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_射线激发的光释光测年技术实验研究

第23卷 第4期 成都理工学院学报 V o l.23N o.4 1996年10月JOU RNAL O F CH EN GDU I N ST ITU T E O F T ECHNOLO GY O ct.1996 6射线激发的光释光测年技术实验研究

贾文懿 魏 彪

(成都理工学院三系)

【摘要】文章提出了利用6射线作光释光测年的激发光源,以此进行

了实验研究。研究结果表明,利用6射线是可以激发辐射样品使其产

生光释光信号的。

关键词 光释光(O SL),测年技术,微型6射线源

中图分类号 P631.63

光释光(op tically sti m u lated lum inescence,常简写为O SL,1985年提出)测年技术,是在热释光(ther m o lum inescence,常简写为TL,1953年提出)测年技术的基础上发展起来的一种新的年代测定技术。在国外,自从D.J.H un tley等人于1985年提出进行沉积物的光释光(O SL)测年技术以来[1],该测年技术因可以克服热释光测年技术的某些不足而获得了快速的发展[2]。在我国,应用O SL测年技术才刚刚起步。由于国外的O SL仪器设备价格昂贵,因此依靠引进国外O SL测年仪器装置,不利于该测年技术在我国的推广应用。本研究在对O SL测年技术的国内外研究现状进行了充分调研的基础上,首次提出了利用微型6射线源作为样品的激发光源,以此对模拟地质样品开展了初步实验研究,以便为研究一套适合我国国情、具有我国特色的O SL测年技术奠定基础。

1 光释光测年技术的原理

光释光测年和人们熟知的热释光法测年、电子自旋共振法测年(ESR)的原理相似[3],都是因放射性物质如U、T h、K等的辐射长期作用于有关介质如地质样品中的石英及长石等,使介质所接收到的辐射剂量不断积累,即总剂量是时间的函数,如果知道了年剂量,则

样品年龄=样品接受到的总剂量 环境给予样品的年剂量

不同的是,这些方法的物理过程各有差异。TL是在加热样品后,样品所获得的总辐射剂量将以光的形式释放出来,称其为热释光(heat sti m u lated lum inescencee);O SL则是用光来激发样品,此时,样品所获得的辐射剂量也会以光的形式释放出来,称为光释光(ligh t sti m u lated lum inescence)。同样是放出光,但激发条件不同。因而我们只要对释放出来的光线加以测量,便可了解地质样品的年龄情况。

2 光释光测年的探测装置

一般认为O SL信号是很微弱的,因而,观测这样微弱的O SL信号,就需要采用合适的探1995209205收稿

测装置。图1即是我们设计的实验探测装置框图,探测装置主要由光激发系统及光探测系统两部分组成。

图1 O SL信号探测装置框图

F ig.1 T he sketch of detecti on apparatus fo r O SL signals

光源激发受Α、Β或Χ射线辐照过的样品,使样品中贮存的电离辐射能以光的形式释放出光来,发射出来的光即是O SL信号;O SL信号直接进入光电倍增管,放大后,输入到测量电路和计数系统进行观测。由框图可见,计数系统能否观测到O SL信号,主要取决于两个因素,即, (1)激发光源能否激发出样品中的O SL信号;(2)被激发出来的O SL信号能否为光电倍增管所探测。因此,必须合理地选择激发光源和光电倍增管。

2.1 光激发源的选择

根据H u tt等人的研究[4],照射样品的光源可以是激光,也可以是可见光源,还可以是红外光源,也就是说,用于激发样品的光源可以根据测量对象和实验目的来确定。通常,对激发光源应满足以下条件:(1)光源应具有一定的波长(能量);(2)光源应具有足够的光强(功率)。因此,紫外线、可见光及红外线均可作为O SL测年之激发光源。在国外,已经成功地应用上述光源作激发光源进行了第四纪沉积物的光释光年龄测定工作,效果良好。

为了探索光释光测年之新的激发光源,在研究中,我们首次采用了放射性核素6射线源作为样品的激发光源。6射线的波长比紫外线短,但能量比紫外线高,因而同样也是可以用于激发石英等地质样品,使之产生O SL信号的。我们的实验已初步证实了这一设想。选取6射线作为样品的激发光源,除了满足激发光源的光子需具有一定的能量这一条件外,更重要的是,激发光源的波长避开了光电倍增管的光谱响应范围,从而可省去有关滤光片,简化了光激发系统;此外,由于激发光源为6射线源,无需供电,且体积小,因而这使得研制轻便、省电、能够在野外条件下进行O SL年龄测定工作的仪器设备成为可能。

2.2 光电倍增管的选择

众所周知,光电倍增管具有探测微弱光信号的本领,就目前而言,还没有其他光探测元件能够取代它。探测微弱O SL信号,在本研究工作中选用光电倍增管的原则是:(1)光电倍增管必须是低噪声的管子;(2)光电倍增管应是高灵敏度的;(3)光电倍增管的光谱响应要与O SL 信号的光谱相匹配。为此,我们选用了型号为GDB244D光电倍增管作为本实验研究的光探测元件。光电倍增管GDB244D的光谱响应(300~650nm)与O SL信号的光谱(约400nm)能够很好地相匹配。

