里,然後將一些圓片置於這大容器的空氣中。經實驗發現,暴露於大容器中的圓片上收集了“鐳射氣”所形成的“放射性沉積物”。所謂的“鐳射氣”當然是氛,而“放射性沉積物”則是氡的短壽命衰變產物。我們研究了這種現象是否能直接運用於鈾礦普查。為此,我們進行了一系列的試驗來確定它的套用遠景。

實驗室結果

為研究氧衰變產物的收集效果,在實驗室條件下進行了一系列試驗。用抽氣機使空氣通過0.5微居里““Ra溶液而進人容量各為70毫升、400毫升和29升的容器內。將銅片、塑膠和其它材料的收集片置放在含有氛氣的容器中10分鐘、3小時或一夜,然後用α粒子閃爍室計數;測量的方法是,從容器中取出收集片後立即進行連續幾次的一分鐘測量。閃爍計數室所探測的是²¹⁸Po和²¹⁴Po,因為它們都是α放射體。其它氧衰變產物(²¹⁴Pb和²¹⁴Bi)是日放射體,不被探測。

所進行的觀測項目如下:

(1)不管收集片是用什麼材料製造的,在所有收集片上都測到α放射性。相同尺寸、形狀的金屬片(包括銀、銅和鋁)和塑膠片收集到相同量的放射性。對於許多相同材料的收集片所進行的重複性研究表明,所測總強度的重複性在30%總放射性內。

(2)對收集片的表面積所進行的研究表明,面積較大的收集片上的放射性強度要高得多。所得結果示於圖1。目前得到的數據表明,表面積和放射性強度之間的關係不是線口性的,對較小的收集片來說,其單位面積的放射性強度要比較大收集片的高。

(3)雖然目前尚不完全了解衰變產物是如何被收集和附著於收集片上的,但可以看出,一旦衰變產物被收集,便能牢固地附著在收集片上,而不會有任何遷移。收集片從儀器中取出後,儀器本底始終保持在正常範圍內。

(4)從容器里取出收集片後,在收集片上的放射性在第一個十分鐘內衰變的速度要比隨後的衰變速度快(圖2)。開始時衰變的相對較快,主要是由²¹⁸Po衰變引起的。

(5)用3小時的收集時間與10分鐘的收集時間相比,則3小時所收集到的強度要比10分鐘的大得多。與3小時的收集時間相比,一夜(大約17小時)的收集結果並沒有顯著的增加,3小時後所達到的接近平穩狀態的放射性強度受氧衰變產物的半衰期所控制。用貝特曼連續轉換方程進行的計算表明,假設每種衰變產物的收集率作為時間函式幾乎不變,則3小時可預期達到一個似穩定的狀態。

(6)雖然全部三個容器里的氧濃度是相等的,但大容器中的收集器所收集到的放射性比小容器中的要高。這很可能是由於在小容器里存在著較小數目的衰變產物所致。

(7)將幾個放射性收集片放在閃爍室里一夜,第二天測量時,除了儀器本底外,沒有顯示任何放射性。因此可以認為,具有3.8天半衰期的氧本身不會附著於收集片上。α放射性僅是由氧的短壽命衰變產物造成的。實驗室研究表明,這種收集方法可能足夠靈敏,能夠用來探測土壤氣中的氧或土壤樣品中的鐳。

野外結果

位於涅太華城西大約20公里的南馬奇鈾一銅礦點被選為新方法的試驗地段。鈾一銅礦化以含鈾的碳氫化合物形式存在,伴有黃銅礦和黃鐵礦。它產於馬奇組砂岩層的粗顆粒相內;馬奇組是古生代的互層砂岩和白雲岩。

採用根據放射性測量編繪的鈾分布等值圖作為底圖。按圖3所示格線進行了測量。在每一測點上打一個約20厘米直徑的測孔,深人蓋層土壤中。大多數測孔都能達到基岩。每個測孔中放入一個收集片,然後用一塊30平方厘米的膠合板把測孔蓋住。收集片留在測孔中3小時或更長一些時間。用銅片和塑膠片(3.8X4.5厘米)進行了試驗。

圖4(b)和(c)所示結果是用銅片和塑膠片取得的。將收集片測量結果與上述鈾分布底圖〔圖4(a)〕進行了比較,有一部分相符。比較表明,兩種方法都能圈出異常。兩種收集片測量之間的細節差別可能是由土壤中氧數量受周日變化和氣象影響所致。

圖5所示是沿基線用塑膠收集片進行重複性研究測量的結果。雖然二次測量的峰的幅度有變化,但峰型在兩種情況下幾乎相同。二次測量都能圈出可信的異常。除了野外研究之外,還研究了測量土壤樣品中鐳的方法。把從每個測點上取來的土壤樣品(50克)放人227毫升的玻璃罐中,並把收集片懸掛在土壤樣品之上。經幾個²²²Rn的半衰期之後,²²⁶Ra產生的²²²Rn便可接近最大值。採用30天的收集時間(約為²²²Rn的8個半衰期)。圖4(d)和(e)所示是二次土壤樣品測量的結果(一次用銅收集片,另一次用塑膠片)。兩次測量均清晰地指示出異常。

圖6(b)所示是另一次土壤樣品的測量結果。但所用樣品取自不同的深度,使用銅收集片。圖上示出了大致的樣品深度。上部剖面線把放射性最大值的各點連線在一起,下部的剖面線則把放射性最小值的各點連線在一起。不管取樣品深度如何,根據這二個剖面均可圈定出類似的異常。

盧瑟福曾對觀測到的一種現象發生了興趣。大多數放射性物質能被收集在帶有大約300伏負電位的小收集片上。通過觀察,他認為空氣中的氧衰變產物是正離子。為了把這種現象用於鈾礦勘探,用帶電收集片進行了研究〔圖6a()〕。所用的樣品重量和收集片與圖6(b)的相同。圖6(a)所示的帶電收集片的測量結果與盧瑟福的觀察相符。帶電收集片上的放射性大約是不帶電收集片的2.5倍,顯然用這種帶電方法可以提高收集片的靈敏度。

與其它方法的比較

我們的研究清楚地表明,用收集片方法可以探測到的鈾礦化,既可採用在野外土壤層中挖孔懸掛收集片的方法,也可在實驗室中用土壤樣品進行收集測量。為把收集片法與已採用的測氧方法相比較,沿著南馬奇測網的部分基線進行了土壤層抽氣測量。所得結果與我們用銅收集片的測量結果進行了比較(圖7)。抽氣測量是在3小時內完成的,以便最大限度地減少周日變化和氣象因素造成的影響。土壤層抽氣測量和收集片測量的剖面圖上均有二個明顯的峰。在幾個測點上土壤層抽氣測量的值為0,可能是由於土壤孔隙中充水的結果。

為了進行進一步的檢驗,採取了土壤樣品,並用常規螢光法分析鈾。其結果與收集片的結果很相符。

從上述各種剖面圖可以看出,它們相互之間是類似的。因此可以認為,收集片方法與螢光測鈾法和土壤層抽氣測氧法相比,在效果上是有利的。