天然放射性核素α射線能譜特性

天然放射性衰變系列中，主要存在鈾系、釷系以及錒系，三個系列中，其母體核素的半衰期都很長，因此在自然界中廣泛存在。它們都有一個氣態(tài)放射性核素，都為氡的同位素，分別為²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn，其都能逸散，因而它們的衰變子體可附著于物體表面，這些子體我們稱之為放射性沉淀物。因此，實際應用中在進行天然放射性核素α能譜測量時，主要是對氡及其以后α衰變體產生的α粒子進行測量。錒系總是與鈾系共生的，但錒系中的母體核素²³⁵U量很少，一般情況下，它對測量的影響可不予考慮。因此，只考慮對鈾系和釷系α衰變產生的α粒子的測量。表5-1，表5-2分別為鈾系、釷系衰變鏈中氡及其子體α衰變產生的能量及半衰期^[2]。

表5-1 鈾系222Rn及其子體衰變表

表5-2 釷系220Rn及其子體衰變表

從表5-1和表5-2看出，在鈾系中，²²²Rn發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為5.482MeV，在其能量附近只有²¹⁴Bi的α衰變產生的α粒子的能量(5.448MeV和5.512MeV)與其接近，但是由于其衰變幾率非常低，約0.033%，因此，其影響可忽略。理論上假如測量系統(tǒng)有足夠的探測效率且射線沒有能量損失射到探測器上（因為Rn222氣體本身是不帶電的，所以實際上這個物理條件是不具備的），則通過α能譜方式測量氡本身衰變的產生α粒子數來實現對氡的測量。²¹⁸Po發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為6.002MeV，而且在鈾系衰變鏈中，其附近不存在對其形成干擾的α輻射體。僅僅在釷系衰變鏈中，有²¹²Bi衰變產生的α粒子能量(6.005MeV)與其接近。但由于其為²¹²Pb的衰變子體，由于²¹²Pb半衰期為10.64h，比²¹⁸Po的半衰期長的多，同時²¹²Bi半衰期為60.6分，也比²¹⁸Po的半衰期長得多，加上其衰變幾率只有33.7%，因此在實際測量工作中，通過釷射氣平衡時候Po212的計數，扣除²¹²Bi對²¹⁸Po的測量影響的影響。²¹⁴Po發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為7.687MeV，在鈾系和釷系中均沒有其它核素對其產生干擾，因此其能量具有特征性。在釷系中，²²⁰Rn發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為6.282MeV，在其能量附近沒有其它核素能量對其形成干擾，在高能量分辨率的α能譜測量系統(tǒng)中，能分辨出其能量特征。但是由于²²⁰Rn半衰期短，其逸散距離很短。同時由于不帶電，也不能滿足能譜測量的物理條件，因此也不適合對其進行能譜測量。²¹⁶Po發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為6.774MeV，²¹²Po發(fā)生α衰變產生的α粒子能量為8.785MeV，這兩個能量附近，在鈾釷系中均沒有對其產生干擾的核素能量。因此，采用α能譜方式對其定性測量。