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伽马辐照装置设计与使用

发布时间:2022-05-27 18:14:29

㈠ 辐照的现行国标

GB 14891.2-1994 辐照花粉卫生标准
GB 14891.6-1994 辐照猪肉卫生标准
GB 14891.1-1997 辐照熟畜禽肉类卫生标准
GB 14891.3-1997 辐照干果果脯类卫生标准
GB 14891.5-1997 辐照新鲜水果、蔬菜类卫生标准
GB/T 5137.3-2002 汽车安全玻璃试验方法第3部分:耐辐照高温潮湿燃烧和耐模拟气候试验
GB 16334-1996 γ辐照装置食品加工实用剂量学导则
GB 14891.4-1997 辐照香辛料类卫生标准
GB 14891.7-1997 辐照冷冻包装畜禽肉类卫生标准
GB 14891.8-1997 辐照豆类、谷类及其制品卫生标准
GB 17279-1998 水池贮源型γ辐照装置设计安全准则
GB/T 17683.1-1999 太阳能在地面不同接收条件下的太阳光谱辐照度标准第1部分:大气质量1.5的法向直接日射辐照度和半球向日射辐照度
GB/T 18524-2001 食品辐照通用技术要求
GB/T 18525.1-2001 豆类辐照杀虫工艺
GB/T 18525.2-2001 谷类制品辐照杀虫工艺
GB/T 18525.3-2001 红枣辐照杀虫工艺
GB/T 18525.4-2001 枸杞干葡萄干辐照杀虫工艺
GB/T 18525.5-2001 干香菇辐照杀虫防霉工艺
GB/T 18525.6-2001 桂园干辐照杀虫防霉工艺
GB/T 18525.7-2001 空心莲辐照杀虫工艺
GB/T 18526.1-2001 速溶茶辐照杀菌工艺
GB/T 18526.2-2001 花粉辐照杀菌工艺
GB/T 18526.3-2001 脱水蔬菜辐照杀菌工艺
GB/T 18526.4-2001 香料和调味品辐照杀菌工艺
GB/T 18526.5-2001 熟畜禽肉类辐照杀菌工艺
GB/T 18526.6-2001 糟制肉食品辐照杀菌工艺
GB/T 18526.7-2001 冷却包装分割猪肉辐照杀菌工艺
GB/T 18527.1-2001 苹果辐照保鲜工艺
GB/T 18527.2-2001 大蒜辐照抑制发芽工艺
GB/T 15972.54-2008 光纤试验方法规范第54部分:环境性能的测量方法和试验程序伽玛辐照
GB/T 21659-2008 植物检疫措施准则辐照处理
GB/T 21926-2008 辐照含脂食品中2-十二烷基环丁酮测定气相色谱/质谱法
GB/T 15447-2008 X、γ射线和电子束辐照不同材料吸收剂量的换算方法
GB 17568-2008 γ辐照装置设计建造和使用规范
GB/T 22545-2008 宠物干粮食品辐照杀菌技术规范
GB/T 6495.3-1996 光伏器件第3部分:地面用光伏器件的测量原理及标准光谱辐照度数据
GB/T 6495.4-1996 晶体硅光伏器件的I-V实测特性的温度和辐照度修正方法
GB/T 23748-2009 辐照食品的鉴定DNA彗星试验法筛选法
GB 10252-2009 γ辐照装置的辐射防护与安全规范
GB/T 26168.2-2010 电气绝缘材料确定电离辐射的影响第2部分:辐照和试验程序

㈡ 高分子材料改性的辐照源及特点伽马射线(Co60)

钴-60放射源大剂量辐照,主要是改变分子的结构,发生交联改性。淄博利源高科辐照技术有限公司拥有大型钴-60辐照装置。欢迎商家前来交流洽谈。0533-6287993

㈢ 典型地区伽马辐射特征及其影响

安全环境是人类赖以生存的基础,天然放射性辐射环境是人类生存环境的重要组成部分。研究表明,放射性物质广泛存在于自然界各类物质中,包括空气、水和土壤等。人们赖以生存的地表环境中的放射性污染主要来自自然界中天然放射性核素,辐射源主要是衰变型天然放射性核素(238U,232Th 和40K)。地表辐射与地质背景、降雨和排水,以及其他人类活动和习惯均有关系。但是,一定区域内的天然辐射本底水平是由岩石和土壤中的衰变型天然放射性核素(如238U,232Th 和40K)所决定的,地壳中的天然放射性核素浓度决定了该地区天然 γ辐射剂量的大小。γ射线穿透能力极强,它可以穿透50~60cm 厚的铝板,人体如接受超剂量的 γ 照射会导致头昏、失眠、贫血、发热、脱发、流产等,严重可能会诱发人体细胞癌变。目前,国内外研究中天然核辐射对环境的影响往往被人们所忽视,但它却可能造成对环境的一定危害。因此,环境研究不仅需要了解重金属和有机污染物,而且更需重视放射性污染。

青岛是中国东部正在向国际化大都市迈进的城市之一,这对青岛的环境质量提出更高的要求。区域构造背景上,青岛属于新华夏系巨型构造的第二隆起带,位于郯城-庐江断裂构造带的东侧,形成一系列北东向构造,该区燕山期岩浆岩活动频繁,形成了以富含天然铀、钍和钾元素的碱性长石花岗岩及二长花岗岩为主的大规模侵入岩体,土壤覆盖层较薄,许多建筑直接坐落在基岩之上。因此在青岛市开展天然放射性环境科学研究及评价具有现实意义。测量控制面积约1500km2,包括青岛市区(市南区、市北区、四方区和李沧区)、崂山区和城阳区全部及胶州、胶南、黄岛、即墨的部分地区。

一、测量方法和质量

(一)测量仪器

本研究使用的主要仪器是FD-3022微机四道伽马能谱仪和CKL-3120 χ-γ剂量率仪。

1.微机四道伽马能谱仪

FD-3022微机四道伽马能谱仪是一种便携式的智能化能谱仪。它具有自动稳谱功能,作微分测量,能直接分析U238,Th232,K40含量,亦能同时给出4个道的计数。稳谱主要是避免因温度、计数率等因素变化引起γ谱线漂移,保证数据测量的可靠性。

仪器采用大规模和超大规模集成电路,探头由Ф75mm×75mm NaI晶体和光电倍增管组成。测量含量的灵敏度分别为:238U,1×10-6232Th,2×10-640K,0.2%。含量的测量范围分别为238U,1×10-6~1000×10-6232Th,2×10-6~1000×10-640K,0.2%~100%。在测量时,对同一测量对象连续测量20次,其相对标准偏差≤±10%。使用温度在-10~+ 400C环境下,在温度+400C、相对湿度95%的气候条件下也可正常工作。

仪器主要由探测器、放大器、单道分析器、稳峰器、单片机和显示装置组成。探测器将探测的射线转变成脉冲信号,经放大器放大,4个单道分析器分别进行脉冲幅度分析,由单片机进行数据采集和存贮。此外,单片机监测探头内的Cs-137参考源,跟踪谱峰,调节单道分析器的阈值,达到稳谱作用。显示装置可显示出测量结果和进行参数的选择。

2.γ剂量率仪

本研究采用的是NaI(Tl)晶体为探头的CKL-3120X-γ剂量率仪,它的主要技术性能指标是:能量范围在25~100 keV之间,有效量程为10 nGY/h~100mGY/h,在标准试验条件下,仪器的相对固有误差在有效量程范围内均<±15%,具有能量响应好、灵敏度高、稳定性好的特点。野外测量严格执行国家标准 GB/T14583—93《环境地表 γ 辐射剂量率规范》,进行现场γ辐射剂量率的测定。

