核乳胶方法及其在核地质研究中的应用

郭建，李子颖，李秀珍

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

核乳胶方法及其在核地质研究中的应用

郭建，李子颖，李秀珍

（核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

核乳胶方法在核地质研究中应用广泛。通过介绍核乳胶方法原理、实验过程及研究历史，重点讨论该方法在核地质研究中的具体应用和有关问题。研究认为开展多学科综合系统研究是核乳胶方法今后发展的方向。

铀矿；核乳胶；α径迹；赋存状态

核乳胶方法在铀矿地质中的研究应用始于二十世纪五十年代，主要使用英国A-2型感光板用来查明铀、钍元素在矿石中的分布特点和存在状态（形式）。核乳胶感光板在研究工作中的缺陷在于，感光板与样靶片分离，中间存在空气层，不能准确测量径迹长度；对于细小的放射性质点，很难精确地定位。使用液体核乳胶则可以弥补这些缺陷。

二十世纪六十年代，杜乐天采用从前苏联带回的液体核乳胶方法来开展铀矿地质研究工作。当时该方法在铀矿地质领域中的应用，主要集中于放射性元素的分布及赋存状态，在岩石学、蚀变岩石学和矿物学等学科中的研究尚处于定性描述阶段。二十世纪八十年代以后，由于多种原因，核乳胶产品货源中断，在铀矿地质研究工作中核乳胶应用一直处于停滞状态。二十一世纪以来，核工业北京地质研究院地质矿产研究所重新建立了核乳胶方法实验室，并投入使用。本文介绍核乳胶方法的原理、实验过程及应用，以便在铀矿地质研究中得到进一步推广。

1 核乳胶方法的原理及实验过程

1.1 核乳胶方法的原理

核乳胶方法是利用带正电的α粒子在原子核乳胶层内形成径迹，并根据径迹的形态、长短、分布特点以及疏密程度，来确定岩石或矿石中放射性元素的种类、赋存位置、赋存状态及其存在形式［1-2］。通过铀标准片与待测样品的径迹对比来确定岩石或矿物中的铀含量；根据核乳胶潜像退化来确定岩石和矿石的铀、钍含量比。

核乳胶是由卤化银微晶体和明胶均匀混合而成，卤化银微晶体主要是溴化银，含有少量的碘和镉。溴化银微晶体是离子型晶体，Ag+和Br-排列在晶格中，在晶体表面有一层多余的Br-，形成一个保护层。当乳胶浸泡于显影液中时，由于这层保护层的静电排斥作用，使得显影液中负离子不能与溴化银微晶体起作用。但是，晶体表面往往存在由若干个银原子组成的银斑，称为“灵敏中心”，另外在晶格间隙中存在一些“间隙银离子”，在常温下可在晶体内部迁移。当一个带电粒子穿过溴化银微晶体时，由于电离作用，在晶体中产生了一些自由电子，例如Br-→Br＋e-。这些电子中的一部分同溴原子复合而浪费掉了，另一部分落在灵敏中心上。俘获了电子的灵敏中心带有负电，将间隙银离子吸引过来结合成银原子。这样反复进行，灵敏中心上的银原子越积越多，成为“潜影”［2-4］（图1）。

图1 溴化银微晶体示意图Fig.1 Schematic draw ing of silver brom ide m icrocrystal

当潜影超过一定大小之后，就使溴化银微晶体表面的溴保护层产生了一个缺口。这样的溴化银微晶体与显影液接触时，潜影银斑起了催化剂的作用，使溴化银微晶体很快还原成银粒。经过显影处理后再作定影处理，没有潜影或潜影太小的溴化银晶体全部溶解，剩下的就是由于有较大潜影而已还原的银粒。在一个带电粒子经过的路程上断断续续地留下一串银粒，显微镜下观察呈现一条黑色的径迹。径迹的长度即是射程。放射性质点能量越低，射程越短；质点能量越高，射程越长。地质研究中常用的核乳胶为核-2型，主要记录α粒子径迹，地质产物中α粒子径迹最长的为ThC′的α粒子，在乳胶中射程约为47μm，因此实际应用中应保证乳胶层厚度在47～50μm之间［5］。

