中国地质调查局青岛海洋地质研究所主办
高级检索

海洋沉积物光释光测年中铀、钍、钾的γ能谱法分析

,  ,  , 

文章导航 > 海洋地质前沿 > 2018 > 34(12): 68-76

上一篇

下一篇

何乐龙, 辛文彩, 张剑, 常文博. 海洋沉积物光释光测年中铀、钍、钾的γ能谱法分析[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(12): 68-76. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.12009
引用本文: 何乐龙, 辛文彩, 张剑, 常文博. 海洋沉积物光释光测年中铀、钍、钾的γ能谱法分析[J]. 海洋地质前沿, 2018, 34(12): 68-76. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.12009
shu
HE Lelong, XIN Wencai, ZHANG Jian, CHANG Wenbo. γ-SPECTROMETRIC DETERMINATION OF U, TH AND K FOR OSL DATING OF MARINE SEDIMENTS[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(12): 68-76. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.12009
Citation: HE Lelong, XIN Wencai, ZHANG Jian, CHANG Wenbo. γ-SPECTROMETRIC DETERMINATION OF U, TH AND K FOR OSL DATING OF MARINE SEDIMENTS[J]. Marine Geology Frontiers, 2018, 34(12): 68-76. doi: 10.16028/j.1009-2722.2018.12009
shu

海洋沉积物光释光测年中铀、钍、钾的γ能谱法分析

  • 中国地质调查局青岛海洋地质研究所，青岛266071

  • 基金项目:
    国土资源公益性行业科研专项(201411072)
详细信息
    作者简介: 何乐龙(1989-)，男，硕士，研究实习员，主要从事海洋地质年代实验和研究工作.E-mail：helelong@163.com
    通讯作者: 张剑(1976-)，男，博士，副研究员，主要从事海洋地质实验测试方面的研究工作.E-mail：zhangjqimg@163.com

  • 中图分类号: P736;O657.62

γ-SPECTROMETRIC DETERMINATION OF U, TH AND K FOR OSL DATING OF MARINE SEDIMENTS

  • Qingdao Institute of Marine Geology, CGS, Qingdao 266071, China

More Information

    摘要

  • 测量样品的放射性核素(238U、232Th和40K)含量并用于计算环境剂量率，是光释光测年方法中非常重要的步骤。本研究比较了电感耦合等离子体质谱和发射光谱法以及高纯锗γ能谱法对一系列海洋沉积物中铀、钍、钾含量的测量结果和环境剂量率计算结果。研究表明，多道高纯锗γ能谱仪测量铀、钍、钾的精确度和准确度较高。不同分析方法得到的测量结果高度一致，通过计算得到的环境剂量率也无显著差别。放射性核素活度浓度和质量浓度的理论比值与实验比值之间差距很小，两种方法几乎没有系统误差。γ能谱法制样更简单，还能了解样品是否处于的放射性平衡状态，是值得推广研究的环境剂量率测量方法。

    The measurement of radionuclides (238U, 232Th and 40K) is critical in OSL dating for calculation of the environmental dose rate. In this study, we compared the results of the 238U, 232Th and 40K contents from the ICP-MS and ICP-OES method and the HPGe γ-ray spectrum method, and the environmental dose rates calculated from the contents are also compared. The results suggest that the environmental dose rates did not differ significantly for the two methods, and the contents of radionuclides are highly consistent. However, for the method of γ-ray spectrometry, sample preparation is simple and no damage is observed. We may simultaneously measure various radionuclides, and it is easy to know whether the sample is in a radioactive equilibrium state or not. Therefore, the method is highly recommended for measuring the dose rate in OSL dating.

    • HTML全文
  • 加载中

  • 图 1  高纯锗γ能谱仪以及ICP-MS、ICP-OES的测量结果比较

    Figure 1. 

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    图 2  高纯锗γ能谱仪以及ICP-MS、ICP-OES所得环境剂量率结果比较

    Figure 2. 