(二)测点布置及测量方法

根据剖面测量及城市目前格局等实际情况,以测线控制为主,结合地质和人居环境,实行网格布点。对不同的功能区,线距、点距不同。

人口密度较大的市区原则上采用网格法,50m标高以下100m×100m,50m标高以上200m×200m。人口居住密集区,视具体情况加密。遇障碍时,根据实际情况适当调整,但在50m标高以下地区,相邻点的间距不能>150m;50m标高以上地区,相邻点间距不能>250m。

在城市郊区及乡镇,按250m×250m网格布点。相邻点的线距不能>500m、点距不能>300m。人口密度较小的地区适当放宽,按500m×250m网格布点。相邻点的线距不能>600m、点距不能>300m。

田野、荒郊及盐滩,或类似测区,面积大、只有一个对象且没有地质、环境等影响因素时,按500m×500m网格布点。

(三)现场测定质量

为了保证γ辐射剂量率的测量结果的客观性,选择测点位置时尽可能在周边5m内无建筑物的平坦地点。同时剂量率仪的探头距地面1m 高,测点距附近高大建筑物的距离需>30m,并选择在被测对象中间地面上1m处。仪器设置为10s/次,3次为1个循环,1个测量点进行10个循环,10次测量间的变异系数应<15%。

为保证伽马能谱仪的测量结果的客观性,测点位置选择周边5m内无建筑物的平坦地点。仪器探头置于地面,采用GP S手持卫星定位仪确定测点坐标。每次读数的测量时间选定120s,每点读数3次,3次读数之间允许误差为:铀含量≤±1.5×10-6;钍含量≤±2.0×10-6;钾含量≤±0.5%;总含量≤±10%。

二、地表γ辐射剂量率分布

(一)地表γ辐射剂量率含量特征

统计表明,测区γ辐射吸收剂量率数值主要集中在50.0~130.0nGy/h之间,占测点总数的90%。位于30.0~50.0nGy/h区间的测点数占总测点数3%;位于130~150nGy/区间的测点数占总测点数的6.5%;30nGy/h<γ辐射吸收剂量率数值<150nGy/h的测点数总和仅占0.5%。直方图所显示的测区γ辐射吸收剂量率分布基本符合正态分布(图4-46),峰度为-0.003;偏度系数0.381,表明剂量率值较低的数据占多数,这与测区内的地质条件(存在大面积第四系)密切相关。但同时直方图显示数据也存在一定数量的高值点(>160nGy/h),则与测点的分布密度有直接关系,由于布置测点时客观条件的制约,会使得局部测点呈现不均一性,从而使得那种笼统的统计数值的代表性降低。

测区地表γ辐射剂量率平均值为91.87nGy/h,变化范围:5.80~232.71nGy/h,变异系数为28.99%。地表γ辐射剂量率平均值略高于全国(81.5nGy/h)和世界(80nGy/h)平均值,远高于山东省的室外天然辐射吸收剂量率平均值(56.5nGy/h)。

图4-46 青岛γ剂量率分布直方图

(二)地表γ辐射剂量率区域分布

通过对研究区γ辐射剂量率与地质图相叠加(图4-47),可以看出,γ剂量率高值区分布在青岛市区—王哥庄一带,大致与区域构造和燕山晚期花岗岩体展布相一致,平均值为110.2nGy/h,测值范围一般介于98.0~132.0nGy/h之间,其分布规律呈北东向断续展布。高值点展布有3 条带:四方北岭—李村,青岛山—双山,辛家庄—山东头,这 3 条高值点(带)基本上分布在区内几条大断裂带上,表明高值点的产生与断裂活动有关。另外,通过对地质资料的分析发现:区内几处γ辐射剂量率值高点(120~230nGy/h),均与构造岩体内正长斑岩岩脉的产出有关。海岸带由于砂、泥质海滩的覆盖屏蔽作用,基本上呈现较低的辐射水平,多数地段γ辐射剂量率在80.6nGy/h左右或略低。

图4-47 研究区地质与γ辐射剂量率水平分布叠加图

灵山卫北部γ辐射剂量率平均值为100.5nGy/h,测值范围在83.0~110.0nGy/h之间。虽然该地区也广泛发育花岗岩(特别是正长花岗岩),但是该区域内80%以上的地区都被第四纪松散沉积物所覆盖,在一定程度上屏蔽了花岗岩辐射,所以γ辐射剂量率值在这些花岗岩发育区并不高。同时,红岛一带零星分布γ辐射剂量率高值点,这主要受测量对象(花岗岩、砂石路面等)影响。

研究区西北部大部分地区都属于γ辐射剂量率低值区,其平均值为61.8nGy/h,测值范围一般在38.0~83.0nGy/h之间。γ辐射剂量率偏低与这个区域大部分被第四纪沉积物覆盖导致基岩大部分辐射被屏蔽有关。

三、环境天然放射性水平

通过地面γ能谱方法测量数据来评估环境中的天然放射性水平始于20世纪60年代。一般可以认为在没有受到人工放射性污染的地区,地表空气γ辐射吸收剂量率主要是由天然放射性核素238U,232Th系列和40K产生的。因此通过对γ能谱数据进行高度衰减校正和计量单位的转换,可对环境天然γ辐射剂量率、土壤中天然放射性核素238U,232Th,40K的比活度进行评价,并且可进一步对天然环境γ辐射对居民产生的有效剂量当量进行估算。国内外的很多资料都表明,利用地面γ能谱法计算环境天然辐射性水平的方法是可行的,与实际测量的天然放射性水平的剂量率差异不大。

(一)核素含量与γ能谱数据转换

γ能谱测量数据使用的是放射性核素含量单位,而环境放射性评价要求对吸收剂量率和放射性进行调查。根据放射性元素含量、吸收剂量率、放射性物质比活度之间的关系,需将γ能谱测量使用的单位进行换算。本研究采用全国矿产委员会饰面石材地质勘探规定(1990)将各项单位换算因素进行转换(表4-47)。

表4-47 γ能谱测量与环境天然放射性评价单位换算表

根据γ射线与物质相互作用原理,随着测量高度的增加,γ射线能量产生衰减。用Beck公式法通过地面的γ能谱测量数据来计算地表1m高处的空气吸收γ射线的剂量率,即通过放射性核素(238U,232Th,40K)的比活度来估算1m高处的空气吸收剂量:

Dr=KU×AU+KTh×ATh+KK×AK (4-6)

式中:Dr为离地面1m高处空气的γ辐射吸收计量率,单位为nGy/h;KU,KTh,KK分别为铀、钍、钾的换算系数,分别为0.427,0.662,0.043;AU,ATh,AK分别为238U,232Th,40K的放射性比活度,单位为Bq/kg。

(二)土壤中核素(238U,232Th和40K)比活度

采用表4-47的系数换算将伽马能谱仪测得土壤中238U,232Th,40K的含量换算成比活度和地表1m高处空气中γ辐射吸收剂量率(表4-48),表中同时列出了中国、其他一些国家或地区及世界平均值。土壤中238U比活度远低于中国及世界平均值,低于葡萄牙、保加利亚、美国等多数国家,仅高于希腊、埃及、丹麦平均值;土壤中232Th比活度高于世界平均值,是世界均值的1.26倍,而与全国均值相当,低于我国香港、印度,高于埃及、丹麦、希腊等;土壤中40K比活度是全国和世界均值的1.64倍和1.65倍,高于葡萄牙、朝鲜,远高于埃及、美国、日本等。可见,研究区土壤中232Th,40K含量较高,而238U含量偏低。区内土壤中放射性核素(238U,232Th,40K)在距离地面1m处产生的γ辐射(85.6nGy/h)略高于全国(81.5nGy/h)和世界平均值(80nGy/h),且明显高于表中所列的多数国家平均值。由此可见,青岛环境天然放射性具有较高水平。