3 初步实验结果及讨论

本研究的实验目的是利用自制的探测装置能否观测到O SL现象。为此我们所采用的方法是:(1)受Β等射线之辐照样品与未受辐照的样品究竟是否有差别,差别有多大;(2)因辐照源

辐照时间的不同,在相同的观测条件下,所受辐照的样品之间,其计数是否有什么不同,等等。

如前所述,光释光测年的原理是放射性物质如U、T h、K等的辐射长期作用于有关介质如地质样品中的石英及长石等,使介质所接收到的辐射剂量不断积累,即总剂量是时间的函数,如果知道了年剂量,就可以方便地知道了样品的年龄。据此,我们也可知道,样品所接收到的剂量愈大,则样品的年龄也就愈老。由于辐射剂量的大小是可以通过所受辐照时间的长短来获得,所以利用6射线可以激发受不同辐照时间的样品的有关情况。表1为钾长石样品在受到90 Sr(Β辐射源)不同时间的辐照,在6射线的激发下,利用光电倍增管GDB244D探测到的实验结果;图2为钾长石样品在受到90Sr(Β辐射源)不同时间的辐照,在6射线的激发下,利用光电倍增管GDB244D探测到的实验结果曲线。从表及曲线中,我们可以看出,钾长石样品在受到90 Sr不同时间的辐照后,其一是所观测到辐照样品的计数与未辐照样品的计数是明显不同的;其二是不同的辐照时间,即便为同一辐射样品,它们的计数也是不同的,总的规律是,辐照时间愈长,计数愈大,表现出一种样品的计数受样品所受辐照时间的增加而增加的关系。这为利用核辐射效应进行年代测定的O SL测年技术提供了可靠的物理前提,同时,我们从中也就不难推断,利用6射线是可以激发辐射样品使其产生光释光信号的。

图2 钾长石样品在不同辐照时间的观测曲线

F ig.2 T he m easured curves of K2fieldspar in different radiated ti m e

表1 钾长石样品在不同辐照时间的观测结果

T able1 T he m easured results of K2fieldspar in different radiated ti m e

辐照时间(h)0.51.03.09.0

辐照样品的计数N37286085868749116

未经辐照样品的计数N0372388343340

N N010*******

需要指出的是,利用6射线激发钾长石样品观测O SL现象,其中的6射线是由放射性核素238Pu所产生的。在本实验研究中,238Pu是作为产生6射线的激发光源,但它是否也是辐照源呢?为此,我们让30m ci的238Pu6射线源辐照钾长石样品共计13h,结果发现,辐照样品与未经辐照样品之间的计数几乎没有区别(表2)。这表明,在利用6射线作样品的激发光源,在实验观测时间内,样品不会因6射线的辐照而影响测量的结果;同时也说明,利用6射线作为光释光测年之激发光源,在理论和实践上都是可行的,是一种用于光释光年代测定的理想光源。

表2 238Pu6射线源对测量结果的影响情况

T able2 T he info r m ati on w ith m easurem ent results influenced from238Pu X2ray source

辐照源样 品激发源辐照时间辐照样品计数未经辐照样品计数

238Pu钾长石238Pu13h188,167,194155,186,164

参 考 文 献

1 H untley D J,et al.Op tical dating of sedi m ents.N ature,1985,313(5998):105

2 A itken M J.Op tical dating:a non2specialist review.Q uaternary Geoch rono logy,1994,13:503

3 M ebus A G,H el m ut S.A bso lute A ge D eter m inati on.Sp ringer2verlag Berlin H eidelberg,1990

4 H utt J H,et al.Op tical dating:K2feldspars op tical response sti m ulati on spectra.Q uaternary Science R e2 view s,1988,7:381

5 M urata T,et al.L um inescence yield spectra th rough X2ray excitati on——Op tical XA FS.N uclear Instru2 m ents and M ethods in Physics R esearch,1992,A319:290

THE EXPER I M ENTAL STUDY OF OPT I CALLY ST I M ULATED L U M INESCENCE DAT ING TECHN IQUE

USING X-RAY S OURCE ST I M ULAT I ON

J ia W enyi W ei B iao

(Cheng d u Institu te of T echnology)

Abstract A sti m u lated op tical sou rce u sing X2ray as op tically sti m u lated lum inescence (O SL)dating m ethod is p u t fo rth in th is pap er,and the exp eri m en tal study is also done. T he exp eri m en tal study show s that O SL signals can p roduce w hen X2ray sti m u lates radiated sam p les.

Key W ords op tically sti m u lated lum inescence(O SL);dating techn ique;m in iatu re X2ray sou rce

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