    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    表 2  多道高纯锗γ能谱仪测量的精确度和准确度

    Table 2.  Accuracy and resolution of HPGe γ-spectrometer

    项目 名称 编号(标准物质编号) 证书标称值/(Bq/kg) 仪器测量均值/(Bq/kg)(n=4) 测量准确度/%(n=4) 测量精确度/%(n=4)
    238U 铀镭放射性环境分析标准物质 GBW040012 (230±19)×10 2 310±117 0.04 4.93
    232Th 钍放射性环境分析标准物质 GBW040013 639±57 640±13 0.01 2.00
    40K 钾放射性环境分析标准物质 GBW040014 (353±16)×10 3 541±125 0.03 3.53
    232Th 钾放射性环境分析标准物质 GBW040014 85.9±8.6 87.2±2.7 1.51 3.10
    238U 钾放射性环境分析标准物质 GBW040014 17.5 18.1±1.7 3.42 9.39
    40K 天然放射性环境分析标准物质 GBW040015 (146±11)×10 1 492±67 2.19 4.49
    238U 待测样品 2016A155 37.88±3.07 8.10
    232Th 待测样品 2016A155 54.65±2.17 3.97
    40K 待测样品 2016A155 743.8±36.6 4.92
    238U 待测样品 2016A156 23.80±2.01 8.44
    232Th 待测样品 2016A156 42.60±1.09 2.56
    40K 待测样品 2016A156 619.3±27.7 4.47
    下载: 导出CSV

    表 1  本研究中测量的特征γ射线能量和分支比

    Table 1.  The characteristic gamma ray energy and branching ratio used in this study

    测量核素 能量/keV 分支比/%
    40K 1 460.8 10.7
    232Th(228Ac) 238.6 43.6
    232Th(228Ac) 911.6 27.7
    238U(214Bi) 609.3 46.3
    238U(214Pb) 351.9 37.2
    238U(226Ra) 186.2 3.28
    238U(234PaM) 1 001.0 0.837
    238U 63.3 84.9
    下载: 导出CSV

