馮 飛 / 中核華電河北核電有限公司

淺析用X射線熒光測量鈾礦石品位的應(yīng)用

馮 飛 / 中核華電河北核電有限公司

X射線熒光測量巖礦樣品在地質(zhì)勘查應(yīng)用比較廣泛，它能準(zhǔn)確快速分析待測未知元素的含量。文章從測量原理、測量裝置、影響因素、測量方法等幾個方面對X射線熒光測量鈾礦石品位的應(yīng)用進行論述。

X射線熒光；測量；鈾礦石品位；應(yīng)用

前言

X射線熒光(XRF)分析技術(shù)主要用于元素成份分析, 具有現(xiàn)場快速、無損和多元素同時分析的特點。目前, 該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、環(huán)境、工業(yè)產(chǎn)品、半成品及原料的質(zhì)量檢測, 特別是對礦石品位的檢測有著良好的經(jīng)濟和社會效益。在近年來, 隨著新一代基于高分辨率電致冷半導(dǎo)體探測器XRF分析技術(shù)的研究與推廣,以新一代高分辨率XRF分析儀能同時快速測定鈾礦中鈾、釷等元素的品位, 特別是測定高含量礦石樣品的品位有著較好的效果。本文通過基體效應(yīng)、不平度效應(yīng)等影響因素的分析，得出用X射線熒光測定鈾礦石品位的重要性。

1.X射線熒光測量鈾礦石品位的原理

X射線熒光測量鈾礦石品位主要是根據(jù)莫塞萊定律的原理，X射線熒光是高能量子與原子發(fā)生相互作用的產(chǎn)物，X射線與原子發(fā)生碰撞，從中逐出一個內(nèi)層電子，此時原子處于受激狀態(tài)。原子內(nèi)層電子重新配位，即原子中的內(nèi)層電子空位由較外層電子補充，同時放出X射線（光子）。一個較外層電子在補充內(nèi)層電子空位時放出的能量與兩個能量之間的差值準(zhǔn)確相當(dāng)，因此釋放出來的光量子，即特征X射線（熒光）的能量等于兩個能級間的能量差，由下式可以確定:

式中，EX----為特征X射線的能量；

2.測量裝置

2.1 探測器

探測器選用Si(Li)探測器（或高純鍺探測器），Si(Li)探測器是一個單晶半導(dǎo)體。N區(qū)與P區(qū)之間的本征區(qū)（I區(qū)）時通過特殊的工藝把Li的“補償”作用，使I區(qū)呈電中性。經(jīng)過補償?shù)腎區(qū)，電阻率可高達幾萬??cm，形成了有效探測X射線的靈敏區(qū)。

在一般情況下，能量分辨率ω與收集到的電荷數(shù)N有下列關(guān)系：，N愈大，能量分辨率越好，這也就是Si(Li)探測器能量分辨率比閃爍計數(shù)器、正比計數(shù)器好的主要原因。一般用半高寬來表征其能量分辨本領(lǐng)。

2.1.1 激發(fā)源、樣品和探測器的相對幾何關(guān)系

在實際工作用探測器測定樣品的特征X射線照射量率時，探測器與樣品之間的距離不同，記錄到的熒光計數(shù)率也不一樣，所以必須在固定的幾何條件下進行測量工作，同時應(yīng)確定最佳幾何條件，以便得到最高的計數(shù)率，保證較高的測量精度。

2.1.2 樣品位置

（1) 在室內(nèi)測定鈾礦粉末樣品時，應(yīng)保證樣品杯底面平整，距離放射源表面8.5mm-9mm，標(biāo)準(zhǔn)樣品與待測樣品的觀測條件要求一致；

