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        斷層氣氡檢測在地震監(jiān)測預報中的應(yīng)用研究

        2016-03-18 15:18:36張佳佳
        甘肅科技 2016年11期
        關(guān)鍵詞:電離儀器監(jiān)測

        張佳佳

        (金昌市防震減災管理局,甘肅 金昌 737100)

        斷層氣氡檢測在地震監(jiān)測預報中的應(yīng)用研究

        張佳佳

        (金昌市防震減災管理局,甘肅 金昌 737100)

        現(xiàn)階段,化學元素氡的應(yīng)用在各個領(lǐng)域中不斷地推廣,其中地震監(jiān)測預報就是其最為廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域之一。在地震監(jiān)測中應(yīng)用氡元素的檢測不僅能夠為研究人員提供相關(guān)的理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐,還能夠依據(jù)氡的監(jiān)測數(shù)據(jù)來對相關(guān)地質(zhì)研究進行趨勢性的推測,這會極大地促進我國地質(zhì)方面的研究以及地質(zhì)相關(guān)科技的研發(fā)。本文主要對氡測量的方法進行探討,并對測量氡的相關(guān)儀器進行介紹。此外,還對氡測量技術(shù)在地震監(jiān)測預報中的發(fā)展趨勢進行分析。

        監(jiān)測預報;斷層氣氡;地震;應(yīng)用

        氡是一種放射性的物質(zhì),其化學性質(zhì)為惰性,具有較高的原子量。我們所生活的地球,由于地殼運動而不斷的向四周發(fā)散氡這種元素,這就讓我們所生活的空間或多或少的都會含有一定量的氡元素,尤其是在地震發(fā)生的前夕,由于地應(yīng)力的活動較為強烈,所以氡氣的活動速度以及運移的速度會有所加快,這樣,某個區(qū)域的氡氣含量以及氡氣變化量會有所異常,這時一旦地下含水層的地應(yīng)力發(fā)生一些改變,讓地下水的活動加快,就會讓氡氣的擴散也變得更快,使得氡氣的含量進一步增加,因此,氡元素的變化軌跡以及氡氣的運動可以作為進行地震監(jiān)測以及預測地震的主要研究對象。

        1 氡測量的方法

        1.1氣體電離法

        電流電離室法的工作原理:含氡氣體進入電離室,氡及其子體放出的α粒子使空氣電離,產(chǎn)生大量的電子和正離子,在電離室內(nèi)壁和收集極之間的電場作用下,正電荷形成電離電流,這種微弱的電流使靜電計石英絲系上的電荷積累起來,電位逐漸升高,引起絲系的偏轉(zhuǎn),氡氣的濃度直接由絲系偏轉(zhuǎn)速度來計算。優(yōu)點是:方法可靠,測量速度較快,受濕度影響小,可以直接收集空氣樣品進行測量;缺點:靈敏度低,不滿足低濃度氡的測量需要,由于只反映入射粒子電離后的平均效應(yīng),不能反映入射粒子的能量大小。因此,在實際氡氣檢測中,氣體電離法的測量技術(shù)應(yīng)用的并不廣泛。但是,在某一些的特殊場合卻必須應(yīng)用此種方法。所以,氣體電離法檢測氡氣通常是與其他氡氣的檢測方法合并進行應(yīng)用。

        1.2閃爍室法

        粒子進入閃爍體與之發(fā)生作用,閃爍體吸收帶電粒子能量而使原子、分子電離和激發(fā);受激原子、分子退激時發(fā)射熒光光子,利用反射物和光導將閃爍光子盡可能多地收集到光電倍增管的光陰極上,由于光電效應(yīng),光子在光陰極上擊出光電子,光電子在光電倍增管中轉(zhuǎn)化為電子流,電子流在陽極負載上產(chǎn)生電信號,此信號由電子儀器記錄和分析。優(yōu)點:粒子適用范圍廣,探測效率高,探測下限低,準確度高,制作工藝成熟、成本低;缺點:儀器由幾部分組成、較笨重,能量分辨率較低,并且隨時間增加,探測效率逐漸減?。?]。閃爍室檢測法是較為常見的一種檢測方法,雖然其在應(yīng)用的過程中會有各種各樣的問題,但是,由于其在使用檢測過程中無與倫比的優(yōu)勢,所以其在實際生活中的應(yīng)用還是較為廣泛的,通常情況下,設(shè)備較新的氡氣檢測無需進行二次檢驗,但是在儀器設(shè)備較為老舊時就必須反復進行氡元素的檢驗,以此來更好的確定數(shù)據(jù)的準確性。

        1.3固體電離法

        固體電離法的主要工作原理是通過在靜電場中的半導體收集樣本,然后在半導體中產(chǎn)生空穴—電子對,使電場的兩級分開,并集中在陰陽兩極中,從產(chǎn)生的粒子損失量中能夠探測中射線的強度,更好的給出電離子的能譜。該種方法應(yīng)用的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單,能夠快速的反應(yīng)粒子的能量,并且堅固耐用,缺點是僅能夠?qū)﹄钡乃プ凅w進行測量,并且十分容易受到潮濕環(huán)境的影響。

        1.4徑跡蝕刻法

        該種方法主要的檢測步驟是先對放射源進行照射,然后對探測器的蝕刻以及固體的徑跡進行測量、觀察以及分析。其主要優(yōu)點為:價格較低,體積小容易攜帶并且靈敏度較高,其缺點在于采樣的時間較長,并且探測器之間的差異較大,對蝕刻的過程把握的較難。