    表 3  高纯锗γ能谱仪和ICP-MS、ICP-OES的测量结果

    Table 3.  Measurement results of ICP-MS, ICP-OES method and HPGe γ-spectrometer

    样品编号 高纯锗γ能谱仪 ICP-MS和ICP-OES
    238U/(Bq/kg) 232Th/(Bq/kg) 40K/(Bq/kg) 剂量率D1/(Gy/ka) 238U/10 -6 232Th/10-6 40K/10-6 剂量率D2/(Gy/ka)
    2016A155 37.88 54.65 743.8 3.755 3.05 13.50 2.75 3.732
    2016A156 23.80 42.60 619.3 2.911 1.91 10.50 2.32 2.898
    2016A157 30.62 53.76 717.6 3.410 2.46 13.40 2.66 3.503
    2016A158 35.21 54.22 703.9 3.446 2.90 13.50 2.62 3.606
    2016A159 32.71 56.57 705.4 3.539 2.62 14.10 2.60 3.563
    2016A160 26.63 49.70 721.8 3.249 2.06 12.40 2.64 3.309
    2016A161 25.81 40.61 611.3 2.858 2.03 10.10 2.26 2.859
    2016A162 25.79 49.90 645.6 3.065 2.07 12.40 2.42 3.162
    2016A163 16.92 38.69 610.3 2.510 1.34 9.64 2.29 2.661
    2016A164 28.79 51.82 654.7 3.205 2.30 12.90 2.42 3.264
    2016A165 32.19 59.11 745.4 3.651 2.58 14.70 2.77 3.717
    2016A166 16.51 32.60 687.3 2.792 1.33 8.12 2.54 2.702
    2016A167 29.33 49.81 656.8 3.276 2.31 12.40 2.42 3.227
    2016A170 22.27 46.20 645 2.845 1.77 11.30 2.36 2.955
    2016A171 22.07 46.23 664.2 3.104 1.72 11.40 2.49 3.036
    2016A172 22.10 46.47 668.4 3.159 1.77 11.10 2.48 3.018
    2016A173 21.49 45.31 673.2 2.954 1.64 10.90 2.57 3.030
    2016A053 25.38 43.36 506.6 2.629 2.00 10.52 1.90 2.642
    2016A054 17.58 33.08 515.8 2.394 1.45 8.23 1.97 2.359
    2016A055 21.52 40.62 533.3 2.577 1.75 10.03 2.02 2.622
    2016A056 25.48 45.01 539.2 2.637 2.02 10.96 2.02 2.768
    2016A057 15.04 28.83 543.2 2.291 1.25 7.20 2.07 2.294
    2016A058 13.34 21.96 540 2.044 1.04 5.29 2.02 2.055
    2016A059 18.77 34.59 502.9 2.359 1.50 8.46 1.90 2.344
    2016A060 14.38 27.45 526.8 2.266 1.18 6.81 2.00 2.197
    2016A061 23.32 41.77 525.2 2.676 1.87 10.09 1.97 2.620
    2016A062 29.56 50.63 524.9 2.924 2.37 12.45 1.98 2.949
    2016A063 22.08 35.47 532.9 2.502 1.77 8.82 2.01 2.523
    2016A064 32.11 31.97 549.5 2.801 2.62 7.79 2.06 2.701
    2016A065 16.85 28.01 527.8 2.309 1.35 6.92 2.00 2.252
    2016A066 32.01 46.75 598 3.208 2.55 11.43 2.25 3.097
    2016A067 28.02 42.26 533.4 2.567 2.23 10.42 2.04 2.790
    2016A068 30.01 55.52 740.5 3.685 2.40 13.63 2.78 3.592
    2016A069 26.02 45.75 603.2 3.013 2.09 11.29 2.26 2.970
    2016A070 29.02 46.12 565.2 2.983 2.32 11.44 2.14 2.965
    2016A071 23.36 41.74 510.6 2.705 1.86 10.19 1.94 2.609
    2016A072 32.22 51.94 707.6 3.499 2.54 12.77 2.66 3.475
    2016A073 30.77 51.15 680.8 3.198 2.46 12.52 2.56 3.371
    2016A074 34.81 50.11 685.7 3.448 2.71 12.17 2.57 3.418
    2016A075 30.33 48.83 665.4 3.412 2.43 12.00 2.52 3.290
    2016A076 26.21 38.32 506.2 2.541 2.10 9.32 1.93 2.597
    2016A077 28.07 42.64 616.9 2.952 2.26 10.50 2.32 2.992
    2016A078 30.15 49.75 649 3.241 2.41 12.05 2.46 3.249
    2016A079 33.09 45.97 573.1 3.009 2.67 11.40 2.20 3.095
    2016A080 25.45 40.00 507.5 2.637 2.04 9.90 1.92 2.619
    2016A081 29.65 49.50 637.1 3.259 2.36 12.21 2.40 3.210
    2016A082 29.61 50.62 563.9 3.099 2.37 12.27 2.13 3.037
    2016A045 26.16 45.88 580.1 2.937 2.07 11.16 2.18 2.899
    2016A046 29.98 47.67 598.2 2.922 2.38 11.61 2.25 3.065
    2016A047 28.44 47.25 530.8 2.832 2.30 11.64 2.01 2.890
    2016A048 18.88 25.79 689.9 2.625 1.50 6.28 2.60 2.641
    2016A049 16.50 25.53 726.4 2.616 1.34 6.31 2.75 2.702
    2016A050 11.86 18.24 690.2 2.485 1.01 4.65 2.63 2.403
    2016A051 15.35 27.55 641.2 2.449 1.26 6.84 2.43 2.511
    2016A052 11.52 16.94 761.8 2.577 0.88 4.02 2.85 2.467
    下载: 导出CSV

