核测量方法最新版答案

核辐射测量方法

一、名词解释（6）

1.原子能级：一种原子绕行电子数目和运动轨道是一定的，因此，一种原子总是处于一系列确定的稳定能量状态。这一系列确定的稳定能量状态称为原子的能级

2.核素：具有确定质子数、中子数、核能态的原子核称做核素。

3.γ衰变：处于激发态的原子核由较高能态向较低能态跃迁时，发出γ光子的过程，称为γ衰变。

4.半衰期：放射性核素的数目衰减到原来数目一半所需的时间。

5.平均电离能：每产生一对离子（包括原电离与次级电离）入射粒子所损耗的平均能量。

6.粒子注量率：表示在单位时间内粒子注量的增量。

单位时间内，进入单位表面积的球内或穿过单位截面积的粒子

数。

7.吸收剂量：受照物质在特定体积内，单位质量物质吸收的辐射能量。

8.剂量当量：在组织特定一点处软组织吸收剂量与该点处辐射品质因子的乘积。

9.同位素：具有相同的原子序数,但质量数不同,亦即中子数不同的一组核素

10.放射性活度：样品中放射性原子核在单位时内发生衰变的原子核数目。

11.照射量：X，γ射线的光子在单位质量空气中释出的所有次级电子，当他们完全被阻止在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量。

12.剂量当量指数：全身均匀照射的年剂量的极限值。

13.射气指数：在某一时间间隔内，从岩石或矿石析出的射气量与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量的比值。

14.α衰变：放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程。

15.核衰变：放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核并伴随放出射线的现象。

16.同质异能素:相同原子序数和质量数相同而半衰期有明显差别的核素。

17.轨道电子俘获：原子核俘获了一个轨道电子，使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。

18.平均寿命：处于不稳定状态的一种微观粒子（基本粒子，原子核，原子或分子）的平均生存的时间。

19.衰变常数：指原子核在某一特定状态下，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的概率。

20.γ常数：我们把距离一个活度为3.7×107Bq的点状辐射源1cm处的γ照射量率，称为该辐射源的γ常数。

21.基体效应：样品中各元素间的相对含量与化学组成的变化对原位X辐射取样结果的干扰。

二、填空（15）

1.天然放射性系列铀，钍起始元素及半衰期。

铀系：238-U,半衰期：4.468×109a.钍系:232-Th，半衰期：1.41×1010a,锕系:起始核素是235-U，半衰期：T1/2＝7.038×108a

