核辐射测量方法

㈠ γ测量方法

γ测量是利用仪器测量地表岩石或覆盖层中放射性核素放出的γ射线，并根据射线强度或能量的变化，发现γ异常或γ射线强度（或能量）增高地段，以寻找铀矿床或解决其他地质问题的一种天然核辐射测量方法。

γ测量可在地面、空中和井中进行，按测量的物理量的不同，可分为γ总量测量和γ能谱测量两类。γ总量测量简称γ测量，是一种积分γ测量，记录的是铀、钍、钾放出的γ射线的总照射量率，但无法区分它们。γ能谱测量是一种微分γ测量，记录的是特征能谱段的γ射线照射量率，并进而确定岩石中铀、钍、钾的含量，故解决的地质问题更广泛。

12.1.1 地面γ测量

12.1.1.1 γ射线照射量率的计算

γ辐射仪在地表测得的γ射线照射量率与地质体的形态、规模、放射性核素含量、γ射线谱成分、盖层特点及测量条件等因素有关。下面仅对一些简单模型进行讨论，以便了解地质体周围γ射线照射量率分布的基本特征。

（1）点源的γ射线照射量率

设点状γ源处于均匀介质中，则介质内部距离点源R（cm）处的γ射线照射量率为

勘查技术工程学

式中m为点源中放射性物质的质量（g）；μ为介质对γ射线的吸收系数（cm^-1）；K为伽马常数，数值上它等于对γ射线无吸收的情况下，距质量为1 g的点源1 cm处的γ射线的照射量率。铀、镭、钍、钾的K值分别为

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用不同类型仪器测量时，K值稍有变化。

当点源产生的γ射线通过几种不同介质时，距点源R处的γ射线照射量率为

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式中μ_i为第i种介质对γ射线的吸收系数（cm^-1），R_i为γ射线通过第i种介质的距离（cm）。

（2）圆台状岩体上的γ射线照射量率

如图12-1所示，有一高为 l、上底半径为 R 的圆台状岩体出露地表，其密度为ρ，放射性核素质量分数为 w，岩石对γ射线的自吸收系数为μ，空气对γ射线的吸收系数为μ₀，则圆台体内放射性物质质量为 dm 的体积元 dV 在高度为H 的P 点处产生的γ射线照射量率为

图12-1 圆台状岩体上γ射线照射量率的计算参数

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取P为球坐标的原点，将dm=wρdV，dV=r²sinφdrdφdθ代入上式，并对整个体积积分，则

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由于r₁-r₀=lsecφ，r₀=Hsecφ，故上式变为

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对（12.1-4）式中的积分，可引入金格函数

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式中t=xsecφ。金格函数是比指数函数e^-x衰减得更快的列表函数（见表12-1）。当x→0时，Φ（x）→1；x→∞时，Φ（x）→0。可以证明

表12-1 金格函数表

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将（12.1-5）式代入（12.1-4）式（x=μ₀H或x=μl+μ₀H），则圆台体在空中任一点P产生的γ射线照射量率为

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式中φ₀为P点对圆台上底半径的张角，且有

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如果圆台厚度为无限大（l→∞），则（12.1-6）式变为

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地面测量中，仪器探头紧贴地面移动，可认为H→0，则上式简化为

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容易证明，观测点P对圆台所张的立体角为

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于是，（12.1-8）式可写成

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（12.1-9）式表明，对于放射性核素含量均匀的同一放射岩层，观测点对岩体所张的立体角不同，会对地面γ测量结果产生很大的影响。如图12-2所示，在狭缝中测得的γ射线照射量率高于平坦表面的照射量率，而在微地形凸出部分的顶部测到的γ射线照射量率就更低。所以，地面γ测量中应注意微地形对测量结果的影响，一般应记录平坦表面上的测量数据。

图12-2 不同立体角对γ测量的影响

（3）半无限岩层上的γ射线照射量率

对于体积半无限大的岩层，l→∞，R→∞，φ₀→π／2。因此（12.1-6）式中cosφ₀→0，Φ（μl+μ₀H）→0，此时离地面H高度上P点的γ射线照射量率为

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可见P点的γ射线照射量率将随高度的增加按金格函数规律衰减。