    表 4  数据的Pearson相关性关系

    Table 4.  Pearson correlation of the data

    项目 238U/(Bq/kg) 232Th/(Bq/kg) 40K/(Bq/kg) D1/(Gy/ka) 238U/10-6 232Th/10-6 40K/10-6 D2/(Gy/ka)
    238U/(Bq/kg) 相关性 1.000 0.863** 0.191 0.813** 0.998** 0.861** 0.172 0.835**
    显著性 0.000 0.163 0.000 0.000 0.000 0.210 0.000
    232Th/(Bq/kg) 相关性 0.863** 1.000 0.254 0.846** 0.853** 0.999** 0.227 0.878**
    显著性 0.000 0.061 0.000 0.000 0.000 0.095 0.000
    40K/(Bq/kg) 相关性 0.191 0.254 1.000 0.657** 0.181 0.262 0.997** 0.649**
    显著性 0.163 0.061 0.000 0.186 0.053 0.000 0.000
    D1/(Gy/ka) 相关性 0.813** 0.846** 0.657** 1.000 0.805** 0.847** 0.639** 0.979**
    显著性 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
    238U/10-6 相关性 0.998** 0.853** 0.181 0.805** 1.000 0.852** 0.163 0.828**
    显著性 0.000 0.000 0.186 0.000 0.000 0.235 0.000
    232Th/10-6 相关性 0.861** 0.999** 0.262 0.847** 0.852** 1.000 0.234 0.882**
    显著性 0.000 0.000 0.053 0.000 0.000 0.085 0.000
    40K/10-6 相关性 0.172 0.227 0.997** 0.639** 0.163 0.234 1.000 0.631**
    显著性 0.210 0.095 0.000 0.000 0.235 0.085 0.000
    D2/(Gy/ka) 相关性 0.835** 0.878** 0.649** 0.979** 0.828** 0.882** 0.631** 1.000
    显著性 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
    注：**表示在0.01水平(双侧)上显著相关。
    下载: 导出CSV

    表 5  放射性核素活度浓度和质量浓度的比值

    Table 5.  Ratio of radionuclide activity concentration to mass concentration

    核素 理论比值/(Bq/kg·106) 实测平均比值/(Bq/kg·106) 相对偏差/%
    238U 12.31 12.62 2.60
    232Th 4.058 4.029 0.08
    40K 259.0 265.4 2.47
    下载: 导出CSV
    • 参考文献(25)
  • [1]

    Huntley D J, Godfreysmith D I, Thewalt M L W. Optical dating of sediments[J]. Nature, 1985, 313(5998):105-107. doi: 10.1038/313105a0

    [2]

    赖忠平, 欧先交.光释光测年基本流程[J].地理科学进展, 2013, 32(5):683-693. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=dlkxjz201305001

    [3]

    张克旗, 吴中海, 吕同艳, 等.光释光测年法——综述及进展[J].地质通报, 2015(1):183-203. doi: 10.3969/j.issn.1671-2552.2015.01.015

    [4]

    张克旗.释光测年中环境剂量率影响因素研究[J].地质力学学报, 2012, 18(1):62-71. doi: 10.3969/j.issn.1006-6616.2012.01.007

    [5]

    Wintle A G, Murray A S. A review of quartz optically stimulated luminescence characteristics and their relevance in single-aliquot regeneration dating protocols[J]. Radiation Measurements, 2006, 41(4): 369-391. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=f07a1de3d3840d1570520ba8f47d9ac5

    [6]

    Galbraith R F, Roberts R G. Statistical aspects of equivalent dose and error calculation and display in OSL dating: An overview and some recommendations[J]. Quaternary Geochronology, 2012, 11(8): 1-27. doi: 10.1016/j.quageo.2012.02.016

    [7]

    Murray A S, Wintle A G. The single aliquot regenerative dose protocol: potential for improvements in reliability[J]. Radiation Measurements, 2003, 37(4): 377-381.DOI:10.1016/s1350-4487(03)00053-2

    [8]

    Aitken M J. An introduction to optical dating[M]. London: Oxford University Press, 1998: 39-44.

