一種α徑跡蝕刻裝置設計及其在顯微鈾礦物光片鑒定中的應用

范鵬飛，劉付真，吳昆明，蔣紅安，王長城，吳 斌

（1.東華理工大學，江西 南昌 330013；2.核工業230研究所，湖南 長沙 410007）

α徑跡蝕刻法是使用固體α徑跡探測器對礦石、巖石及礦物中放射性元索的分布和存在形式進行錄相［1］。α徑跡蝕刻法是用感光膠片的片基記錄放射性元素衰變產生的α粒子所造成的輻射損傷，經化學蝕刻擴大徑跡的方法［2］。杜樂天、王文廣等在研究華南絹英巖化鈾礦時，α徑跡蝕刻法在鈾礦物賦存、分布規律的研究中起到重要作用［3］；α徑跡測量法作為一種鈾礦找礦方法，楊亞新等研究鈾礦找礦中α徑跡測量方法的影響因素，對氡濃度、照射時間和α徑跡密度的關系以及裝置尺寸、表面放射性沉積物，以及底面固體放射性元素對測量結果的影響度進行了研究，但是其對片基（探測器）蝕刻時仍使用類似燒杯的容器，整個試驗過程是一個對外界空氣開放的系統，容易造成安全隱患以及其它方面的不確定性；范鵬飛等人用光譜干版做α徑跡蝕刻試驗，詳細介紹了試驗的全過程以及α徑跡蝕刻效果，但是其試驗需要避光、需要顯影、定影，過程較為繁瑣［4］；在砂巖型、熱液型等不同類型的鈾礦研究過程中，不同的學者都用到了α徑跡蝕刻這一試驗方法并對試驗過程進行了詳述［5～7］，近年來在鈾礦物賦存狀態研究工作中，α徑跡蝕刻法這一研究手段已經成為一種應用普遍的研究手段［8～10］，因為α徑跡蝕刻法在研究鈾礦物賦存狀態時具有效果明顯、費用低廉、操作簡便等特點。用α徑跡蝕刻法研究鈾礦物的試驗過程中發現：依照前人的工作經驗，片基在制作過程中，照像膠卷需要浸入稍濃的堿水（碳酸鈉溶液）中浸泡幾小時甚至一天，浸泡時間過長；用細鐵絲或其它工具將薄膜片基一片片地吊掛浸泡在蝕刻液中進行蝕刻，容易導致片基粘在一起，導致蝕刻效果不好；蝕刻過程中用細鐵絲將薄膜一片片的吊掛浸泡在蝕刻溶液中1 h左右，一般情況試驗人員都是用塑料燒杯作為強堿性蝕刻液的容器，這樣一個相對開放的蝕刻體系，很容易造成蝕刻液灑落到燒杯外界或者水浴鍋中。

基于α徑跡蝕刻過程中的種種問題，經過多次徑跡蝕刻試驗的總結，制作出一種α徑跡蝕刻裝置，專門用于α徑跡蝕刻試驗。

1 α徑跡蝕刻裝置的設計

1.1 α徑跡蝕刻裝置圖和部件說明

α徑跡蝕刻裝置圖如圖1所示，該裝置主要由三部分組成，第一部分主體為盛放蝕刻液的液槽，材質最好是耐酸堿腐蝕、耐中高溫的材料，如聚四氟乙烯類。液槽形狀設計成橢圓狀，橢圓長軸兩端設有稍微凹陷的卡槽，橢圓形液槽外壁設置有透明的觀察窗，通過觀察窗可看見液槽內蝕刻液的上液面，外壁設置有體積刻度線，可以讀取蝕刻液的體積，設置有溫度計，溫度計接受熱量的部位要接觸到蝕刻液，可以讀取蝕刻液的實時溫度。