表4-48 研究区及其他国家和全国土壤中放射性核素比活度对比表

续表

注:ND表示未检出。

(三)土壤核素辐射对地表γ剂量率的贡献

通过Beck公式计算得到研究区的γ辐射剂量率为85.6nGy/h,而实测值是91.9nGy/h,两者平均值相差6.3nGy/h。说明距地表1m高处空气中93.14%的γ辐射来自地表放射性核素(238U,232Th和40K),经计算三核素对地表空气γ辐射的贡献率分别为11.93%(11.0nGy/h),36.46%(33.5nGy/h),44.75%(41.1nGy/h),其中232Th和40K的累计贡献率达81.21%(74.6nGy/h),是主要的放射性核素;地表空气γ辐射中仅6.86%(6.3nGy/h)的辐射来源于其他因素,如周围建筑物材料、宇宙射线、大气、水等。同时也说明所采用的模型适用于本区。另外40K对地面1m处空气γ辐射的贡献较232Th略大,推测可能是由于正长花岗岩、二长花岗岩里的正长石/钾长石中含有一定数量的40K所致,当然证实这一点还需要做进一步的工作。

从实测γ辐射剂量率值和土壤中238U,232Th,40K含量的相关关系(表4-49)可以看出,剂量率值与232Th,40K放射性核素的相关系数大致相同(0.88),且明显大于实测剂量率与238U的相关系数(0.53)。说明地表232Th,40K含量是决定研究区γ辐射剂量率大小的主要因素,这也与能谱仪的测量结果相一致。

表4-49 地表γ辐射剂量率实测值和土壤铀、钍、钾含量的相关系数表

(四)天然放射性对人居环境的影响

1.年有效剂量估算

利用环境天然γ辐射吸收剂量率通过以下公式对当地居民产生的年有效剂量当量进行估算:

He=Dγ×K×t (4-7)

式中:He为有效剂量当量,Sv;Dγ为地表γ辐射吸收剂量率,Gy/h;K为有效剂量当量率与空气吸收剂量率比值,《多目标区域地球化学调查规范》要求采用0.7 Sv/Gy;t为环境停留时间,h。

2.人居放射性环境质量评价

按照我国《电离辐射防护与辐射源安全基本标准》(GB18871—2002)的规定,公众照射剂量的限值为每年不超过1mSv。通过地表γ辐射测量结果计算的年平均有效剂量为0.56mSv,变化范围为0.036~1.43mSv;而通过能谱计算的年平均有效剂量为0.52mSv,变化范围为0.082~2.66mSv。两种方法计算的平均值都远低于标准所建议的公众照射年剂量限值(1.0mSv)。综上所述,虽然青岛市地面放射性核素(232Th,40K)浓度和γ辐射剂量率偏高,但辐射水平基本都在标准限值范围之内,仍然属于正常辐射水平。

图4-48 研究区环境γ辐射年有效剂量等值线图

由环境伽马辐射年有效剂量等值线图(图4-48)可见,测区西北部γ辐射年有效剂量较低,一般低于0.44mSv;黄岛—柳花坡和流亭—惜福 γ 辐射年有效剂量中等,一般在0.51~0.74mSv之间,局部达0.80mSv;青岛市区及崂山区γ辐射年有效剂量较高,一般在0.74~0.93mSv之间。年有效剂量高于1.0mSv的测量点零星分布在夏庄东部、北宅东部及沙子口正东正长、碱长花岗岩背景区当中,建议在进行土地开发和城镇建设时,考虑环境辐射问题;另外在花岗岩利用中需要进行放射性含量检测。

四、地表γ辐射剂量率影响因素

(一)地质因素的影响

从研究区不同岩石背景的γ辐射剂量率统计结果(表4-50)分析,中生代侵入岩的总体γ辐射剂量率要比中生代沉积岩、火山岩和新生代的第四纪松散沉积物的平均值明显偏高。

表4-50 不同岩性背景上γ辐射剂量率统计表

如前所述,研究区γ辐射剂量率高值区分布在青岛市区—王哥庄一带,与区域燕山期花岗岩体的走向(NE-SW)大体一致,岩性主要是中生代侵入的各种类型的花岗岩,如二长花岗岩、正长花岗岩、碱长花岗岩等。尽管如此,不同种类花岗岩的γ辐射剂量率值不尽相同,以碱长花岗岩最高(图4-49),平均值为120.0nGy/h,测值区间为50.2~201.5nGy/h,二长花岗岩最低,平均值98.1nGy/h,测值区间为27.2~212.7nGy/h。另外γ辐射剂量率值偏高点(带)基本上分布在几条大断裂带上,这说明γ辐射剂量率与断裂构造特别是与构造附近花岗岩体内正长斑岩岩脉的产出有关。

中生代其他火成岩包括中性岩和基性、超基性岩,其岩石背景的γ辐射剂量率都低于花岗岩,其均值区间为71.8(粗面质熔结凝灰岩)~91.3(流纹质熔结凝灰岩)nGy/h。分布在黄岛一带的元古代变质岩的剂量率也很低,平均为70.1nGy/h。

区内中生代沉积岩包括砂岩和砾岩,主要分布在胶州市一带;新生代的第四纪松散沉积物广泛分布在研究区西部和西北部。这些沉积岩和第四纪沉积物的γ辐射剂量率值都比较低(图4-49),均值区间为47.4(粗砂岩)~53.5(砂砾岩)nGy/h。第四系γ辐射剂量率变化范围最大,这可能是第四系与其上测量对象的辐射差异较大有关,如第四系农田区γ辐射剂量率均值为 66.8(23.60~89.50)nGy/h、而花岗石路面均值为 123.5(66.31~221.42)nGy/h,后者最大值是前者最小值的9.4倍。各岩性背景的γ辐射剂量率分布规律为:碱长花岗岩>碱长花岗斑岩>正长花岗岩>二长花岗岩>角闪安山岩>球粒流纹岩>片麻岩>橄辉玄武岩>砂砾岩>第四纪>粗砂岩。

图4-49 测区不同岩性上γ辐射剂量率平均值与变化范围图

(二)环境因素的影响

1.环境因素影响规律

研究区地表γ辐射剂量率除受地质因素影响外,还受环境因素的影响。本研究对比了在正长花岗岩、二长花岗岩、碱长花岗岩、砂砾(砂)和第四系 5种地质背景下,地表γ辐射剂量率值随地表环境变化而受到的影响(表4-51)。

表4-51 同种岩性、不同环境下的γ辐射剂量率均值对比表 单位:nGy/h

由图4-50可以看出,在相同地质背景条件下,由于地表环境不同,其地表γ辐射剂量率有明显差异,但在所有地表环境中,基岩露头的γ辐射剂量率平均值都是最高的,它在一定程度上反映了岩石本身的放射性剂量。如在正长花岗岩地区,由于岩石(包括微风化、中等风化或强风化露头)的直接出露,地面γ辐射剂量率水平最高;人类活动造成自然环境有较大变化的地段(如水泥路面、砂石路面、人工填土等),其辐射剂量率水平较高,但低于基岩背景值;在人类活动造成自然环境变化较少的地段(如林地、草地、海滩等),剂量率值一般较低。以上分析表明,地面γ辐射剂量率值与地质因素、环境因素都密切相关,但地质因素是影响地面γ辐射剂量率的主要因素。

除此之外,即使是在同一种岩石类型上的水泥路面、砂石路面、沥青路面及水泥砖路面的γ辐射剂量率平均值都要比林地、农田、草地和人工填土高(图4-50),即路面材料的地表γ辐射剂量率水平较地貌景观略大。γ辐射剂量率平均值在各类路面材料上的分布规律大致为:花岗岩地面>砂石路面>水泥路面>沥青路面>水泥砖路面;在不同地物景观上的分布规律大致为:人工填土>海滩>草地>林地>农田。