2.α，β，γ与物质相互作用的形式。

α：电离，激发β：电离，激发，散射，轫致辐射γ：光电效应，康普顿效应，电子对效应

3.形成电子对效应的条件。E>=1.02Mev，必须在核库仑场中

4.半衰期，平均寿命，衰变常数之间的关系。T=0.693/u T平=1.44T

5.α粒子的实质。（氦原子核）

6.天然α粒子的最大能量。（8.785MeV）。

7.天然α粒子的最大射程。（8.62cm）。

8.β衰变的三种形式。β-，β+，轨道电子俘获

9.铀系，钍系，锕系能量最大的α粒子。

铀系:214-Po7.687MeV,钍系:212-Po8.78MeV，锕系211Po7.455MeV

10.天然放射性系列β射线能量范围，β能量最大值。

0-3MeV 铀系

11.铀系，钍系，锕系气态核素及半衰期。

铀系—222-Rn；半衰期---3.824d 钍系—220-Rn；半衰期---55.3s

锕系—219-Rn；半衰期---3.96s

12.铀组，镭组如何划分，各包括哪些。

按地球化学特征划分，划为铀组核素和镭组核素。铀组包括238U-230Th，镭组包括226Ra以后所有核素。

13.钍系γ强度分布特征。

85%的光子能量小1MeV，能量为2.62MeV的γ光子占总量的8%，但是其辐射能量总和占整个钍系核素γ辐射能量总和的46%。

14.γ衰变过程实质。

衰变特点：

1.从原子核中发射出光子。

2.常常在  或  衰变后核子从激发态退激时发生。

3.产生的射线能量不连续。

4.可以通过测量光子能量来鉴定核素种类类别。

15.用γ能谱选择铀，钍，錒铀，钾的能量特征值。

（1.76MeV,2.62MeV，1.46MeV）。一般选择的γ辐射体是

214Bi，208Tl,40K

16.自然界天然存在的三个放射性系列。铀系，钍系，锕系

17.铀系子体半衰期最长的核素。

234-U,T1/2＝2.45×105a

18.中子轰击U-235释放的大致能量。200MeV

19.三个放射性系列最后衰变产物。

铀系：206-Pb,钍系：208-Pb,锕系:207-Pb

20.铀系γ射线能谱的主要特征。

1）铀系γ射线谱主要分布在0.5-2.0MeV，大于1MeV的γ强度约占50%，大于2MeV占10.7%；

2）铀组主要238U辐射的0.048MeV和234Th的0.093MeV；

3）镭组的γ谱线多且强度大，主要有214Pb辐射的0.352MeV和214Bi辐射的0.609MeV、1.12MeV、1.76MeV、2.204MeV等；

4）大于1MeV的γ都是214Bi辐射的。214Bi衰变γ总能量占铀系85.6%，214Pb占12.4%，这两个核素γ辐射强度很强，约占铀系的85%。

5)铀系γ辐射主要由镭组214Pb和214Bi产生；

6)铀组γ谱线均分布在低能区，能量小于1MeV。镭组谱线多分布在高能区，有多条大于1MeV的谱线。

21.测定辐射仪自然底数法。水面法，铅屏法

22.放射性标准源按射线如何分类。

按射线种类分类，分别:α射线，β射线，γ射线，X射线，中子，粉末等标准源

23.辐射防护的基本原则。

辐射实践最优化，辐射防护正当化，个人剂量限制

24.外照射的三原则。

时间，距离，屏蔽

25.γ辐射仪用于测什么的仪器。

用于γ射线总量测量的轻便型仪器。

26放射性测井的分类。

可分为γ总量测井和γ能谱测井。

27.地面，航空γ测量分别可分为什么。

γ总量测量，γ能谱测量

28.什么是γ总量测量，能谱测量。

γ总量测量：测量大于仪器阈值的所有能量的γ射线总强度。γ能谱测量：通过测量不同能量范围的γ射线强度。

29.放射性普查的研究对象。

含有天然放射性元素的地质体。

30.初级宇宙射线的主要成分。质子

31.岩浆岩不同种类中铀，钾，钍的分布特征。

不同种类岩石中的铀、钍、钾含量相差很大。酸性岩中的铀、钍含量比中性岩中的约高1倍，比基性岩中的约高6倍，比超基性岩中的约高1000倍以上。所以酸性岩的铀、钍含量是岩浆岩中最高的；酸性岩和中性岩中的钾的含量较基性岩和超基性岩高。

32.地面γ测量检查原则。

线面结合，以面为主

33.变质岩中，铀，钾，钍与什么有关。

与变质前原岩中的含量及其变质程度有关。

34.土壤，大气中钍射气的分布规律。

土壤中氡浓度比陆地大气约高100倍，陆地上空比海洋上空高几十倍。

35.Rn，Th射气与高度的关系。

地面上空大气氡和钍射气浓度及其衰变产物的数量随高度增加而减少。由于钍射气半衰期短，故它比氡随高度增加而减少的幅度要大。氡的衰变产物浓度随高度增加而减少，但减少比较慢。

36.确定岩石中γ背景值和异常下限的方法。

一般取实测岩石γ强度的平均值作为该种岩石的γ背景值，x用表示; 取岩石γ背景值加三倍均方差作为γ异常下限。即x+3σ

37.航空γ测量包括什么.

踏勘设计，飞行测量

38.X荧光分析定性的物理基础。

莫塞莱定律是一个描述从原子发射出来的 X-射线性质的经验定律。这一定律的结论是原子的电子层受激发（例如用高能贝塔射线轰击该元素做的靶板）产生的X射线的频率的平方根与元素的原子序数成线性比。

入射粒子与原子发生碰撞，从中逐出一个内层电子，此时原子处于受激状态。随后(10-12～10-14s)，原子内层电子重新配位，即原子中的内层电子空位由较外层电子补充，两个壳层之间电子的能量差，就以X射线荧光的形式释放出来。特征X射线能量与原子序数的平方成正比，通过莫塞莱定律可以对特征X射线定量分析

39.X荧光分析的产额。

较高能级电子填充特定壳层空位，并发射X射线荧光的几率。

三、简答题

1.放射性物探的三性检查。

仪器达到“三性”要求——准确性、稳定性、一致性。统一仪器能量起始阈，统一标定，统一测定自然底数，统一三性检查。此外，工作前后严格灵敏度检查；仪器更换重要元件后，要进行必要调试，重新标定。