第二部分為底坐，液槽底部與底座相連，底座內設置有溫度調節器，溫度調節器和內部的加熱絲相連，用于調節加熱絲的溫度，設置加熱溫度范圍50～80℃；設置有電動攪拌調速鈕，調速按鈕與電機、調速器、攪拌葉片相連，用于調節攪拌葉片在杯內的轉速；設置有電源開關，用于開斷電。

第三部分為膠片夾持裝置，為長方框結構，方框結構的上下兩條邊之間各設置有成對的夾子，方框結構的上邊分別向兩端延伸、上邊的長度大于下邊，方框結構的下邊設置有支架，液槽兩側設置有與膠片夾持裝置的方框結構的上邊對應的凹槽，用于放置膠片夾持裝置。

圖1 α徑跡蝕刻裝置圖

1.2 使用方法和試驗流程

趙鳳民等于1988年已經提出了詳細的α徑跡蝕刻試驗過程，結合前述的α徑跡蝕刻裝置，對趙鳳民等人的試驗方法略作改進，提出新的試驗流程［2］。

1.將照相膠卷裁剪成探針片（或者薄片）大小，把裁剪好的膠片用夾持裝置夾好，將夾持裝置放置于液槽兩邊的凹槽上，即可開始用堿性溶液浸泡去除乳膠薄膜，浸泡去膜過程可以加熱、攪拌浸泡液；等待膠片上的乳膠薄膜溶解后剩下透明片基，用清水沖洗干、晾干。

2.用鋼針在探針片和膠片的四角刻上對位記號，將膠片片基覆蓋在探針片表面上，夾持在夾持裝置中，然后放入干燥的液槽中，液槽上部可以簡單做遮蓋，放在干燥處進行α徑跡輻照。

3.輻照期滿后，取出探針片，繼續將膠片片基夾持放入液槽中，液槽中加入強堿性蝕刻液，調節溫度65℃左右，調節攪拌葉片轉速適當，蝕刻時間1 h左右，取出膠片片基對光觀察蝕刻效果，如果蝕刻效果不好，可以放入蝕刻液中繼續蝕刻，直到出現明顯的徑跡。將蝕刻好的片基洗干凈、晾干。

用此α徑跡蝕刻裝置做徑跡蝕刻試驗，規范了試驗操作，減少無此裝置時對膠片片基操作時造成的劃痕；加熱和攪拌同時作用于蝕刻液，提高了蝕刻效率，同時也提高了堿性溶液中去除膠片表面乳膠薄膜的效率；夾持裝置可有效避免膠片重疊引起的蝕刻效果不佳。繁多的次生鈾礦物，在砂巖型鈾礦石或者低品位礦石中，還大量存在著含鈾礦物、吸附態鈾。α徑跡蝕刻法可以鑒定巖石中鈾的存在形式、鈾的分布特征和鈾礦石的結構構造［1］，比較全面地研究和鑒定鈾礦石。

根據前述裝置圖，按照操作步驟，做了簡單的α徑跡蝕刻試驗，然后觀察試驗效果。本次試驗的樣品全部來自于江西相山鈾礦田，相山火山盆地面積316 km2，卻擁有超過20個鈾礦床，是中國最大的火山巖型鈾礦田［11］，采集的含鈾巖石為花崗巖、流紋英安巖、碎斑流紋巖等相山典型附礦巖石。將樣品按照γ輻射強度的相對大小依次從低到高排列編號，樣品編號、樣品γ輻射強度和輻照時間見表1。

表1 樣品的γ值和輻照時間

2 α徑跡蝕刻法鑒定顯微鈾礦物

鈾在礦石中的存在形式或賦存狀態主要有三種，一般以獨立鈾礦物形式存在，如瀝青鈾礦或種類

2.1 分散吸附形式或含鈾礦物形式

以分散吸附狀態存在的鈾或含鈾的礦物，其對應的α徑跡較為稀疏，呈分散的點狀或顯吸附礦物輪廓。巖石樣品Xs-1中某處的氧化鐵質呈紅褐色，如圖2所示，其對應的α徑跡如圖3所示，α徑跡較為稀疏，但集合體呈現氧化鐵質的輪廓和外形，由此可知該氧化鐵質吸附了一定含量的鈾。所以α徑跡可以鑒別一些含鈾、吸附鈾的礦物。

