低本底伽玛能谱仪测定地质样品中钾含量研究

马玉华，肖孟权

（江西省核工业地质局二六四大队实验室，江西 赣州 341000）

地质样品中钾含量的测量对分析地质样品有重要的意义，目前对于地质样品中钾含量测量技术上存在一定不足，在样品处理过程中，会用到一些腐蚀性很强的物质，这种方法容易对环境造成严重的污染，并且样品处理时间长，这种测量方法导致样品空白过高，影响地质样品中钾含量的测量结果，基于目前存在的问题，对低本底伽玛能谱仪测定地质样品中钾含量进行研究[1]。低本底伽玛能谱仪测量能量范围内的伽马射线，能够获取天然放射性核素、人工放射性核素以及其与地壳物质相互作用产生的相关信息，根据这些信息能够进行放射性矿产资源勘探，还能够进行地质填图、金属矿产勘查等。

低本底伽玛能谱仪的检测原理是当射线光子进入检测器后，在晶体内激发出一定数目的电子空穴对，根据空穴对判断X射线能量的大小[2]。并且低本底伽玛能谱仪能够对材料微区成分元素种类与含量分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜的使用更准确的对样品含量分析。基于低本底伽玛能谱仪测定特点，对地质样品中的钾含量进行预测，采用实验的方法对地质样品中的钾含量进行了测量，测量结果表明，钾含量测量时会受到气温、气压等的影响，同时证明了低本底伽玛能谱仪测定的有效性，具有一定的实际应用意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本次对地质样品中钾含量的研究采用低本底伽玛能谱仪作为测定仪器，其由探头、主机、电源等部分组成，该能量分辨率能够达到180eV，采用聚四氟乙烯密封罐；可控温恒温干燥箱[1]；实验用水为去离子水。

实验选用某地矿山的地质样品，采用粉末压样片法进行制样，并将地质样品放到100°～105°的温度下进行烘干，烘干时间为2h，目的是减少实验过程中湿度对地质样品测量的影响，在此基础上，将其粉碎并研磨，加强地质样品的均匀性，最后将样品装入样杯后，进行压片，样品的时间测量时间为400s。

1.2 实验方法

将上述准备好的地质样品传输到微型反应堆垂直辐照孔道内进行照射，将照射后的样品放到相同的集合条件下，利用低本底伽玛能谱仪分析系统对其放射性进行测量。并将消化样液、试剂空白对照[2]、钾标准试液分别倒入到火焰中，对其发射强度进行测定，由于样本中的数据维度较高，并且变量与变量之间存在一定的关系，直接获取其中的信息较难，所以引入空气吸收剂量参数，对地质样品中的钾含量测量时的干扰因子进行去除，计算公式如下：

公式（1）中，F代表地质样品中的钾的百分含量，M代表样本对应的单位特征量，0.255代表地质样品中钾含量的换算系数，me-mb代表干扰因子，此次计算不做定向分析。

通过上述计算完成对钾含量的测量，在上述实验材料和方法准备完成的基础上，在下一步得出实验结果。

1.3 实验结果

将上述计算的测定结果允许差小于等于0.35g/100g，在此基础上，将地质样品以此放在谱仪上进行测量，将测量的时间控制在小于样品和标准样中放射性核素的半衰期，以此确定边界道，从而得到刻度系数，并以钾含量的对应浓度发射强度绘制标准曲线，钾标准浓度与发射强度曲线如下图所示。

图1 钾标准浓度与发射强度曲线

通过上述过程完成地质样品中钾含量的测量，将在下一步进行讨论分析。

2 讨论

通过测量发现，地质样品中的各种元素都具有自己的X射线特征波长，其特征波长的大小取决于跃迁过程中释放出的特征能量。低本底伽玛能谱仪根据不同元素的射线光子特征能力不同特点进行成分分析，在进行测量时，晶体激发出空穴对，当射线光子能量越高时，空穴对数越大，同时电流脉冲高度取决于空穴对的大小，并按照高度脉冲分类进行技术，以得到按能量大小的图谱。此次研究，首先对选取地质样品，对地质样品进行准备，并准备实验仪器，在此基础上区分原始线上的全能峰，得到钾含量的特征向量，通过测得待分析样品中的钾的活性确定的钾的含量，以此完成了对地质样品中钾含量的研究。通过使用低本底伽玛能谱仪对地质样品中钾含量发现，当能量分辨率能够达到180eV时，地质样品汇中的钾含量伽玛射线呈递减趋势，仪器所能探测到的伽马射线强度相对较弱，并且不同的能量分辨率对不同能量的伽马线的吸收系数也不一样。并且，在地质样品中钾含量测量时会受到气温、气压的变化，当气温低于26°时，地质样品中的钾含量辐射水平也会随之增加，两者呈正向关的关系，与气压变化呈负相关的关系。同时，在使用低本底伽玛能谱仪测量时，其允许误差在0.001内，最大的迭代次数为1000次，测量直到满足钾含量测量精度位置。研究发现，低本底伽玛能谱仪能够在异常的地质样品中对钾含量有效测量，以此完成低本底伽玛能谱仪测定地质样品中钾含量研究。

3 结语

综上所述，地质样品测量是收集工作区内地质资料和储量动态的重要手段，本文针对目前地质样品中钾含量测量准确性低的问题，将低本底伽玛能谱仪应用到地质样品中的钾含量测量上，低本底伽玛能谱仪具有较强的映射能力，能够提高地质样品中钾含量测量的准确性。希望此次采用低本底伽玛能谱仪测定地质样品中钾含量研究方法能够为其他地质样品中钾含量测量提供一定的帮助，提高地质样品测量的准确性。