1.2 核乳胶方法实验步骤

核乳胶实验包括磨制光薄片、注胶、曝光和显像4个步骤。整个过程应严格在暗室红光下进行。

普通岩石或矿石光薄片即可满足核乳胶实验要求。光片不适用于核乳胶方法，这种情况下可以选用核乳胶感光板。

实验进行时，首先视工作需要取一定量核乳胶放入烧杯中，加入固化剂，将烧杯置于恒温45℃的水浴锅中，使乳胶融化。待乳胶融化为流体，按1 mL乳胶涂10 cm2的比例，用吸管小心将乳胶滴注于光薄片上，并用玻璃棒将乳胶铺平，然后使之风干成为50μm的胶层，置于一定湿度的冰箱中进行曝光。曝光时间视样品放射性强度及研究目的而定，但又取决于核乳胶生产的质量。潜像退化快的核乳胶不能用于岩石学的铀配分研究，只能用于矿石的存在形式和配分研究，原因是正常花岗岩或酸性火山岩曝光需要一个月左右，核乳胶不可能记录下主要造岩矿物中放射性物质的存在状态，α粒子产生的潜像在显影前就已消失。对于其中含铀量稍高的副矿物如锆石、磷灰石、独居石，也只能记录极少α粒子径迹。

显影和定影在一定浓度的显影液和定影液中进行。显影液恒温于19℃，把薄片放入显影液中（乳胶层朝上）显影45～55 min，取出放入清水中10 min，然后在20℃定影液中定影。待乳胶透明后即可取出，用流水进行较长时间的冲洗（约1 h）。最后晾干，即可在显微镜下进行观察。

2 核乳胶方法在核地质研究中的应用

2.1 核乳胶方法在矿物研究中的应用

核乳胶方法在放射性元素矿物、非放射性元素矿物和含放射性元素矿物研究工作中的侧重点是不同的。对放射性元素矿物进行研究时，主要查明放射性矿物的产出状态、放射性矿物形成对周边矿物的污染和放射性元素的种类；对于非放射性元素及含放射性元素矿物研究时，主要查明放射性元素在这类矿物中的存在形式和强度。

2.2 核乳胶方法在岩石研究中的应用

在岩石学研究中，核乳胶方法主要集中在侵入岩的矿物组成、铀的配分和存在形式研究。研究表明，岩石中放射性元素铀、钍存在形式有两种：

1）结晶矿物形式（状态）：当核乳胶上表现为密集型的α径迹时，有独立的结晶铀和钍的矿物存在，如：晶质铀矿（图2A）、沥青铀矿（图2B）、钍铀矿、铀钍石或钍石；有类质同象代换的矿物存在，如：锆石（图2C）、独居石（图2A）、磷钇矿、褐帘石；或是在包裹体中存在的结晶矿物质点，如：独居石中的晶质铀矿、锆石中的晶质铀矿、锆石中的磷钇矿。

图2 α径迹镜下显微照片Fig.2 M icrographs ofα-track

2）离子形式（状态）：这种形式（状态）在核乳胶上表现为分散密度强度变化较大的α径迹。根据产状划分为：矿物结晶带及边、棱表面的吸附（图2C）；胶体矿物吸附；黏土质矿物吸附（图2D），晶格缺陷吸附和流体包裹体中存在的放射性元素呈离子形式存在。

2.3 核乳胶方法在矿床研究中的应用

在放射性矿床研究中，工业元素富集形成往往根据某些地质过程的发展来判断是否由某种流体作用而产生的，核乳胶研究可以提供有根据的判定。譬如碱质热流体在放射性矿床形成中，许多研究者认为是钠长石形成时导致放射性元素富集。通过核乳胶研究可以发现放射性元素富集是在钠长石形成后岩石再破碎沉淀的沥青铀矿和铀石（图2E）。即使是钠长石中分散的放射性元素，从α径迹发生的部位来看，放射性元素也是与钠长石再蚀变的伊利石、绿泥石或裂隙和放射性元素质点有关（图2D）。