图4-50 同种岩性、不同测量对象的γ辐射剂量率平均值对比图

(单位为nGy/h)

2.环境因素影响机制

花岗岩地面相对其他测量对象来说较高与其本身γ剂量率值较高有关。砂石路面的γ辐射剂量率值相对较高,是因为砂石路面的渗透性较好,地下放射性物质容易运移,导致测值较高;另外,本区砂石路面上的砂粒或碎石颗粒多是取自风化的花岗岩,会含有一定量赋存的放射性核素矿物,从而导致砂石路面的剂量率水平高于接近其下岩石的剂量率水平。

水泥路面的γ辐射剂量率值相对其他路面材料来说处于中间水平,一方面与水泥本身的成分有着一定的关系,水泥的成分比较复杂,可能会含有某些赋存放射性核素的载体;再者如果修建时所用石子的γ辐射剂量率水平较高,则水泥路面的剂量率也将变高。与其他路面材料相比,水泥砖路面剂量率水平较低,这可能与水泥砖较其他材料致密且表面细腻,使得其下的γ辐射被削弱有关。

林地、农田、草地和菜地这4种测量对象的剂量率值相对较低,这主要是由于这4种对象的组分基本上都是第四纪沉积物——黏土,而这些黏土矿物都是风化产物,各种放射性核素含量较低。即使是这些风化产物的母岩含有一定数量的放射性核素,经过长的地质年代后,在表生作用下原岩中的放射性核素严重流失。在林地内的测量,树木对宇宙射线的阻挡和屏蔽,对剂量率也会产生一定程度的影响。

除了直接测量对象外,其他一些因素对γ辐射剂量率值也会存在着影响。例如测点周围建筑物、宇宙射线、大气等,都对剂量率值产生或多或少的贡献。

㈣ 什么是伽马辐照装置

伽马辐照装置是利用电离辐射加工处理食品,以控制食源性致病菌、减少食物的微生物数量和虫害、抑制块根类农作物发芽,以及延长易腐坏农产品的保质期。辐照技术已获准用于约50种不同种类的食物,并最少有33个国家在商业上应用这项技术。尽管业界数十年来一直使用辐照技术为食物进行消毒,以符合检疫规定,但食用辐照食物对健康的影响仍是备受关注。这项研究概述了食物辐照技术的基本原理、应用范围,以及食用辐照食物对消费者构成的潜在健康风险。现有证据显示,虽然辐照加工会令食物产生化学变化,导致营养素流失,但如按照建议的方法进行辐照加工食物,而且加工过程符合良好制造规范,辐照食物的安全性和营养素质量,与用其他传统食物加工方法(例如加热、巴士德消毒和装罐)处理的食物相若。
食物辐照技术是利用电离辐射加工处理食品,以控制食源性致病菌、减少食物的微生物数量和虫害、抑制块根类农作物发芽,以及延长易腐坏农产品的保质期。根据国际原子能机构的资料,超过50个国家已批准使用辐照技术处理约50种不同种类的食物,并有33个国家在商业上应用各国准许进行辐照加工的食品不尽相同,但一般只限于香料、香草、调味料、某些新鲜水果或干果和蔬菜、海产、肉类及肉类制品、家禽,以及蛋类制品。尽管业界数十年来一直使用辐照技术为食物进行消毒,以符合检疫规定,但食用辐照食物对健康的影响仍是备受争议的问题。食品经辐照后产生的化学物是否具有毒性,以及辐照处理会否改变食品的营养价值,都是令人关注的事宜。根据食品法典委员会《辐照食品通用标准》,建议用于食品加工的电离辐射是∶(I)放射性核素钴-60(60Co)或铯-137(137Cs)产生的伽玛射线;以及(II)由机械源产生的电子束(最高能量为10兆电子伏特)和X射线(最高能量为5兆电子伏特)。
(I) 放射性核素钴-60和铯-137产生的伽玛射线钴-60由高度精制的钴-59(59Co)颗粒在核反应堆中经中子撞击而成,铯-137则由铀裂变产生。钴-60和铯-137发出穿透力强的伽玛射线,可用以处理大件或已包装食物。目前,钴-60是最广泛应用于食物辐照的放射性同位素。 (II) 由机械源产生的电子束和X射线机械源产生的电离辐射的主要优点是,整个处理系统都不涉及放射性物质。产生电子束的电器装置由电力驱动,以直线加速器将电子加速至接近光速。但这些高能电子束的穿透力有限,只适用于较薄的食物。以电子束撞击金属靶,可把电子转化为不同能量的X射线。虽然X射线的穿透力较由钴-60和铯-137产生的伽玛射线强4,但由于电子转化为X射线的效率一般低于10%,以致机械源辐射的应用一直难以推广。 当电离辐射穿过如食物等物质时,能量会被吸收,食物成分的原子和分子会被离子化或激发,引起辐照食物中出现的化学和生物学变化。食物辐照的化学效应食物进行辐照时所产生的化学效应,是由于处于激发态的分子及离子分解后,与相邻分子发生反应,而引发的连串相互反应。主要的化学反应包括分子内部出现异构化和分裂,并与相邻分子发生反应,产生连串新化学产物(包括高反应自由基)。食物经辐照后而产生的自由基,通常存在时间很短。不过,在一些干制、冷藏或含坚硬部分(例如骨头)的食物,由于产生的自由基的活动性有限,因此会存留一段较长时间。由电离辐射引起的另一个重要化学反应是水辐射分解。水分子经辐照后产生的羟基自由基和过氧化氢属高反应性,容易与大部分芳香族化合物、羧酸、酮、醛和硫醇等发生反应。这些化学变化对消除食物的微生物具有重要作用。不过,如辐照环境条件控制不善,这些化学变化难免会对某些食品造成不良影响(例如失去原有风味)。在辐照过程中,利用钴-60产生的伽马射线作能量源,以提供电离辐射。商用辐照设施的共通之处是设有辐照室,以及用以运送食物进出辐照室的输送系统。辐照厂房跟其他工业设施在结构上的主要分别是,辐照室四周建有混凝土防护围墙(厚度一般为1.5至1.8米),以防止电离辐射的泄漏。 放射性核素源会持续发出辐射。当辐射源不用作处理食物时,会贮存在一个水深约6米的水池内。水可吸收辐射能量,是其中一种最佳的阻隔辐射防护物质之一,将辐射源贮存在水里,可保护须要进入辐照室的工作人员免受辐射照射。辐照设施的输送系统采用路轨设计,用以运送食物通过辐照室进行辐照处理。通过控制辐照的时间和辐照源的能量,就可以调节食品接受电离辐射照射的剂量,以达致特定的目的。
在国内,工业用的食物辐照设施必须领取许可证,并受国家辐射安全及卫生当局的规管及监察。他们亦有参考其他主管当局制定的辐照标准 和实务守则 。国际原子能机构和联合国粮食及农业组织合作建立了一个食物辐照设施资料库,胪列各国的认可食物辐照设施,供公众参考。

㈤ 什么是伽马射线

α射线是氦原子核流,
β放射是电子流
γ射线,波长小于0.1纳米的电磁波,是比X射线能量还高的一种辐射.
李启斌提出了本世纪7个天文研究领域。其中有3个涉及地外能量探索,一个是和暗物质有关的暗能量,一个是具有巨大辐射能量的类星体,还有一个则是来自河外的巨大能量源枣伽玛射线爆。

