D-D中子活化在Ar-Ar同位素定年中的应用与探索

• 作 者: 史万峰
• 出 处: 兰州大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 同位素定年 D-D中子活化技术 Ar-Ar定年 活化截面 稀有气体质谱仪 无标样定年

同位素地质年龄是利用放射性同位素衰变规律,是研究和测定矿物、岩石等地质体从结晶、重结晶到现在所经历时间的一种同位素计时方法,与放射性同位素的衰变情况有关。准确测定同位素的地质年龄对研究地球和行星的形成历史、演化规律具有重要意义,对地质研究、资源勘查、矿石生物演化规律研究、气候变化规律研究、环境变换规律研究等各个方面有重要应用价值。氩（Ar）同位素体系定年法是应用最广泛的地质定年方法之一,适用于测定各种含钾矿物岩石的年龄,可测年龄范围上至46亿年的地球年龄,下至公元79年维苏威火山喷发,广泛应用在考古学、构造运动、火山灾害、环境和气候演化等方面。Ar-Ar定年方法需要将样品中的³⁹K经中子照射发生核反应³⁹K（n,p）³⁹Ar,生成³⁹Ar。传统上采用反应堆释放出的中子照射样品,但反应堆的中子能量范围宽、建造成本高、运行时间少等因素限制了在氩-氩年代学的研究和应用。Ar-Ar定年中的³⁹K（n,p）³⁹Ar活化截面在中子能量为1.5 MeV³ MeV之间显著增加,本工作利用D-D强流中子源产生的2.5 MeV准单能中子对氩-氩定年标样进行辐照,用镍片精确监测中子通量,探索无标样定年技术。辐照后的样品经分步加热、冷却、气体纯化、气体提取等过程,运用分辨率高的稀有气体质谱仪对Ar同位素含量进行测量,计算分析实验结果,并探讨氘-氘源强流中子发生器进行氩-氩绝对定年的可行性。同时,本文运用快中子活化分析的方法,利用质谱仪测量的Ar同位素含量,计算出了³⁹K（n,p）³⁹Ar反应的活化法截面,与已有数据及ENDF/B-Ⅷ.0和JEFF-3.3评价数据进行了比较分析,并用核反应计算程序TALYS 1.9对³⁹K（n,p）³⁹Ar反应激发函数曲线进行计算和对比分析。工作中,D-D快中子由中国原子能科学研究院CPNG-600型强流中子发生器获得,中子注量率由同时和样品辐照的监督反应⁵⁸Ni（n,p）⁵⁸Co通过低本底高分辨率高纯锗（HPGe）γ谱仪测量给出,含K标样由中国科学院地质与地球物理研究所提供,并在稀有气体实验室协助下用Noblesse稀有气体质谱仪对³⁹Ar、⁴⁰Ar进行了测量,计算出样品的年龄,实现无标样氩-氩定年,并与标准样品年龄进行对比分析,实验结果与标准年龄接近。本工作探索了D-D中子活化在Ar-Ar同位素定年技术中的应用与实践,为同位素定年技术提供了新的方法和思路,同时也拓展了强流中子发生器等高新技术在地学中的应用。