因此，在放射性矿床研究中，应用核乳胶方法可以研究放射性元素的各种形式存在与构造裂隙关系、岩石蚀变的关系和在新生矿物中放射性元素再分布的趋向，以及工业矿物在空间上赋存规律、产出形态和矿石中放射性元素所占份额。

在非放射性矿床研究过程中，可以查明放射性元素是否在这种工业矿石中存在。它还可以为这种矿床的元素综合利用、冶金方案和控制放射性物质的污染提供依据。

2.4 核乳胶在核资源评价中的应用

在放射性矿床的工业储量中，往往要确定该矿床的铀镭异常平衡状态，通常是通过物理和化学方法，测量铀镭的含量来计算出母体和子体的平衡状态。利用核乳胶来研究矿石，可以对矿石的平衡状态提出预示。在铀系从核素Rn（氡）到206Pb（铅）的衰变过程中，有3个连续的α衰变，即Rn→Ra→Rae″→Pb，它们的半衰期分别为1 622、3.8d和1.64×10-11s，其α能量分别是5.68、6.30和7.64MeV，在核乳胶记录时间内可以得到在同一原点上记录的爪形α径迹。

在研究岩石或矿石中放射性增高的原因时，可以利用核乳胶照相来鉴别。如自然界有许多增高场不是铀、钍元素引起，而是氡和镭引起，这时岩石或矿物的放射性表现为爪形的α径迹（图2F）。

3 核乳胶在核地质研究中需要注意的问题

在核地质研究中，核乳胶方法具有其他方法无法比拟的优势，但是同样出现一些亟待探索解决的问题。

1）对于需要长时间曝光的低放射性样品，室温过高或空气的氧化很容易造成α径迹模糊不清，甚至消失，造成潜像退化。因此，稳定实验条件的探索对核乳胶方法的应用来说非常重要；

2）潜像退化时间及条件的研究，对解决铀钍混合型矿石或其放射性元素增高岩石中铀钍配比十分有利；

3）矿石和放射性元素增高岩石中的铀镭平衡指示性研究；

4）核乳胶定量研究中径迹参数大多由人工测量，误差较难控制，并且不同放射性含量的矿石其曝光时间长短不一。因此，照射时间的研究和测量方法的改进需要加强。

4 结语

核乳胶是核地质研究中的一种方法，涉及到矿物学、岩石学、矿床学等学科。这些学科中的研究应用还处在初始阶段，需要进一步深入和提高。在这里主要介绍了核地质研究中核乳胶应用历史、方法和原理、已开展的研究工作和存在的问题。开展多学科综合系统的研究是核乳胶方法发展的方向，相信核乳胶方法会焕发出更强的生命力。

［1］H.Yagoda.Radioactive Measurements with Nuclear Emulsion［M］.New York:John Wiley&Sons，1949.

［2］原子核乳胶组.原子核乳胶及其应用［J］.原子能科学技术，1976，10（2）:136-140.

［3］梁惠英，高友恭，陈程.放射性自摄影［J］.天津医药，1978，6（8）:380-383.

［4］刘惠长.放射自显影用原子核乳胶［J］.核农学报，1980，11（1）:56-59.

［5］杜乐天.使用液体核乳胶的α显微放射性照象法［J］.原子能科学技术，1963，46（1）:17-26.

M ethod of nuclear emulsion and its application in study of nuclear geology

GUO Jian ，LIZiying， LIXiuzhen
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Nuclear emulsion iswidely used in study of nuclear geology.By introducing the principles of nuclear emulsion，its experimental process and history，the application and relevant problems of thismethod aremainly discussed in study of nuclear geology.This resultsuggests thatmultidisciplinary systematic study is the future direction for the developmentof thismethod.

uranium ore；nuclear emulsion；α-track；occurrence state

TL815+.1;P5

A

1627-0636（2015）02-0081-04

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.02.004

2014-04-01

郭建（1989—）男，山东单县人，助理工程师，主要从事铀矿地质研究工作。

E-mail：g272509402@163.com