人类已经看到的太空物质只有百分之几,还有百分之九十几的物质是黑暗的,人类没有看到的,这就是暗物质。

提到暗物质,人类很容易想到“黑洞”。黑洞是暗物质的一种。黑洞的引力非常大,从地球上发射的卫星要达到第一宇宙速度7.8公里/秒才能冲出大气层,而在黑洞上以光速发射还是无法超越其巨大的引力。根据霍金的黑洞理论,根据对周围事物的观测可以确定黑洞。如果其周围事物往下掉,那么就会发出X光,产生X光晕,根据对X光的观测就可以测定黑洞。如果观测到某颗星一直围绕着空心转动,那么也可以推测其轨道中间存在着黑洞。

对类星体的探讨属于天体剧烈活动领域的观测。李启斌解释说,类星体的神秘点在于其每秒辐射的能量比整个银河系1000亿颗星体的总和还大。天文学家推测,其中一定存在着提供能量的独特方法。

伽玛射线爆的发现是戏剧性的。人们最初观测伽马射线是为了监测核试验,当仪器偶然对准空中时,发现了来自太空的伽马射线。人们由此发现了发射伽马射线的星体,其中有一部分是爆发性的。空间探测器的观测结果显示了伽马射线爆平均每天一次的频繁程度。

伽马射线爆跟类星体一样具有很强的能量。李启斌乐观的讲,如果能够观测和分析出它们的能量来源,说不定可以解决人类的能源危机和以破坏环境为代价的能源开采。
2003年末,美国《科学》杂志评出年度十大科技成就,关于宇宙伽马射线的研究入选其中。这项研究增进了对宇宙伽马射线爆发的理解,证实伽马射线爆发与超新星之间存在联系。

6500万年前,一颗撞向地球的小行星曾导致了恐龙的灭绝。然而据英国《新科学家》杂志2003年披露,来自外太空的杀手远不止小行星一个,最新科学研究显示,早在4亿年前,地球上曾经历过另外一次生物大灭绝,而罪魁祸首就是银河系恒星坍塌后爆发的“伽马射线”!

在天文学界,伽马射线爆发被称作“伽马射线暴”。

究竟什么是伽马射线暴?它来自何方?它为何会产生如此巨大的能量?

“伽马射线暴是宇宙中一种伽马射线突然增强的一种现象。”中国科学院国家天文台赵永恒研究员告诉记者,伽马射线是波长小于0.1纳米的电磁波,是比X射线能量还高的一种辐射,它的能量非常高。但是大多数伽马射线会被地球的大气层阻挡,观测必须在地球之外进行。

冷战时期,美国发射了一系列的军事卫星来监测全球的核爆炸试验,在这些卫星上安装有伽马射线探测器,用于监视核爆炸所产生的大量的高能射线。

侦察卫星在1967年发现了来自浩瀚宇宙空间的伽马射线在短时间内突然增强的现象,人们称之为“伽马射线暴”。由于军事保密等因素,这个发现直到1973年才公布出来。这是一种让天文学家感到困惑的现象:一些伽马射线源会突然出现几秒钟,然后消失。这种爆发释放能量的功率非常高。一次伽马射线暴的“亮度”相当于全天所有伽马射线源“亮度”的总和。随后,不断有高能天文卫星对伽马射线暴进行监视,差不多每天都能观测到一两次的伽马射线暴。

伽马射线暴所释放的能量甚至可以和宇宙大爆炸相提并论。据赵永恒研究员介绍,伽马射线暴的持续时间很短,长的一般为几十秒,短的只有十分之几秒。而且它的亮度变化也是复杂而且无规律的。但伽马射线暴所放出的能量却十分巨大,在若干秒钟时间内所放射出的伽马射线的能量相当于几百个太阳在其一生(100亿年)中所放出的总能量!

在1997年12月14日发生的伽马射线暴,它距离地球远达120亿光年,所释放的能量比超新星爆发还要大几百倍,在50秒内所释放出伽马射线能量就相当于整个银河系200年的总辐射能量。这个伽马射线暴在一两秒内,其亮度与除它以外的整个宇宙一样明亮。在它附近的几百千米范围内,再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。

然而,1999年1月23日发生的伽马射线暴比这次更加猛烈,它所放出的能量是1997年那次的十倍,这也是人类迄今为止已知的最强大的伽马射线暴。

成因引发大辩论

关于伽马射线暴的成因,至今世界上尚无定论。有人猜测它是两个中子星或两个黑洞发生碰撞时产生的;也有人猜想是大质量恒星在死亡时生成黑洞的过程中产生的,但这个过程要比超新星爆发剧烈得多,因而,也有人把它叫做“超超新星”。

赵永恒研究员介绍说,为了探究伽马射线暴发生的成因,引发了两位天文学家的大辩论。

在20世纪七八十年代,人们普遍相信伽马射线暴是发生在银河系内的现象,推测它与中子星表面的物理过程有关。然而,波兰裔美国天文学家帕钦斯基却独树一帜。他在上世纪80年代中期提出伽马射线暴是位于宇宙学距离上,和类星体一样遥远的天体,实际上就是说,伽马射线暴发生在银河系之外。然而在那时,人们已经被“伽马射线暴是发生在银河系内”的理论统治多年,所以他们对帕钦斯基的观点往往是付之一笑。

但是几年之后,情况发生了变化。1991年,美国的“康普顿伽马射线天文台”发射升空,对伽马射线暴进行了全面系统的监视。几年观测下来,科学家发现伽马射线暴出现在天空的各个方向上,而这就与星系或类星体的分布很相似,而这与银河系内天体的分布完全不一样。于是,人们开始认真看待帕钦斯基的伽马射线暴可能是银河系外的遥远天体的观点了。由此也引发了1995年帕钦斯基与持相反观点的另一位天文学家拉姆的大辩论。

然而,在十年前的那个时候,世界上并没有办法测定伽马射线暴的距离,因此辩论双方根本

无法说服对方。伽马射

线暴的发生在空间上是随机的,而且持续时间很短,因此无法安排后续的观测。再者,除短暂的伽马射线暴外,没有其他波段上的对应体,因此无法借助其他波段上的已知距离的天体加以验证。这场辩论谁是谁

非也就悬而未决。幸运的是,1997年意大利发射了一颗高能天文卫星,能够快速而精确地测定出伽马射线暴的位置,于是地面上的光学望远镜和射电望远镜就可以对其进行后续观测。天文学家首先成功地发现了1997年2月28日伽马射线暴的光学对应体,这种光学对应体被称之为伽马射线暴的“光学余辉”;接着看到了所对应的星系,这就充分证明了伽马射线暴宇宙学距离上的现象,从而为帕钦斯基和拉姆的大辩论做出了结论。

到目前为止,全世界已经发现了20多个伽马射线暴的“光学余辉”,其中大部分的距离已经确定,它们全部是银河系以外的遥远天体。

赵永恒研究员说,“光学余辉”的发现极大地推动了伽马射线暴的研究工作,使得人们对伽马射线暴的观测波段从伽马射线发展到了光学和射电波段,观测时间从几十秒延长到几个月甚至几年。

超新星再次引发争论

难题一个接着一个。

2003年3月24日,在加拿大魁北克召开的美国天文学会高能天体物理分会会议上,一部分研究人员宣称它们已经发现了一些迄今为止最有力的迹象,表明普通的超新星爆发可能在几周或几个月之内导致剧烈的伽马射线大喷发。这种说法一经提出就在会议上引发了激烈的争议。

其实在2002年的一期英国《自然》杂志上,一个英国研究小组就报告了他们对于伽马射线暴的最新研究成果,称伽马射线暴与超新星有关。研究者研究了2001年12月的一次伽马射线暴的观测数据,欧洲航天局的XMM—牛顿太空望远镜观测到了这次伽马射线暴长达270秒的X射线波段的“余辉”。通过对于X射线的观测,研究者发现了在爆发处镁、硅、硫等元素以亚光速向外逃逸,通常超新星爆发才会造成这种现象。