        徑跡蝕刻法以及固體電離法在實際生活中的應(yīng)用并不多,追其根本原因是這兩種方式受到的外界環(huán)境影響較大,實際操作的難度較大,這不僅會耽誤操作人員的時間,也會大大降低檢測的效率。

        2 氡測量的相關(guān)儀器

        首先要介紹的是FD-125型氡釷分析儀,其主要應(yīng)用的是閃爍室分析法進行氡濃度的檢測,將樣品射入靜室靜止1小時后,進行測量,測量后要對圓盤進行轉(zhuǎn)動,然后人工的計算過程,在計算結(jié)束后,將儀器清潔干凈,該儀器的優(yōu)勢在于能夠長期的觀測氡氣濃度的變化。其次,是SD-3A型自動測氡儀,其主要應(yīng)用的是閃爍室法測量氡的濃度,將井水通過井管進入到脫氣—集氣的裝置內(nèi),然后該儀器會自動進行樣品的采集以及數(shù)據(jù)的測量等工作,該儀器具有較高的抗腐蝕性以及抗潮性。再次是PQ2000儀器的測量方式,該儀器不會受到濕度的影響,并且操作簡便,因此,較為事業(yè)野外以及臺站的觀測使用[2]。最后是RAD7測氡儀,該儀器能夠有效避免濕度對測量數(shù)據(jù)的影響,能夠更好的提高測量的精度,此外,還能夠主動進行樣品的采集以及數(shù)據(jù)的測量工作。對比以上幾種測量儀器,F(xiàn)D-125較為穩(wěn)定,但是智能化的程度較低,SD-3A的自動化程度較高,但是受到影響也較大,穩(wěn)定性差,RAD7則需要進行干燥處理,因此也不適用于臺站的長期觀察,只有PQ2000的穩(wěn)定性以及可靠性最強,也是目前作為氡氣觀測的主要設(shè)備之一。

        3 氡測量技術(shù)在地震監(jiān)測預報中的發(fā)展趨勢

        除了以上幾種較為常見的氡測量技術(shù)外,還有一些并不十分常見,但是也能夠用于氡元素測量的方法,如雙濾膜法,該種方法是依據(jù)氡固有累積的方式以及衰變的規(guī)律來對氡氣的濃度進行測量,如氣球法,其工作的原理與雙膜法的十分類似,僅僅是用氣球來替代衰變筒,這種檢測的方法是一種主動式采樣技術(shù),但是該種方式有一個十分嚴重的缺點,就是僅能夠?qū)﹄痹氐乃矔r測量值進行顯示,對空氣中氡元素的波動性無法顯示。此外,還有活性炭吸附法等等。

        在氡測量儀器的開發(fā)應(yīng)用中,高效率的探測技術(shù)、低成本的測量經(jīng)費以及較高的適應(yīng)性是氡測量方法以及氡測量儀器未來的發(fā)展趨勢。近些年來,由于光電子技術(shù)的不斷發(fā)展,很多的電子設(shè)備都向小巧、輕便的方向進行發(fā)展,氡測量儀器的發(fā)展當然也是如此,向著小型化、高效率、多功能、模塊化以及集約化進行發(fā)展。同時,在儀器的設(shè)計中,應(yīng)該依據(jù)不同的檢測要求在儀器類型和精確度方面進行改進和研發(fā)。除此之外,氡檢測儀器中前端放大器的改進也是十分重要的。因此,放大器的改進方向應(yīng)該是增加檢測儀器的靈敏性以及穩(wěn)定性,使其能夠在特定的條件下對地下水中的氡元素進行檢測,并進行精準的數(shù)據(jù)分析,這種改進的方式對觀測儀器的更新和發(fā)展有著十分關(guān)鍵的作用。在未來地震監(jiān)測領(lǐng)域的氡元素測量中,將以地下水中的氡元素作為主要的觀測對象。此外,氡元素在空氣中的分布狀況以及運動情況也能夠作為判斷該地域是否將要發(fā)生地震的重要依據(jù),故而氡元素的檢測及數(shù)據(jù)分析已經(jīng)成為地震監(jiān)測預報科學研究中的重點之一。而小巧型的氡元素檢測儀器,目前已經(jīng)有所研發(fā),其中RLM—I型儀器為主要應(yīng)用設(shè)施[3]。

        4 結(jié)束語

        隨著人們對地震監(jiān)測預報科學研究的不斷深入,發(fā)現(xiàn)氡元素的變化與地震的發(fā)生有著很大的關(guān)聯(lián),這就讓人們對氡元素的變化監(jiān)測之于地震預測的作用和意義產(chǎn)生了很深的興趣,經(jīng)過相關(guān)人員的研究表明,在地震發(fā)生的前夕,氡氣或者氡元素的運動會發(fā)生很大的變化,依據(jù)有關(guān)的檢測儀器進行分析后,就能夠?qū)磳l(fā)生地震的地域進行大致的劃分,對將要到來的地震等級進行大概的確定,這樣就能夠在很大程度上減少地震中的人員傷亡,極大可能的減少人們的經(jīng)濟損失以及心理的創(chuàng)傷,對經(jīng)濟社會的建設(shè)和人民生活的保障有著重要的意義。

        [1] 王博,黃輔瓊,簡春林.嘉峪關(guān)斷層帶土壤氣氡的影響因素及映震效能分析[J].中國地震,2010,04:407—417.

        [2] 吳中海,趙根模.地震預報現(xiàn)狀及相關(guān)問題綜述[J].地質(zhì)通報,2013,10:1493—1512.

        [3] 黃春玲,王洪峰,李民,林木金.斷層氣觀測在夏縣中心地震臺的應(yīng)用研究[J].山西地震,2015,02:24—29.

        P315

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