一种α径迹蚀刻装置设计及其在显微铀矿物光片鉴定中的应用

范鹏飞，刘付真，吴昆明，蒋红安，王长城，吴 斌

（1.东华理工大学，江西 南昌 330013；2.核工业230研究所，湖南 长沙 410007）

α径迹蚀刻法是使用固体α径迹探测器对矿石、岩石及矿物中放射性元索的分布和存在形式进行录相［1］。α径迹蚀刻法是用感光胶片的片基记录放射性元素衰变产生的α粒子所造成的辐射损伤，经化学蚀刻扩大径迹的方法［2］。杜乐天、王文广等在研究华南绢英岩化铀矿时，α径迹蚀刻法在铀矿物赋存、分布规律的研究中起到重要作用［3］；α径迹测量法作为一种铀矿找矿方法，杨亚新等研究铀矿找矿中α径迹测量方法的影响因素，对氡浓度、照射时间和α径迹密度的关系以及装置尺寸、表面放射性沉积物，以及底面固体放射性元素对测量结果的影响度进行了研究，但是其对片基（探测器）蚀刻时仍使用类似烧杯的容器，整个试验过程是一个对外界空气开放的系统，容易造成安全隐患以及其它方面的不确定性；范鹏飞等人用光谱干版做α径迹蚀刻试验，详细介绍了试验的全过程以及α径迹蚀刻效果，但是其试验需要避光、需要显影、定影，过程较为繁琐［4］；在砂岩型、热液型等不同类型的铀矿研究过程中，不同的学者都用到了α径迹蚀刻这一试验方法并对试验过程进行了详述［5～7］，近年来在铀矿物赋存状态研究工作中，α径迹蚀刻法这一研究手段已经成为一种应用普遍的研究手段［8～10］，因为α径迹蚀刻法在研究铀矿物赋存状态时具有效果明显、费用低廉、操作简便等特点。用α径迹蚀刻法研究铀矿物的试验过程中发现：依照前人的工作经验，片基在制作过程中，照像胶卷需要浸入稍浓的碱水（碳酸钠溶液）中浸泡几小时甚至一天，浸泡时间过长；用细铁丝或其它工具将薄膜片基一片片地吊挂浸泡在蚀刻液中进行蚀刻，容易导致片基粘在一起，导致蚀刻效果不好；蚀刻过程中用细铁丝将薄膜一片片的吊挂浸泡在蚀刻溶液中1 h左右，一般情况试验人员都是用塑料烧杯作为强碱性蚀刻液的容器，这样一个相对开放的蚀刻体系，很容易造成蚀刻液洒落到烧杯外界或者水浴锅中。

基于α径迹蚀刻过程中的种种问题，经过多次径迹蚀刻试验的总结，制作出一种α径迹蚀刻装置，专门用于α径迹蚀刻试验。

1 α径迹蚀刻装置的设计

1.1 α径迹蚀刻装置图和部件说明

α径迹蚀刻装置图如图1所示，该装置主要由三部分组成，第一部分主体为盛放蚀刻液的液槽，材质最好是耐酸碱腐蚀、耐中高温的材料，如聚四氟乙烯类。液槽形状设计成椭圆状，椭圆长轴两端设有稍微凹陷的卡槽，椭圆形液槽外壁设置有透明的观察窗，通过观察窗可看见液槽内蚀刻液的上液面，外壁设置有体积刻度线，可以读取蚀刻液的体积，设置有温度计，温度计接受热量的部位要接触到蚀刻液，可以读取蚀刻液的实时温度。

第二部分为底坐，液槽底部与底座相连，底座内设置有温度调节器，温度调节器和内部的加热丝相连，用于调节加热丝的温度，设置加热温度范围50～80℃；设置有电动搅拌调速钮，调速按钮与电机、调速器、搅拌叶片相连，用于调节搅拌叶片在杯内的转速；设置有电源开关，用于开断电。

第三部分为胶片夹持装置，为长方框结构，方框结构的上下两条边之间各设置有成对的夹子，方框结构的上边分别向两端延伸、上边的长度大于下边，方框结构的下边设置有支架，液槽两侧设置有与胶片夹持装置的方框结构的上边对应的凹槽，用于放置胶片夹持装置。

图1 α径迹蚀刻装置图

1.2 使用方法和试验流程

赵凤民等于1988年已经提出了详细的α径迹蚀刻试验过程，结合前述的α径迹蚀刻装置，对赵凤民等人的试验方法略作改进，提出新的试验流程［2］。

1.将照相胶卷裁剪成探针片（或者薄片）大小，把裁剪好的胶片用夹持装置夹好，将夹持装置放置于液槽两边的凹槽上，即可开始用碱性溶液浸泡去除乳胶薄膜，浸泡去膜过程可以加热、搅拌浸泡液；等待胶片上的乳胶薄膜溶解后剩下透明片基，用清水冲洗干、晾干。

2.用钢针在探针片和胶片的四角刻上对位记号，将胶片片基覆盖在探针片表面上，夹持在夹持装置中，然后放入干燥的液槽中，液槽上部可以简单做遮盖，放在干燥处进行α径迹辐照。

3.辐照期满后，取出探针片，继续将胶片片基夹持放入液槽中，液槽中加入强碱性蚀刻液，调节温度65℃左右，调节搅拌叶片转速适当，蚀刻时间1 h左右，取出胶片片基对光观察蚀刻效果，如果蚀刻效果不好，可以放入蚀刻液中继续蚀刻，直到出现明显的径迹。将蚀刻好的片基洗干净、晾干。