2.2 以獨立鈾礦物形式存在

圖2 Xs-1中氧化鐵質的透射偏光圖

圖3 Xs-1氧化鐵質對應的α徑跡圖

對鈾礦石樣品Xs-2做α徑跡試驗，然后在偏光顯微鏡下觀察，主要見自形粒狀黃鐵礦、不規則顯微鱗片狀綠泥石、膠狀不透明礦物分布在巖石裂隙中，如圖4所示。根據α徑跡的位置，經過透射光、反射光鏡下觀察尋找，圖像放大后可迅速找到暗灰色、膠狀、粉末狀的瀝青鈾礦，如圖5、圖6所示。

圖4 Xs-2中鈾礦物透射偏光圖

圖5 Xs-2中鈾礦物的α徑跡圖

圖6 Xs-2中鈾礦物反射偏光圖

在礦石光片中，瀝青鈾礦、鈾黑的反射色為灰色、多呈膠狀、腎狀、它形粒狀，一些含H2O（OH-）較高的瀝青鈾礦反射色變為暗灰色，向半透明狀過渡。常見的鐵、錳、鈦氧化物、炭質、甚至一些含金屬元素較高的透明礦物的反射色都是灰色，它們經常在巖石中占據一定的含量，對鈾礦物的顯微鏡下鑒定造成很大干擾。而將α徑跡所在的位置、對應到光片上，能比較容易尋找到鈾礦物，節省鈾礦物的鑒定時間。

2.3 鈾礦石的結構構造

圖7 Xs-3中鈾礦物透射偏光圖

圖8 Xs-3中鈾礦物的α徑跡圖

對鈾礦石樣品Xs-3做α徑跡試驗，然后在偏光顯微鏡下觀察，可見不透明礦物呈細脈狀分布，如7所示，α徑跡也呈細脈狀集合體狀且與圖8中的脈狀不透明脈狀礦物完全重合，鑒定者再根據不透明礦物的光性特征進一步確認為瀝青鈾礦，此處的瀝青鈾礦主要呈膠狀、煙灰狀，反射色灰色，均質，呈細脈狀分布在巖石中，構成細脈狀構造，如圖9所示。因此，α徑跡蝕刻法不僅能幫助鑒定者排除干擾、快速找到鈾礦物，還可鑒別鈾礦石的結構構造。

圖9 Xs-3中鈾礦物反射偏光圖

3 結 論

1.利用α徑跡蝕刻裝置做α徑跡蝕刻試驗，可以規范α徑跡蝕刻的試驗操作，減少對探測膠片的損傷，提高蝕刻效率。

2.中國鈾業公司的戰略重心已經向北方砂巖型鈾礦轉移，砂巖型鈾礦中的鈾礦物多為顯微級別粒度，而且經過國內多年的勘探、開采，肉眼可見鈾礦物的礦石已經少見，因此鑒定顯微鈾礦物正成為鈾礦物鑒定的主要內容；根據α徑跡，可排除其它礦物的干擾，快速、準確地尋找、鑒定鈾礦物，了解顯微級別鈾礦物的分布特征、礦石的結構、構造；還可根據α徑跡尋找到含鈾礦物、吸附鈾的礦物。

3.近年來，許多學者研究鈾礦物都依賴電子顯微儀器與技術，所研究的文章中也少見鈾礦物的光性特征描述［12～16］，相比于背散射圖像，顯微鏡下的礦物圖像更直觀、形象，但是鈾礦物的光性特征是個難點且光性研究資料較少，因此應該將背散射圖像與顯微鏡圖像結合來研究鈾礦物，而α徑跡蝕刻法是顯微鏡下尋找鑒定鈾礦物的重要手段。