天然放射性核素α射線能譜特性

天然放射性核素α射線能譜特性

天然放射性衰變系列中，主要存在鈾系、釷系以及錒系，三個系列中，其母體核素的半衰期都很長，因此在自然界中廣泛存在。它們都有一個氣態放射性核素，都為氡的同位素，分別為²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn，其都能逸散，因而它們的衰變子體可附著于物體表面，這些子體我們稱之為放射性沉淀物。因此，實際應用中在進行天然放射性核素α能譜測量時，主要是對氡及其以后α衰變體產生的α粒子進行測量。錒系總是與鈾系共生的，但錒系中的母體核素²³⁵U量很少，一般情況下，它對測量的影響可不予考慮。因此，只考慮對鈾系和釷系α衰變產生的α粒子的測量。表5-1，表5-2分別為鈾系、釷系衰變鏈中氡及其子體α衰變產生的能量及半衰期^[2]。

表5-1 鈾系222Rn及其子體衰變表

表5-2 釷系220Rn及其子體衰變表

從表5-1和表5-2看出，在鈾系中，²²²Rn發生α衰變產生的α粒子能量為5.482MeV，在其能量附近只有²¹⁴Bi的α衰變產生的α粒子的能量(5.448MeV和5.512MeV)與其接近，但是由于其衰變幾率非常低，約0.033%，因此，其影響可忽略。理論上假如測量系統有足夠的探測效率且射線沒有能量損失射到探測器上（因為Rn222氣體本身是不帶電的，所以實際上這個物理條件是不具備的），則通過α能譜方式測量氡本身衰變的產生α粒子數來實現對氡的測量。²¹⁸Po發生α衰變產生的α粒子能量為6.002MeV，而且在鈾系衰變鏈中，其附近不存在對其形成干擾的α輻射體。僅僅在釷系衰變鏈中，有²¹²Bi衰變產生的α粒子能量(6.005MeV)與其接近。但由于其為²¹²Pb的衰變子體，由于²¹²Pb半衰期為10.64h，比²¹⁸Po的半衰期長的多，同時²¹²Bi半衰期為60.6分，也比²¹⁸Po的半衰期長得多，加上其衰變幾率只有33.7%，因此在實際測量工作中，通過釷射氣平衡時候Po212的計數，扣除²¹²Bi對²¹⁸Po的測量影響的影響。²¹⁴Po發生α衰變產生的α粒子能量為7.687MeV，在鈾系和釷系中均沒有其它核素對其產生干擾，因此其能量具有特征性。在釷系中，²²⁰Rn發生α衰變產生的α粒子能量為6.282MeV，在其能量附近沒有其它核素能量對其形成干擾，在高能量分辨率的α能譜測量系統中，能分辨出其能量特征。但是由于²²⁰Rn半衰期短，其逸散距離很短。同時由于不帶電，也不能滿足能譜測量的物理條件，因此也不適合對其進行能譜測量。²¹⁶Po發生α衰變產生的α粒子能量為6.774MeV，²¹²Po發生α衰變產生的α粒子能量為8.785MeV，這兩個能量附近，在鈾釷系中均沒有對其產生干擾的核素能量。因此，采用α能譜方式對其定性測量。