大多数天体物理学家认为,强劲的伽马射线喷发来自恒星内核坍塌导致的超新星爆炸而形成的黑洞。麻省理工学院的研究人员通过钱德拉X射线望远镜追踪了2002年8月发生的一次时长不超过一天的超新星爆发。在这次持续二十一小时的爆发中,人们观察到大大超过类似情况的X射线。而X射线被广泛看作是由超新星爆发后初步形成的不稳定的中子星发出。大量的观测表明,伽马射线喷发源附近总有超新星爆发而产生的质量很大的物质存在。

反对上述看法的人士认为,这些说法没有排除X射线非正常增加或减少的可能性。而且,超新星爆发与伽马射线喷发之间存在时间间隔的原因仍然不明。

无论如何,人类追寻来自浩瀚宇宙的神秘能量———伽马射线暴的势头不会因为一系列的疑惑而减少,相反,科学家会更加努力地去探索。“作为天文学的基础研究,这种探索对人们认识宇宙,观察极端条件下的物理现象并发现新的规律都是很有意义的。”赵永恒研究员说。

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伽马射线几秒内放射的能量相当于几百个太阳一百亿年所放总能量

二○○三年九月,美国有学者对奥陶纪晚期的化石标本进行了研究,他们猜测,在那个时期,一百种以上的水生无脊椎动物在一次伽马射线爆发中从地球上永远地消失了。研究人员表示,伽马射线爆发可能形成酸雨气候,使地球上的生物直接受到酸雨的侵蚀,同时,伽马射线对臭氧层的破坏加大了紫外线的辐射强度,那些浅水域生活的无脊椎动物在紫外线的辐射下数量逐渐减少,直至从地球上灭绝。

㈥ 自然伽马能谱测井

(一)自然伽马测井原理

自然伽马能谱测井是利用钾、钍、铀释放不同能量伽马射线能量的特性,在钻井中测量地层钾、钍、铀含量的方法技术。图3-11是用碘化钠晶体测量的钍、铀、钾的能量谱。由图可见钾(40K)放射出单能量1.46 MeV的伽马射线;钍系(232Th)的特征能量是2.62 MeV;而铀系(238U)的代表能量是1.76 MeV。因此,分别测量1.46 MeV、1.76 MeV、2.62 MeV的自然伽马射线的强度,进而求出钾、铀、钍的含量。

图3-12是自然伽马能谱测井示意图。上图为井下仪器部分,下图是地面记录部分。采用能量窗分析技术,测量几个“能量窗”的计数率,能窗的中心分别为1.46 MeV、1.76 MeV和 2.62 MeV,即用几个能窗测量 40K、238 U、232Th所放出的伽马射线强度。实际上,由于伽马射线与地层物质发生作用,各能窗测得的伽马射线除了来自该能窗对应的放射性元素外,还有其他放射性元素放出的伽马射线,以及能量降低后的伽马射线。如此说来,每个能窗测量结果,并非独立反映该能窗对应元素的含量。因此,对每一个能窗有:

图3-11 用NaI(Tl)晶体探测器取得的钾、钍、铀的真实能谱图

地球物理测井

其中:w(232Th)、w(238U)、w(40K)分别为钍、铀、钾的含量;Ai、Bi、Ci为第i个能窗的三个系数,由标定仪器得出。

求解由图3-13中所划分的三个能窗(W3、W4、W5)测井结果所组成的方程组,即可得出钍、铀、钾的含量:

地球物理测井

地球物理测井

式中:W3、W4、W5分别为第3、4、5个能窗的测量结果;mij为测量矩阵系数。

图3-12 自然伽马能谱仪器的原理示意图

图3-13 自然伽马能谱测井仪的能量窗划分

从误差分析的角度,考虑到核测井的特点,存在统计起伏误差,式(3 19)应改写为

地球物理测井

式中:Δγi为统计起伏误差。

自然伽马能谱测井采用两种方法减小统计起伏的影响,一是增加低能窗(W1,W2)测量;二是采用数字滤波技术。

(二)自然伽马能谱刻度和谱分析

1.自然伽马能谱测井仪的刻度

为了统一自然伽马能谱测井标准,确定式(3-19)中的系数Ai、Bi、Ci,采用了自然伽马能谱测井刻度技术。下井仪器的刻度装置是一口特别设计的刻度井(图3-14)。

这口井由四个层组成。顶部三层分别含有钍、铀和钾三种放射性元素,底层主要成分为混凝土。水泥井段的作用是便利下井仪器的。

放入井内和将其刻度响应值作为刻度基线。

设第i个能窗在j井段的计数率为Wij,于是可测得15个Wij。每一个Wij都与Uj、Thj和Kj有关。解以下方程组:

地球物理测井

可算出15个系数Ai、Bi、Ci,可用于开5个能窗的仪器。图3-14是刻度曲线。

2.自然伽马能谱解析

能谱解析是从测得的脉冲幅度谱中求钾、铀、钍在地层中的含量。把钾、铀、钍系各看成是一个整体,而不细分各放射性核素的含量。有以下几种方法。

(1)剥谱法

在混合谱中找出容易识别的核素,求出谱形,并从混合谱中扣除,然后在剩余谱中找出第二种核素,并做同样处理,直到求出所有的核素为止。

图3-14 TUK刻度井

图3-15 含钾、铀、钍的厚地层自然伽马混合谱

为用剥谱法解析与图3-15相似的钾、铀、钍自然伽马混合谱,先要建立只含钾、铀或钍地层的自然伽马标准谱,并把混合谱看成是每种放射性元素标准谱的线性叠加。标准谱是用测井仪器在刻度井中测定的,井中的标准模块的放射性元素含量已知,刻度条件和测井时的环境尽可能接近。

解谱时,选40K的1.46 MeV、铀系中214Bi的1.76 MeV和钍系中208Tl的2.62 MeV光电峰分别为钾、铀、钍三种放射性元素的自然伽马特征峰,并在三个特征峰下划分出三个道区(在测井工程中习惯称“能窗”),或者说卡出三个谱段。道区之间留适当的间隔,以保证高能谱段中不包含能量较低的光子的贡献,三个道区的计数率分别记为N1、N2、N3。在每个谱段由三种元素生成的计数率分别与它们的含量K、U、Th成正比,并可用下列线性方程组描述:

地球物理测井

地球物理测井

式中系数aij是单位浓度第j种放射性元素在第i个特征道区造成的计数率,由标准谱确定。

这是一个三角形线性方程组,由最后一个方程按顺序往回递推即可求出钍、铀和钾的含量。通常,钍、铀的单位用g/t,而钾的单位用%。因解谱时是分道区进行的,可称为道区剥谱法或道区逐次差引法。

(2)逆矩阵法

对于自然伽马混合谱,是解下列线性方程组:

地球物理测井

其中符号的含义与(3-24)相同,区别在于能量较高的道区也可包含能量较低光子的贡献,即每个特征道区中都可包含钾、铀、钍三种放射源的贡献。因此,特征道区之间不需要留间隔,可较多地利用谱中的数据。

式(3-25)可写成矩阵形式:

地球物理测井

式中:N为由三个特征道区的计数率组成的3×1阶测量矩阵;A为3×3阶方阵,称为能谱测井仪各特征道区对钾、铀、钍的响应矩阵;X为待求的由钾、铀、钍含量组成的3×1阶矩阵。

此时,解谱就是求上述矩阵方程的解:

地球物理测井

式中A-1是A的逆矩阵。

矩阵求逆要求,两种核素不能具有相同的特征峰。

(3)最小二乘逆矩阵法

剥谱法和逆矩阵法只用一个全能峰表征一种放射源,解混合谱时对钾、铀、钍各取一个特征峰。实际上,铀系和钍系均有若干个全能峰可供利用,要把可能利用的全能峰用起来,能峰道区数m就会大于3,这就是用最小二乘法求解的原由。实测的第i个能峰道区的计数率:

地球物理测井

式中:i为能峰道区序号;εi为混合谱第i道区计数率统计误差;aij为谱仪第i个能峰道区对第j种放射性元素(钾、铀、钍)的响应系数;xj为第j种元素在地层中的含量。

用最小二乘法求解,就是使εi的平方和达到最小时求得xj的最可几值,使εi的平方和对xj的偏导数为零,可得到矩阵方程:

地球物理测井

式中:A为矩阵元aij组成的m×3阶响应矩阵;X为待求的钾、铀、钍含量组成的3×1阶矩阵;N为由混合谱m个道区上的计数率组成的m×1阶矩阵。

令S=ATA和Y=ATN,则

地球物理测井

式中:S为3×3阶矩阵;Y为3×1阶矩阵。

(4)加权最小二乘法

在前述解谱方法中,假设各个道区的计数率(或称窗计数率)具有相同的方差,实际上并非如此。对非等精度道区计数率观察值,需要用加权最小二乘法解谱。这一方法是使道区计数率统计误差εi的加权平方和最小,以求取待定的xj的最可几值。此时式(3-29)中增加了一个权矩阵W,变为

地球物理测井

W为一对角矩阵,其第i个对角矩阵元Wi可取为

地球物理测井

式中:σi为第i个道区计数率ni的标准误差;T为谱数据采集时间。

由式(3-31)可求出钾、铀、钍含量矩阵:

地球物理测井

解出每一深度点上地层的钾(K)、铀(U)、钍(Th)含量,就可得到随深度变化的三条曲线。测井还给出一条总计数率曲线,用GR表示(表示其量时,用CGR)。GR曲线可通过直接测量总计数率经刻度得到,也可用下式算出:

地球物理测井

式中:A、B、C为刻度系数;w(Th)、w(U)、w(K)分别为钍、铀和钾在地层中的含量。若除掉铀的贡献,则有

地球物理测井

称之为“无铀”自然伽马射线强度。

对自然伽马能谱测井曲线,通常要用滑动加平均公式或卡尔曼滤波法做平滑处理。

(三)环境影响

自然伽马能谱测井仪器的标准谱和解谱时用的响应矩阵是在标准刻度井中获得的。实际测井时遇到的井条件不可能与刻度井完全相同,测量和解谱结果就会受到环境影响而产生误差。环境影响及其校正方法,可通过理论计算或实验方法进行研究。

井中介质包括钻井液、套管和水泥环。若钻井液为低放射性钻井液,则井的影响主要是对来自地层的伽马射线的散射和吸收;若钻井液中含有KCl,则钻井液柱相当于一个附加的放射源,钾的特征道区计数率会增高;当钻井液中含有重晶石时,钻井液的光电吸收效应增强,将使自然伽马谱严重变形。

图3-16 裸眼井模型

1.低放射性钻井液井环境影响

为简化计算,考虑图3-16所示的裸眼井模型。井眼和地层为同轴正圆柱体,井内钻井液无放射性,地层在探测范围内构成一圆环状放射源,源强密度为M,光子能量为Eγ,地层和钻井液对光子的线性吸收系数分别为μ和μ′,点状探测器置于井轴与地层中介面的交点上,并只记录能量在Eγ附近的光子。图中r0为井眼半径,r-r0是圆环状放射源的径向厚度,φ和α分别为从观察点到环境源内、外边线的垂线与地层顶面的夹角。此时,点状探测器的计数率应为

地球物理测井

式中:

地球物理测井

若令

地球物理测井

而J0=εM/μ,所以有

地球物理测井

地层的径向伸展与厚度相比总可视为无限大,即α=0,并使式(3-37)后两项等于零,则

地球物理测井

地球物理测井

若地层厚度与井眼半径相比可看成无限厚时,φ=π/2,所以有

地球物理测井

当ν=0时,K=1,J=J0。此时无井眼影响。

2.氯化钾和重晶石钻井液的影响

钻井液中加入3%~5%的氯化钾,对泥岩的冲蚀作用可明显降低。但是,钾的放射性可使自然伽马测井受到干扰,表现为:①总计数率增高;②钾特征峰道区计数率明显增高;③能量低于1.46 MeV的道区计数率增高;④解谱结果钾含量异常的高,铀含量偏低,钍含量偏高,各种比值不正常。而重晶石钻井液能使低能道区计数率明显降低。

图3-17 区分泥质地层和钾盐层

氯化钾和重晶石钻井液对测量结果的影响均可用蒙特卡罗方法进行研究。

图3-18 铀含量高的渗透性地层

(四)自然伽马能谱测井的用途

地层岩石中,钍、铀、钾含量的资料有广泛的用途。不仅在石油勘探开发中,在煤田勘探、地热研究中都是十分有价值的资料。无论单独使用,还是与其他测井资料综合使用都有明显的效果。

1.区别泥质地层和钾盐层

在自然伽马测井曲线上,泥质地层和钾盐层都是高值显示,但泥质层的钾含量明显低于钾盐层;钾盐层的钍含量近于零、曲线平直无变化。同时,铀含量曲线也有类似的反映;而钾含量曲线类似于总自然伽马曲线(图3-17)。

图3-18中1600 ft和1638 ft(1ft=0.3048 m)处,自然伽马曲线上显示两个尖峰,似乎应为两个薄泥岩石,但在自然伽马测井曲线中K、Th两条曲线无显示,而在U曲线显示两个尖峰,与自然伽马曲线吻合。这表明这里不是泥岩层,应为一渗透层,并在该深度处U的含量较高,可能是溶有U的水运移中沉淀下来。

2.判断砂-泥岩剖面的岩性

泥岩的特征是Th、K的含量高,而U的含量低;砂岩的基本特征是三种元素的含量都比较低。

图3-19是砂泥岩剖面自然伽马能谱测井曲线和解释结果。

3.碳酸盐岩研究

自然伽马测井不能用于计算碳酸盐岩的泥质含量。因为铀使自然伽马射线增加,而碳酸盐岩是可能含铀的。

纯化学沉积的碳酸盐岩,基本上不含钍和钾。如果它的铀含量也近似为零,那么这种岩石是在氧化环境下形成的;如果铀含量曲线呈现明显的幅度变化,那么这种碳酸盐岩可能为以下两种情况之一:①还原环境下形成。这种环境有利于有机质的储存,并转变成烃。②如果碳酸盐岩颗粒比较细、孔隙度低,那么它可能有裂缝。裂缝中充填有铀、有机质或粘土矿物。当然,铀峰的出现也可能是磷的反应。

碳酸盐岩含粘土时,钍、铀和钾一起存在,自然伽马能谱测井曲线上有明显的幅度反应。有机藻类的碳酸盐岩或含海绿石的碳酸盐岩有明显的钾异常。铀异常可有也可能没有。

图3-19 砂泥岩剖面自然伽马能谱解释

图3-20 碳酸盐岩自然伽马能谱测井曲线

碳酸盐岩的自然伽马能谱测井实例见图3-20。它表明,碳酸盐岩的自然放射性是铀引起的。

4.识别火成岩的种类

自然伽马能谱测井有助于识别火成岩的种类。为了提高准确度,应有其他测井资料,其中最有意义的是密度和声速。图3-21是钍-铀交会图识别主要火成岩的例子。

5.自然伽马能谱测井研究地质问题

在还原条件下,地下热水沿裂缝流动,会使铀盐、铀沉淀下来。所以,通过铀峰可以识别裂缝。要注意,裂缝被充填后,也可能出现铀峰。因此,应和其他测井方法配合使用,正确判断裂缝。

