天然放射性核素α射线能谱特性

天然放射性核素α射线能谱特性

天然放射性衰变系列中，主要存在铀系、钍系以及锕系，三个系列中，其母体核素的半衰期都很长，因此在自然界中广泛存在。它们都有一个气态放射性核素，都为氡的同位素，分别为²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn，其都能逸散，因而它们的衰变子体可附着于物体表面，这些子体我们称之为放射性沉淀物。因此，实际应用中在进行天然放射性核素α能谱测量时，主要是对氡及其以后α衰变体产生的α粒子进行测量。锕系总是与铀系共生的，但锕系中的母体核素²³⁵U量很少，一般情况下，它对测量的影响可不予考虑。因此，只考虑对铀系和钍系α衰变产生的α粒子的测量。表5-1，表5-2分别为铀系、钍系衰变链中氡及其子体α衰变产生的能量及半衰期^[2]。

表5-1 铀系222Rn及其子体衰变表

表5-2 钍系220Rn及其子体衰变表

从表5-1和表5-2看出，在铀系中，²²²Rn发生α衰变产生的α粒子能量为5.482MeV，在其能量附近只有²¹⁴Bi的α衰变产生的α粒子的能量(5.448MeV和5.512MeV)与其接近，但是由于其衰变几率非常低，约0.033%，因此，其影响可忽略。理论上假如测量系统有足够的探测效率且射线没有能量损失射到探测器上（因为Rn222气体本身是不带电的，所以实际上这个物理条件是不具备的），则通过α能谱方式测量氡本身衰变的产生α粒子数来实现对氡的测量。²¹⁸Po发生α衰变产生的α粒子能量为6.002MeV，而且在铀系衰变链中，其附近不存在对其形成干扰的α辐射体。仅仅在钍系衰变链中，有²¹²Bi衰变产生的α粒子能量(6.005MeV)与其接近。但由于其为²¹²Pb的衰变子体，由于²¹²Pb半衰期为10.64h，比²¹⁸Po的半衰期长的多，同时²¹²Bi半衰期为60.6分，也比²¹⁸Po的半衰期长得多，加上其衰变几率只有33.7%，因此在实际测量工作中，通过钍射气平衡时候Po212的计数，扣除²¹²Bi对²¹⁸Po的测量影响的影响。²¹⁴Po发生α衰变产生的α粒子能量为7.687MeV，在铀系和钍系中均没有其它核素对其产生干扰，因此其能量具有特征性。在钍系中，²²⁰Rn发生α衰变产生的α粒子能量为6.282MeV，在其能量附近没有其它核素能量对其形成干扰，在高能量分辨率的α能谱测量系统中，能分辨出其能量特征。但是由于²²⁰Rn半衰期短，其逸散距离很短。同时由于不带电，也不能满足能谱测量的物理条件，因此也不适合对其进行能谱测量。²¹⁶Po发生α衰变产生的α粒子能量为6.774MeV，²¹²Po发生α衰变产生的α粒子能量为8.785MeV，这两个能量附近，在铀钍系中均没有对其产生干扰的核素能量。因此，采用α能谱方式对其定性测量。