    [9]

    陈敏, 张成江, 倪师军.仪器中子活化法研究核设施周围土壤中的铀、钍、钾[J].核化学与放射化学, 2010, 32(5): 315-320. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hhxyfshx201005012

    [10]

    秦亚丽, 陈喆, 吴伟明, 等.光释光测年中铀、钍、钾的NAA分析[J].核电子学与探测技术, 2010, 30(12): 1653-1656. doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2010.12.025

    [11]

    卜道露, 杨旭, 李高湖, 等. ICP-MS测定地球化学样品中钍铀等14种元素[J].化学研究与应用, 2017, 29(8): 1254-1257. doi: 10.3969/j.issn.1004-1656.2017.08.028

    [12]

    吉艳琴.环境样品中痕量铀、钍、镎和钚的电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析方法研究[D].北京: 中国原子能科学研究院, 2001.

    [13]

    韩佳, 卢新卫, 庞奖励, 等. γ谱法和ICP-MS法测定黄土样品中铀、钍含量的比较[J].陕西师范大学学报:自然科学版, 2005, 33(2): 119-121. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=sxsfdxxb200502032

    [14]

    黎星.地质样品的HPGe特征谱峰及其铀镭、钍、钾定量分析技术研究[D].南昌: 东华理工大学, 2016.

    [15]

    Bu M, Murray A S, Kook M H, et.al. Characterization of scintillator-based gamma spectrometers for determination of sample dose rate in OSL dating applications[C]// Abstract from 15th International Conference on Luminescence and Electron Spin Resonance Dating, Cape Town, South Africa. 2017.

    [16]

    史志兰, 艾宪芸, 肖无云, 等.基于HPGeγ谱仪的土壤样品分析[J].核电子学与探测技术, 2012, 32(10): 1141-1144. doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2012.10.007

    [17]

    杨会丽, 陈杰. ORTEC GEM70P4-95P型高纯锗γ谱仪的标定[J].核技术, 2012, 35(11): 854-858. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjs201211012

    [18]

    李君利.实验室γ能谱测量与分析[M].北京:人民交通出版社, 2014.

    [19]

    王维达.中国热释光与电子自旋共振测定年代研究[M].北京:中国计量出版社, 1997.

    [20]

    卢演俦, 张景昭, 赵华.第四纪沉积物热释光测年中古剂量的测定方法[J].核技术, 1991(2): 109-113. doi: 10.1007/BF03008874

    [21]

    付锦, 赵宁博, 裴承凯, 等.中国铀、钍、钾元素地球化学场特征及与铀矿化关系[J].物探与化探, 2014, 38(2): 200-204. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=wtyht201402003

    [22]

    孙景信, 王玉琦, 屠树德.土壤中微量元素铀(U)和钍(Th)的含量和分布[J].科学通报, 1990, 35(6): 457-460. doi: 10.1007/BF02919155

    [23]

    李建华, 金惠民, 常志远, 等.环境样品中铀丰度的HPGe γ谱仪测量方法研究[J].中国原子能科学研究院年报, 2006(1): 288-288. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=QK200602345864

    [24]

    陈劲松, 杨浩, 杨本俊, 等.样品厚度对高纯锗γ谱仪探测效率的影响[J].核技术, 2011, 34(9): 683-688. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=hjs201109010

    [25]

    王瑞俊, 段媛媛.基于HPGeγ谱仪测量土壤样品不确定度的评定[J].核电子学与探测技术, 2013, 33(5): 598-602. doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2013.05.018

    • 相关文章
  • 施引文献
  • 资源附件(0)
  • 加载中

图(2)

表(5)

计量
  • 文章访问数:  537
  • PDF下载数:  14
  • 施引文献:  0
出版历程
收稿日期:  2018-09-30
刊出日期:  2018-12-28

目录

    版权所有：中国地质调查局发展研究中心 copyright @2020
    返回