低本底伽瑪能譜儀測定地質樣品中鉀含量研究

馬玉華，肖孟權

（江西省核工業地質局二六四大隊實驗室，江西 贛州 341000）

地質樣品中鉀含量的測量對分析地質樣品有重要的意義，目前對于地質樣品中鉀含量測量技術上存在一定不足，在樣品處理過程中，會用到一些腐蝕性很強的物質，這種方法容易對環境造成嚴重的污染，并且樣品處理時間長，這種測量方法導致樣品空白過高，影響地質樣品中鉀含量的測量結果，基于目前存在的問題，對低本底伽瑪能譜儀測定地質樣品中鉀含量進行研究[1]。低本底伽瑪能譜儀測量能量范圍內的伽馬射線，能夠獲取天然放射性核素、人工放射性核素以及其與地殼物質相互作用產生的相關信息，根據這些信息能夠進行放射性礦產資源勘探，還能夠進行地質填圖、金屬礦產勘查等。

低本底伽瑪能譜儀的檢測原理是當射線光子進入檢測器后，在晶體內激發出一定數目的電子空穴對，根據空穴對判斷X射線能量的大小[2]。并且低本底伽瑪能譜儀能夠對材料微區成分元素種類與含量分析，配合掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡的使用更準確的對樣品含量分析。基于低本底伽瑪能譜儀測定特點，對地質樣品中的鉀含量進行預測，采用實驗的方法對地質樣品中的鉀含量進行了測量，測量結果表明，鉀含量測量時會受到氣溫、氣壓等的影響，同時證明了低本底伽瑪能譜儀測定的有效性，具有一定的實際應用意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本次對地質樣品中鉀含量的研究采用低本底伽瑪能譜儀作為測定儀器，其由探頭、主機、電源等部分組成，該能量分辨率能夠達到180eV，采用聚四氟乙烯密封罐；可控溫恒溫干燥箱[1]；實驗用水為去離子水。

實驗選用某地礦山的地質樣品，采用粉末壓樣片法進行制樣，并將地質樣品放到100°～105°的溫度下進行烘干，烘干時間為2h，目的是減少實驗過程中濕度對地質樣品測量的影響，在此基礎上，將其粉碎并研磨，加強地質樣品的均勻性，最后將樣品裝入樣杯后，進行壓片，樣品的時間測量時間為400s。

1.2 實驗方法

將上述準備好的地質樣品傳輸到微型反應堆垂直輻照孔道內進行照射，將照射后的樣品放到相同的集合條件下，利用低本底伽瑪能譜儀分析系統對其放射性進行測量。并將消化樣液、試劑空白對照[2]、鉀標準試液分別倒入到火焰中，對其發射強度進行測定，由于樣本中的數據維度較高，并且變量與變量之間存在一定的關系，直接獲取其中的信息較難，所以引入空氣吸收劑量參數，對地質樣品中的鉀含量測量時的干擾因子進行去除，計算公式如下：

公式（1）中，F代表地質樣品中的鉀的百分含量，M代表樣本對應的單位特征量，0.255代表地質樣品中鉀含量的換算系數，me-mb代表干擾因子，此次計算不做定向分析。

通過上述計算完成對鉀含量的測量，在上述實驗材料和方法準備完成的基礎上，在下一步得出實驗結果。

1.3 實驗結果

將上述計算的測定結果允許差小于等于0.35g/100g，在此基礎上，將地質樣品以此放在譜儀上進行測量，將測量的時間控制在小于樣品和標準樣中放射性核素的半衰期，以此確定邊界道，從而得到刻度系數，并以鉀含量的對應濃度發射強度繪制標準曲線，鉀標準濃度與發射強度曲線如下圖所示。

圖1 鉀標準濃度與發射強度曲線

通過上述過程完成地質樣品中鉀含量的測量，將在下一步進行討論分析。

2 討論

通過測量發現，地質樣品中的各種元素都具有自己的X射線特征波長，其特征波長的大小取決于躍遷過程中釋放出的特征能量。低本底伽瑪能譜儀根據不同元素的射線光子特征能力不同特點進行成分分析，在進行測量時，晶體激發出空穴對，當射線光子能量越高時，空穴對數越大，同時電流脈沖高度取決于空穴對的大小，并按照高度脈沖分類進行技術，以得到按能量大小的圖譜。此次研究，首先對選取地質樣品，對地質樣品進行準備，并準備實驗儀器，在此基礎上區分原始線上的全能峰，得到鉀含量的特征向量，通過測得待分析樣品中的鉀的活性確定的鉀的含量，以此完成了對地質樣品中鉀含量的研究。通過使用低本底伽瑪能譜儀對地質樣品中鉀含量發現，當能量分辨率能夠達到180eV時，地質樣品匯中的鉀含量伽瑪射線呈遞減趨勢，儀器所能探測到的伽馬射線強度相對較弱，并且不同的能量分辨率對不同能量的伽馬線的吸收系數也不一樣。并且，在地質樣品中鉀含量測量時會受到氣溫、氣壓的變化，當氣溫低于26°時，地質樣品中的鉀含量輻射水平也會隨之增加，兩者呈正向關的關系，與氣壓變化呈負相關的關系。同時，在使用低本底伽瑪能譜儀測量時，其允許誤差在0.001內，最大的迭代次數為1000次，測量直到滿足鉀含量測量精度位置。研究發現，低本底伽瑪能譜儀能夠在異常的地質樣品中對鉀含量有效測量，以此完成低本底伽瑪能譜儀測定地質樣品中鉀含量研究。

3 結語

綜上所述，地質樣品測量是收集工作區內地質資料和儲量動態的重要手段，本文針對目前地質樣品中鉀含量測量準確性低的問題，將低本底伽瑪能譜儀應用到地質樣品中的鉀含量測量上，低本底伽瑪能譜儀具有較強的映射能力，能夠提高地質樣品中鉀含量測量的準確性。希望此次采用低本底伽瑪能譜儀測定地質樣品中鉀含量研究方法能夠為其他地質樣品中鉀含量測量提供一定的幫助，提高地質樣品測量的準確性。