一、准确性检查

用需要检查的仪器测量已知照射量率为I1的标准源，测量结果为I2，两者相对误差为：

则仪器准确性好，符合要求。

如果在±10%以外，则要查明原因，请专业人员修理，切勿自行拆卸仪器。用于γ普查的辐射仪常见故障是NaI(Tl)晶体老化，只要更换同型号晶体即可，需重新标定仪器。

二、稳定性检查

通常用同一个工作标准源，在相同的测量条件下进行长时间读数来检查仪器的稳定性。若读数的偏差不超过±10%，则认为该仪器的稳定性良好。

三、一致性检查

用同一型号的多台仪器在同一测点上测量(应保证各台仪器的测量条件一致)。如果测量结果在允许误差范围之内，则可认为各台仪器一致性良好。

例：多台仪器读数的平均值为I平均，某台仪器读数为Ii，该仪器的允许误差：

可认为这台仪器一致性良好。如果误差超过±10%，应查明原因，予以排除。

2.铀矿勘查分为哪四个阶段，各阶段的比例尺及任务。

预查：比例尺1:10万-1:5万，任务：是研究工作区的区域地质条件和放射性地球物理场特征，寻找有利的含铀层位(地段)、构造、岩性，并确定找矿标志。为进一步开展较高精度地面普查找出远景区。随着可查面积的日益减少与航测的进一步发展，预查并非是每个地区都要进行的必要阶段。

普查：比例尺：1:2.5万-1:1万，任务：研究工作区的地质构造特征，寻找异常点(带)，并研究其分布规律，矿化特征和成矿条件，为详查选区提供依据。

详查：比例尺 1:5000-1:1000，任务：对有意义的异常点带进行追索，扩大远景，进而圈定出异常的形态、规模，查明异常的性质与分布规律、赋存的地质条件、矿化特征。为揭露评价提供依据。

勘探：比例尺1:1000以上，任务：为可行性研究或矿山建设设计提供依据。

3.地面γ测量异常点的标准。

凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上，受一定构造岩性控制，异常性质为铀或铀钍混合者。

4.地面γ测量资料成果图示种类。

a.实际材料图:在地形图上编制，主要内容：地物标志、地质界线、γ测量路线及其编号、异常点带及其编号、最高γ强度值、检查测线、山地工程以及普通物探和化探的工作范围;

b地质物探综合平面图:在图上标出有代表性的异常点、揭露点，并注明其编号和γ强度值。对异常点带的种类(γ异常、射气异常、水文异常及化探异常等)、性质(铀、钍或铀钍混合)，可用不同颜色或符号加以区别。如图面不太复杂，可选用不同颜色表示γ等值线区间。

cγ强度等值图:首先将测点的实际位置展到图上，在每个测点旁注上γ强度值，然后按选定的γ等值线间距采用内插法，将γ强度相等的点连成圆滑的曲线。 dγ强度剖面图:表示沿γ测量剖面，岩石γ强度变化的一种曲线图。如在γ强度曲线下面附上地质剖面，即构成地质物探综合剖面图。能反映引起γ强度变化的地质原因。

e.相对γ强度等值图:如果在一个工作区内有多个地质体，存在多种岩性，各种岩性的γ背景值差异大，用γ等值图将有可能使某些弱异常反映不出来。于是在各种岩性背景值及不同标准差的基础上，按强度等级勾绘等值图。把不同岩性相同级别的γ值圈在一起。

f区域研究程度图:把前人已做过的工作和现在准备做的工作，按工种、范围、比例尺等绘到图上。把有远景的异常点带、揭露点也标到图上，并标注一定的地物标记。

5.影响地面γ能谱测量的因素。

1）测量几何条件的影响2）放射性不平衡的影响3)岩石及大气中射气的影响

4)底数的变化的影响5)其它干扰因素（如：放射沉降物干扰）

6.地面γ能谱测量野外工作步骤。

1）工作前标定仪器。2）选择基点，每天工作前与工作结束之后在基点上测量，检查灵敏度。也可用工作标准源检查。 3）在每一测点上，能谱仪作定时计数，读2-3次数取平均值。读数均记录在记录本上，并记录岩性、构造、浮土情况以及测量几何条件等。 4）为保证测量质量，一般抽选10%的测点进行自检和5%的测点进行互检。

7.基体效应。

实际工作中被测量的样品，往往其成份是由多种元素组成，除待测元素以外的元素统称为基体。由于被测量的样品中，其基体成份是变化的（这个变化一是指元素的变化，二是指含量的变化），它直接影响待测元素特征X射线强度的测量。换句话说，待测元素含量相同，由于其基体成份不同，测量到的待测元素特征X射线强度是不同的，这就是基体效应。基体效应是X射线荧光定量分析的主要误差来源之一。