用此α径迹蚀刻装置做径迹蚀刻试验，规范了试验操作，减少无此装置时对胶片片基操作时造成的划痕；加热和搅拌同时作用于蚀刻液，提高了蚀刻效率，同时也提高了碱性溶液中去除胶片表面乳胶薄膜的效率；夹持装置可有效避免胶片重叠引起的蚀刻效果不佳。繁多的次生铀矿物，在砂岩型铀矿石或者低品位矿石中，还大量存在着含铀矿物、吸附态铀。α径迹蚀刻法可以鉴定岩石中铀的存在形式、铀的分布特征和铀矿石的结构构造［1］，比较全面地研究和鉴定铀矿石。

根据前述装置图，按照操作步骤，做了简单的α径迹蚀刻试验，然后观察试验效果。本次试验的样品全部来自于江西相山铀矿田，相山火山盆地面积316 km2，却拥有超过20个铀矿床，是中国最大的火山岩型铀矿田［11］，采集的含铀岩石为花岗岩、流纹英安岩、碎斑流纹岩等相山典型附矿岩石。将样品按照γ辐射强度的相对大小依次从低到高排列编号，样品编号、样品γ辐射强度和辐照时间见表1。

表1 样品的γ值和辐照时间

2 α径迹蚀刻法鉴定显微铀矿物

铀在矿石中的存在形式或赋存状态主要有三种，一般以独立铀矿物形式存在，如沥青铀矿或种类

2.1 分散吸附形式或含铀矿物形式

以分散吸附状态存在的铀或含铀的矿物，其对应的α径迹较为稀疏，呈分散的点状或显吸附矿物轮廓。岩石样品Xs-1中某处的氧化铁质呈红褐色，如图2所示，其对应的α径迹如图3所示，α径迹较为稀疏，但集合体呈现氧化铁质的轮廓和外形，由此可知该氧化铁质吸附了一定含量的铀。所以α径迹可以鉴别一些含铀、吸附铀的矿物。

2.2 以独立铀矿物形式存在

图2 Xs-1中氧化铁质的透射偏光图

图3 Xs-1氧化铁质对应的α径迹图

对铀矿石样品Xs-2做α径迹试验，然后在偏光显微镜下观察，主要见自形粒状黄铁矿、不规则显微鳞片状绿泥石、胶状不透明矿物分布在岩石裂隙中，如图4所示。根据α径迹的位置，经过透射光、反射光镜下观察寻找，图像放大后可迅速找到暗灰色、胶状、粉末状的沥青铀矿，如图5、图6所示。

图4 Xs-2中铀矿物透射偏光图

图5 Xs-2中铀矿物的α径迹图

图6 Xs-2中铀矿物反射偏光图

在矿石光片中，沥青铀矿、铀黑的反射色为灰色、多呈胶状、肾状、它形粒状，一些含H2O（OH-）较高的沥青铀矿反射色变为暗灰色，向半透明状过渡。常见的铁、锰、钛氧化物、炭质、甚至一些含金属元素较高的透明矿物的反射色都是灰色，它们经常在岩石中占据一定的含量，对铀矿物的显微镜下鉴定造成很大干扰。而将α径迹所在的位置、对应到光片上，能比较容易寻找到铀矿物，节省铀矿物的鉴定时间。

2.3 铀矿石的结构构造

图7 Xs-3中铀矿物透射偏光图

图8 Xs-3中铀矿物的α径迹图

对铀矿石样品Xs-3做α径迹试验，然后在偏光显微镜下观察，可见不透明矿物呈细脉状分布，如7所示，α径迹也呈细脉状集合体状且与图8中的脉状不透明脉状矿物完全重合，鉴定者再根据不透明矿物的光性特征进一步确认为沥青铀矿，此处的沥青铀矿主要呈胶状、烟灰状，反射色灰色，均质，呈细脉状分布在岩石中，构成细脉状构造，如图9所示。因此，α径迹蚀刻法不仅能帮助鉴定者排除干扰、快速找到铀矿物，还可鉴别铀矿石的结构构造。

图9 Xs-3中铀矿物反射偏光图

3 结 论

1.利用α径迹蚀刻装置做α径迹蚀刻试验，可以规范α径迹蚀刻的试验操作，减少对探测胶片的损伤，提高蚀刻效率。

2.中国铀业公司的战略重心已经向北方砂岩型铀矿转移，砂岩型铀矿中的铀矿物多为显微级别粒度，而且经过国内多年的勘探、开采，肉眼可见铀矿物的矿石已经少见，因此鉴定显微铀矿物正成为铀矿物鉴定的主要内容；根据α径迹，可排除其它矿物的干扰，快速、准确地寻找、鉴定铀矿物，了解显微级别铀矿物的分布特征、矿石的结构、构造；还可根据α径迹寻找到含铀矿物、吸附铀的矿物。

3.近年来，许多学者研究铀矿物都依赖电子显微仪器与技术，所研究的文章中也少见铀矿物的光性特征描述［12～16］，相比于背散射图像，显微镜下的矿物图像更直观、形象，但是铀矿物的光性特征是个难点且光性研究资料较少，因此应该将背散射图像与显微镜图像结合来研究铀矿物，而α径迹蚀刻法是显微镜下寻找鉴定铀矿物的重要手段。