D-D中子活化在Ar-Ar同位素定年中的应用与探索

论文摘要

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。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 本论文的工作
• 第二章 同位素地质年代学基础知识
•   2.1 同位素地质年龄测定的理论依据
•   2.2 放射性同位素测定地质年龄的前提
•   2.3 同位素测定地质年龄的方法
•   2.4 K-Ar/Ar-Ar年代学测定的原理及方法
•     2.4.1 K-Ar同位素定年方法原理
•     2.4.2 Ar-Ar同位素定年方法原理
•   2.5 本工作主要研究内容
• 第三章 实验设备及过程
•   3.1 实验设备
•     3.1.1 D-D中子源
•     3.1.2 中子平均能量的确定
•     3.1.3 γ能谱测量系统
•     3.1.4 Noblesse稀有气体质谱仪器简介
•   3.2 实验过程
•     3.2.1 样品的制备
•     3.2.2 样品的辐照
•     3.2.3 样品的冷却
•     3.2.4 γ 能谱测量
•     3.2.5 Ar气体的提取
•     3.2.6 Ar气体的纯化
•     3.2.7 质谱测量
• 第四章 实验数据分析及讨论
•   4.1 中子活化基本原理
•   4.2 中子通量的计算
•   4.3 Ar同位素含量测定
•   4.4 样品年龄的计算
•   4.5 D-D快中子诱发39K（n,p）39Ar活化法截面测量
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 在学期间的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 史万峰

导师: 兰长林,苏菲

关键词: 同位素定年,中子活化技术,定年,活化截面,稀有气体质谱仪,无标样定年

来源: 兰州大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学,地质学

单位: 兰州大学

基金: 国家自然基金面上项目(41573050)

分类号: P597.3

总页数: 63

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