基体效应是个无法避免的客观事实，其物理实质是激发（吸收）和散射造成特征X射线强度的变化，除待测元素外，基体成份中靠近待测元素的那些元素对激发源的射线和待测元素特征X射线产生光电效应的几率比轻元素（在地质样品中一些常见的主要造岩元素）的几率大得多，也就是这些邻近元素对激发源发射的X射线和待测元素的特征X射线的吸收系数比轻元素大得多；轻元素对激发源放出的射线和待测元素的特征X射线康普顿散射几率比重元素大得多。

8.能量色散X荧光分析的干扰因素。

9.微型X荧光分析中光管的工作原理。

10.大气氡的主要来源，影响变化的主要因素。

大地释放，海洋释放，植物和地下水载带，核工业释放，煤燃烧，天然气，建筑物的释放，磷酸工业。

11.能量色散X荧光分析中，X射线探测器满足那些要求。

12.β能谱为什么连续。

母核经β衰变所释放出的能量被子核、β粒子及中微子（或反中微子）带走。由于三个粒子发射方向所成角度是任意的，所以他们带走的能量也是不固定的。故β粒子的能谱是连续的。

13.137Cs的衰变纲图。

14.什么是放射性谱平衡。

当伽马射线穿透物质的时候，当物质达到一定的厚度时，射线谱线的成分不再随物质厚度的增加而改变，射线谱成分大体一致，各能量之间相对组分大致不变。

15.什么是带电粒子平衡。

如果离开v的每种给定类型和能量的带电粒子就期望值而言为进入v的有同样能量的全同粒子所补充，则对于体积v，存在带电粒子平衡.

16.照射量的物理概念及与吸收剂量的关系。

照射量：X，γ射线的光子在单位质量空气中释出的所有次级电子，当他们完全被阻止在空气中产生的同一种符号的离子的总电荷量。

吸收剂量：受照物质在特定体积内，单位质量物质吸收的辐射能量。 17.40K的衰变纲图。

18.什么是放射性平衡。

在递次衰变中，如果母体的半衰期比任何一代子体都长，从纯母体出发，经过足够长(5～10倍于最长子体半衰期)时间以后，母体的原子数(或放射性活度)与子体的原子数(或放射性活度)之比不随时间变化，称在该母子体之间达到了放射性平衡，又称久期平衡。

19.什么是放射性暂时平衡。

如果母核的半衰期不是很长，平衡时间只能维持在有限时间，当母核全部衰变完成以后，放射性平衡将不复存在，称此时为放射性暂时平衡。

20.解释散射射线照射量率与散射体原子序数的关系。

随着原子序数增大，散射射线的照射量率逐渐降低，轻物质的散射饱和厚度较大，重物质的饱和厚度较小。

放射性暂时平衡。

如果母核的半衰期不是很长，平衡时间只能维持在有限时间，当母核全部衰变完成以后，放射性平衡将不复存在，称此时为放射性暂时平衡

21.γ辐射仪的标定原理及方法。

原理： 1）标定时使用已知含量的点状固体镭源。标定时应首先计算出距标准源不同距离处的γ值，按下列公式计算： A——标准源的伽玛常数，距标准源1m处的伽玛强度。

R——探测器中心至标准源中心的距离，m。

然后在相应距离上测出读数，这样就得出读数和γ值的关系。

计数要减去本底计数。

方法:(1）空中标定法:要求在室外开阔、空旷、平坦、底数较低并平稳的场地上进行。待标定的仪器必须结构牢固，工作正常，并经过统一的能量阈值调节。 探测器固定在标定架上，用一个槽形铅屏屏蔽探测器，使铅屏的一端比探测器顶部长出15~20cm。可以消除散射射线的影响。仪器和标准源的离地高度约2m。保证标准源中心始终在仪器探管的轴线上。

(2）地面标定法:把标准源和探测器放在平整的地面上，若R>1.2m时，仪器记录不到散射的γ射线。若探测器带上铅屏，当R≥0.5m时，也就可以消除散射射线的影响。采用该法除要求远离周围障碍物之外，还要求地面平整，标定场地本底小。另外，标定时的温度也应接近工作时的温度。