（2）在野外或者井下礦塊露頭上進行測定時，對較平整的表面，使之與表面距離9mm左右。

2.2 儀器原理圖

3.干擾因素的影響及其對策

3.1 基體效應(yīng)的影響

基體效應(yīng)是指巖石或土壤中非目標(biāo)元素對目標(biāo)元素的特征射線的吸收或增強效應(yīng), 引起目標(biāo)元素含量測量結(jié)果的降低或偏高。由于便攜式高精度熒光分析儀采用半導(dǎo)體探測器, 能夠分辨中等原子序數(shù)以上相鄰元素的系特征射線的特征峰?？梢詼?zhǔn)確獲取目標(biāo)元素及其干擾元素特征峰的峰面積,對于礦山來講，其基體組成主要由硅、鋁、氧、硫、鈣、Fe、Cu、Al、Th等元素，X射線與這些元素發(fā)生作用，產(chǎn)生特征X射線，也會對測鈾礦石的品位產(chǎn)生一定的影響。因此對這些元素所產(chǎn)生的基體效應(yīng)給予一定的校正是很必要的，一般采用補償法或者補償特散比法進行校正，可以消除這些元素的干擾。

3.2 不平度效應(yīng)的影響

由測量表面凹凸不平對測量結(jié)果的影響稱為不平度效應(yīng)。尤其對鈾礦山來講，井下巷道的巖石露頭都是一些凸凹不平的表面，一些礦塊的表面都不像實驗室的標(biāo)準(zhǔn)樣品那樣理想，所以消除不平度對測量結(jié)果產(chǎn)生的影響很有必要。在實際中，雖然測量面（井巷壁）的凹凸起伏很大，但在探測器的有效探測視域內(nèi)（通常約十幾平方厘米），不同原生露頭測量面的凹凸起伏一般都在10mm之內(nèi)，為消除不平度產(chǎn)生的影響，一般有如下幾種方法：

1）選擇特色散射線的能力應(yīng)盡可能靠近目標(biāo)元素特征X射線。

2）盡可能地避免凸凹的測量面，在測量前對測量面進行適當(dāng)?shù)男拚?/p>

3.3 粉塵的影響

對于鈾礦山井下測量時，當(dāng)圍巖粉塵覆蓋在礦石表面上時，可以使測量結(jié)果偏低，當(dāng)?shù)V層粉塵吸附在礦化地段或者圍巖井壁上時，尤其當(dāng)?shù)V層粉塵較厚時，造成測量結(jié)果偏高。實際測量中，要對測量地段先用水沖洗干凈。

4.X射線熒光測量鈾礦品位的方法

X射線熒光分析需要一些已知含量的樣品作為比較標(biāo)準(zhǔn)。在相同的測量條件下和已知含量的標(biāo)準(zhǔn)試樣相比較，求出未知元素的含量。其公式如下：

實際工作中常常用上式制作標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后根據(jù)待測元素的特征X射線強度，直接查出元素的含量。

5.X射線熒光測量鈾礦石品位的評價

X射線熒光測量巖礦樣品的品位時，對礦石樣本的要求很高，能夠通過測量分析巖礦樣本含有的未知元素及含量。國內(nèi)在鈾礦床普查時應(yīng)用比較廣泛。X射線熒光儀還能快速準(zhǔn)確地分析鈾礦石內(nèi)部除鈾元素以外的其它元素的含量，特別是測定高含量礦石樣品的品位有著較好的效果。由于X射線熒光儀在國內(nèi)及國際市場價格比較昂貴，鈾礦石含有的鈾元素放出γ射線，所以目前國內(nèi)大部分鈾礦山都采用γ快速測量分析儀或γ能譜儀來測定鈾元素的含量。對于用X射線熒光測量鈾礦石品位的應(yīng)用還要進一步分析比較。

[1]郭生良,葛良全,賴萬昌,程鋒等.XRF法快速測定鐵鈦精礦中的Fe、Ti品位[J].物探化探計算技術(shù).2007，5（471）.

馮飛（1984- ），男，甘肅省張掖市，2007年7月畢業(yè)于成都理工大學(xué)核工程與核技術(shù)專業(yè)，學(xué)士學(xué)位，工程師，現(xiàn)在中核華電河北核電有限公司。