氡及其子体的释放和运移规律及机理研究

【摘要】：氡的释放和运移规律及机制研究是氡气测量的基础理论问题,它与氡在地球科学、环境科学等领域的广泛应用密切相关。本文从实验入手,采用静态、累积、高灵敏度的测氡方法,对氡及其子体在较理想条件下的释放和运移规律进行了实验研究,并从实验和理论上对氡释放和运移机制进行了探讨。 实验发现,氡从铀矿物中的释放具有阵发性和自发性,并与铀矿物的种类、粒度大小等因素有关。其机制是:由于铀矿物内部空隙发育各异,Ra经α衰变放出Rn和He,待其在矿物内部空隙聚集到一定压力时,才能由空隙溢出,这是导致铀矿物释放氡呈阵发性和自发性的内因。 实验还发现,氡及其子体的分布具有明显的方向性,而与扩散规律相违背。在向上,向下,横向各为4m的实验条件下,纵向运移能力远大于横向运移能力,向上运移能力也大于向下运移能力:其端点向上,向下,横向运移计数比分别为66%:31%:3%; 向上、向下及横向总计数的对比结果是:54%:35%:11%; 总运移量的对比结果是:54%:34%:12%; 运移系数的结果是:向上0.184cm~2s~(-1),向下0.094cm~2s~(-1),水平0.015cm~2s~(-1); 运移速度的结果是:向上220.4×10~(-6)cm/s,向下181.3×10~(-6)cm/s,水平58.3×10~(-6)cm/s。氡及其子体比重虽很大,但其“自身”却具有明显的向上运移能力,其机制是:氡及其子体经α衰变所放出的α粒子减速后,将成为He核,He核可与氡及其子体形成团簇,当团簇在介质中所受的浮力大于其重量时,团簇便能自行上升。在氡运移机制研究中,借助铀矿石产生的氡和液体镭源产生的氡形成的4He之差异,进一步验证了氡-氦团簇运移现象。论文还建立了氡运移理论分布方程,应用该理论方程对运移实验数据进行了计算,取得了较满意的结果。