图3-21 钍-铀交会图

实际经验证明,w(Th)/w(U)可用于判断沉积环境:

w(Th)/w(U)>7,陆相氧化环境;

w(Th)/w(U)<7,海相沉积;

w(Th)/w(U)<2,海相黑色页岩。

而w(Th)/w(K)可检查地层岩石的接触关系。当沉积条件急剧改变形成不整合时,w(Th)/w(U)的平均值会突然变化(图3-22)。这种不整合不能用其他测井曲线识别。

图3-22 自然伽马能谱识别地层接触关系

6.寻找有机碳和烃的埋藏位置

有机质和铀的关系十分密切,经过岩心资料刻度后,使用铀含量曲线可以很好地估计有机碳的含量,确定含烃的井段。

㈦ FD-型数字式γ辐射仪

(一)基本计算

1.点源标定辐射仪

标定时使用固体镭(点)源,其伽马照射量率按下列公式计算:

放射性勘探技术

式中:A——标准源的伽马常数,是镭的常数(kRa)和镭的含量(QRa)的乘积;

R——探测器中心至标准源中心的距离(以m为单位)。

2.用体源标定辐射仪

标定时使用四方纯铀模型(体源),其伽马值按下式计算:

IH=K×qH=BHKq(4-6)

qH=BHq(4-7)

式中:H——探头中心至模型表面的距离;

IH、BH、qH——距离为H点的照射量率、饱和度和含量;

K——饱和模型的含量和伽马照射量率之间的换算系数;

q——模型的U含量。

(二)主要步骤

前提条件:采用空中标定法。要求在室外开阔、空旷平坦、底数较低并平稳的场地上进行,仪器和标准源的离地高度约2m。保证标准源中心始终在仪器探管的轴线上。

采用模型标定则尽量减少模型房周围的影响。

待标定的仪器必须结构牢固,工作正常,并经过统一的能量阈值调节。

1.点源法标定步骤

1)如图4-26所示,架好标定架,去掉仪器探头上的橡胶套,再在仪器探头套上铅套,打开仪器电源。检查仪器的读数报警(电池不足报警、计数率溢出报警、计数信号报出报警)。

图4-26 FD-3013型γ辐射仪的标定

2)将仪器置于ppm测量状态。

3)测定场地本底(包括仪器固定本底及宇宙射线本底)。

把标准源移至“无穷远”处(移动标准源时,仪器读数无变化,即可认为“无穷远”),掀一下启动按钮(start),记下仪器给出的ppm读数,每读一次数启动一次按钮,连续读取20个数,取其平均值作为本底值。

4)按图4-26所示架好仪器和标准源,标准源与探头之间距离为1m,用仪器测量20次读数,此时仪器读数平均值应是“A+底数”,若不是,则调节ppm校准电位器旋转钮,使仪器读数与标准源读数一致。

5)将ppm/cpm转换开关置于cpm位置,做cpm测量,用秒表核对cpm测量时间,记下手表给出的时间值T,作为该仪器的特征时间(5s)。

6)仪器报警阈的标定。如某花岗岩地区的γ异常值定为60γ,按公式(4-5)计算60γ(包括底数)距标准源的距离,把标准源挂在此距离处,调节仪器报警阈电位器(即buzz旋钮),使其报警声为不连续的“嘀嗒”声时,仪器的报警阈即为60γ。

也可以不在1m处标定仪器,而在60γ处标定仪器,具体步骤如下:

假如标定场地背景值为15γ,对5号镭源来说,标准源常数为84γ,那么把仪器挂在什么位置时仪器的读数应该是60γ呢?这就需要计算:首先用60γ-15γ=45γ,这是净计数,也就是说把标准源要放在45γ的净计数上,按公式(4-5),则

放射性勘探技术

所以这时应该把仪器挂在探头与标准源之间距离为1.37m的地方,这时观察记录仪器的读数,连续读取20个数,求平均值,若平均值不是60γ,则图4-10的12号装置左边的ppm校准电位器;再次读取20个值,求平均值,如此反复调整,直至仪器读数是60γ为止。

此时,再调节12号装置右边的buzz旋钮,让报警声响处于“似响非响”的状态,这时的报警阈就是60γ。

一般情况下,刚出厂的新仪器都是准确的。使用几年以后,仪器的NaI(Tl)晶体受潮,接收γ射线效率下降,就需要标定。

有时,学校或生产单位没有标准源(标准源的购买需要很复杂的手续,还要到公安部门备案),就可以找一块沥青铀矿石作为“代标准源”使用。但这时需要使用较好的、已经标定的新仪器多次详细测定“代标准源”的A值,然后再标定旧仪器,标定的方法与“标准源”标定一样。直至所有的仪器在相同位置的读数都一致为止,这项工作称“一致性”检查。这种标定只有在要求不太严格的条件下使用。

2.模型法标定步骤

1)接通仪器电源,检查仪器的读数报警。

2)使仪器处于ppm测量状态。

3)将仪器探头置于模型中心,掀一下启动按钮(start),记下仪器给出的ppm读数,每读一次数启动一次按钮,连续读取20个数,取其平均值。若测得的ppm数值与已知饱和模型含量或已知不饱和模型等价饱和模型含量不符时,旋转ppm校准电位器旋钮,重新测量,直至仪器读数值和已知模型含量值吻合为止。

㈧ 电子束x射线辐照灭菌和钴60伽马辐照中心区别是,陕西咸阳杨凌那个是哪种

㈨ 伽马射线为什么可以改变人类的DNA

伽马射线是一种电磁辐射,与无线电波、红外辐射、紫外线辐射、X射线和微波辐射一样。伽马射线可以用来治疗癌症,而伽马射线暴是天文学家的主要研究热点。电磁辐射可以以不同波长和频率的波或粒子的形式传播。波长范围称为电磁频谱,一般分为七个部分。随着波长的减小,能量和频率将增加。这七个部分通常是无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线。

伽马射线的另一个来源是裂变,这应该不奇怪。劳伦斯伯克利国家实验室对核裂变的定义是,一个较重的核分裂成大致相等的两半,然后变成较轻元素的核。这个过程涉及到与其他粒子的碰撞。当铀和钋等重核受到其他粒子的轰击时,它们会分裂成氙和锶等较轻的元素。轰击产生的新粒子将与其他重核碰撞,形成连锁反应。这个过程也释放能量,因为裂变产生的粒子总质量比原来的重核质量要低。这个质量也以动能、中微子和较小核的伽马射线的形式转化为能量。

α衰变和γ衰变也能产生γ射线。当重核释放氦-4核,原子数减少2,原子质量减少4时,α衰变发生。这一过程将导致过剩的核能,并以伽马射线的形式释放出来。如果原子核中有太多的能量,就会发生伽马衰变,发出伽马射线,而不改变原子核的电荷或质量组成。

伽玛射线治疗

伽玛射线可以破坏肿瘤细胞的DNA,所以它们有时被用来治疗恶性肿瘤。但使用这种疗法时必须小心,因为伽玛射线也会损害周围健康组织细胞的DNA。

一种最大化对癌细胞的辐射并同时最小化对健康细胞的辐射的方法是通过线性加速器将不同方向的多个伽马射线聚焦在小区域上。这就是电脑刀和伽玛刀治疗的原理。

伽玛刀放射外科使用一种特殊装置,近200个放射物击中脑瘤或其他目标。每束辐射对通过的脑组织影响不大,但交界处的辐射剂量较大。

㈩ 伽马辐射仪的原理是什么

辐射仪是测量辐射能量的仪器。探测电离辐射并具有识别、计量等功能的仪器和装置的总称。用于发现放射性沾染,测量沾染区的γ剂量率,测量人体、装备和各种物体的表面放射性活度,概略测定粮秣、蔬菜的比活度和水的体活度。

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