22.特征X射线形成过程及X定性分析的物理基础。

1）靶物质吸收入射量子的能量变成激发态，2）放出特征X射线退激

四，论述与计算（2个）

1.γ与物质作用的三个效应。

光电效应：光子同(整个)原子作用把自己的全部能量传递给原子,壳层中某一电子获得动能克服原子束缚跑出来,成为自由电子，光子本身消失了；

康普顿效应：γ光子与原子的外层电子发生碰撞，一部分能量传给电子使它脱离原子射出而成为“反冲电子”，同时光子损失能量并改变方向成为“散射光子”。 电子对效应：当γ光子从原子核旁经过时,在原子核的库仑场作用下, γ光子转化为一个正电子和一个负电子。

2.画出137Cs源在NaI（Tl）闪烁探测器中的仪器谱并解释各个谱形成机理。 一个典型的NaI（T1）谱仪测到的137Cs源的0.662MeVγ能谱

图1上有三个峰和一个平台。最右边的峰A

称为全能峰。这一脉冲幅度直接反映射线的

能量。上面已经分析过，这一峰中包含光电

效应及多次效应的贡献。能量分辨率为8％。

平台状曲线B就是康普顿散射效应的贡献，

它的特征是散射光子逃逸后留下一个能量从

0到E/(11/4E)的连续的电子谱。

峰C是反散射峰。当射线射向闪烁体时，

总有一部分射线没有被闪烁体吸收而逸出。 当它与闪烁体周围的物质发生康普顿效应图1 Na（T1）闪烁谱仪测得 时，反散射光子返回闪烁体，通过光电效应的137Cs能谱 被记录，这就构成反散射峰。当然，在放射

源衬底材料中，以及探头的屏蔽材料中产生的反散射光子同样有可能对反散射峰做出贡献。从（3）式都可看出，反散射光子能量总是在200keV左右，因此在能谱图上较易识别。

峰D是X射线峰，它是由137Ba的K层特征X射线贡献的137Cs的衰变子体137Ba的0.662MeV激发态，在放出内转换电子后，造成K空位，外层电子跃迁后产生此X光子。康普顿边E的能量为0.480MeV。

BaKx峰：137Cs放出γ光子与137Cs的衰变产物137Ba发生光电效应放出K-X特征射线引起的峰。

单逃逸峰：形成电子对效应时产生的两个湮没光子，如果其中一个穿出晶体，并带走能量0.511MeV，则在γ能谱图中，在比全能峰能量小0.511MeV的能量处出现一个峰。

双逃逸峰：如果两个湮没光子都跑出晶体，则在γ能谱图上比全能峰小1.02MeV的能量处出现峰形。

3.计算1Ci60Co在1m处γ射线的照射量率。

由XA=2.98×10-10 m∑nhυμ/d2(c/kg.s)

XA＝2.98×10^-10 ×3.7 ×10^10(1.17＋1.33)×3.5×0.1

＝9.65 ×10-8(c/kg.s)

4.铀系长期平衡时，计算与1g铀相平衡时镭的数量。

5.γ能谱标定原理。

γ能谱仪是用来直接测定岩石或土壤中铀、钍及钾含量的一种仪器，它与辐射仪不同，标定时不用点源，而要在体源(模型)上进行。标定就是在模型上测定各种测量道(铀道、钍道、钾道)的计数率，以确定模型中元素的已知含量与各道计数之间的关系，即换算系数。

NU(U)a1QU(U)b1QU(Th)c1QU(K)

U模型 N U(Th)a2QU(U)b2QU(Th)c2QU(K)

NU(K)a3QU(U)b3QU(Th)c3QU(K)

N

Th(U)a1QTh(U)b1QTh(Th)c1QTh(K)

Th模型 NTh(Th)a2QTh(U)b2QTh(Th)c2QTh(K)

NTh(K)a3QTh(U)b3QTh(Th)c

3QTh(K)

NK(U)a1Q

K(U)b1

QK(Th)c1QK(K) NK(Th)a2QK(U)b2QK(Th)c2QK(K)K模型 NK(K)a3QK(U)b3QK(Th)c3QK(K)

混合模型检查获取的有关换算系数是否正确。用标定后的换算系数来计算铀钍含量，要求得到的含量与已知含量相符合，或不超过允许误差范围，例铀含量相对误差不超过±5%，钍不超过±10%，则可认为系数是准确的，否则须查明原因，重新测定。

采用模型标定尽量减少模型房周围的影响。

待标定的仪器必须结构牢固，工作正常，并经过统一的能量阈值调节。

6.画出便携式X光分析仪工作原理框图，阐述工作原理。

7.便携式X荧光分析仪中，激发源中同位素源与管激发源各自的优缺点。

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