地面测量中，在岩层表面任一点，H→0，Φ（μ₀H）→1，此时γ射线照射量率达到极大值

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（4）半无限大岩层上有覆盖层时的γ射线照射量率

设非放射性覆盖层厚度为h，覆盖层对γ射线的吸收系数为μ₁，则用与推导（12.1-10）式类似的方法，可求得覆盖层表面上任一点的γ射线照射量率

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上式表明，无限大岩体覆盖层上的γ射线照射量率随覆盖层厚度增加而按金格函数规律衰减。盖层物质的密度不同，γ射线照射量率的衰减程度也不相同。盖层密度越大，吸收的γ射线越多，照射量率衰减得越快。

12.1.1.2 地面γ辐射仪

地面γ测量使用的辐射仪由γ探测器和记录装置组成。最常用的γ探测器是闪烁计数器，它由闪烁体（荧光体）和光电倍增管组成，其功能是将光能转换成电能（图12-3）。当射线射入闪烁体时，使它的原子受到激发，被激发的原子回到基态时，将放出光子，出现闪烁现象。这些光子打击在光电倍增管的光阴极上，产生光电效应而使光阴极放出光电子，再经光电倍增管中各倍增电极的作用，使光电子不断加速和增殖，最后形成电子束，在阳极上输出一个将初始光讯号放大了10⁵～10⁸倍的电压脉冲。辐射射线强，单位时间产生的脉冲数目多；辐射粒子的能量大，脉冲的幅度也大。因此，闪烁计数器既可测量射线的强度，又可测量射线的能谱。

图12-3 闪烁计数器工作原理图

闪烁体可分为无机闪烁体（NaI、CsI、ZnS等）和有机闪烁体（蒽、联三苯等）两大类。常用的NaI（Tl）晶体是在碘化钠晶体中渗入铊作激活剂，使晶体发出可见光，并防止光被晶体自身吸收。由于晶体发光时间仅为10^-7s，因而最大计数率可达10⁵ cps。测量γ射线要使用大体积晶体，而测量X射线则使用薄晶体（厚度1～2 mm）。

辐射仪的记录装置由一套电子线路组成，闪烁计数器输出的电压脉冲经放大、甄别（选择一定幅度的脉冲）、整形（将不规则脉冲变成矩形脉冲）和计数后，由线路的读数部分显示出来。

12.1.1.3 地面γ测量工作方法

地面γ测量一般应布置在地质条件和地球物理、地球化学条件对成矿有利的地段。在地形切割、水系发育、露头良好、覆盖层较薄，并有机械晕和盐晕发育的地区进行γ测量最为有利。

地面γ测量可分为概查、普查和详查三个阶段，各阶段的工作比例尺和点线距如表12-2所示。概查在从未做过γ测量或勘查程度较低的地区进行，概查的工作比例尺为1∶1万～1∶5万，目的是为下一步工作圈出远景区；普查一般在概查阶段所选的远景区内进行，其工作比例尺为1∶2.5万～1∶1万，其任务是研究工作地区的地质构造特征，寻找异常点、异常带，研究它们的分布规律，解释异常的成因，为详查圈定远景地段；详查在选定的远景地段或矿区外围进行，采用1∶5000～1∶1000的工作比例尺，其任务是查清已发现异常的形态、规模、强度、赋存的地质条件、矿化特征等，以便对异常进行评价，为深部揭露提供依据。

表12-2 γ测量精度及点线距要求

概查和普查都采用路线测量方法，γ测量路线应与地质测量路线一致。观测采用连续测量方式，以穿越地层和构造走向为主，发现岩性变化、构造带及破碎带等地质现象时，可沿走向适当追索。为保证测线两侧范围不漏掉异常，实测路线可以是曲折的。详查采用面积测量方法，按选定比例尺预先布置测网，测线应尽量垂直穿过欲探测的地质体。

工作时，γ探测器应放在较平坦的地方测量，以避免微地形影响。测点附近的地质情况应予记录，遇到有利层位，或岩性、构造和底数有明显变化时，应适当加密测点。

用γ辐射仪测量时，所记录的γ射线照射量率是由多种因素引起的，可表示为

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其中：是测点附近岩石或土壤中放射性核素产生的γ射线照射量率；是宇宙射线产生的γ射线照射量率；是仪器底数；，为仪器的自然底数。

由于宇宙射线的照射量率随地区纬度、海拔高度和昼夜时间的变化而变化，仪器底数也受探测器内放射性核素含量、仪器受污染程度、仪器噪声强度和假脉冲数，以及仪器使用时间长短的影响。因此，辐射仪的自然底数不是一个常数。但是这种变化一般不大，在岩石底数中所占份额较小，所以可将它视为常数。不同的仪器，其自然底数也可能不等，当多台仪器进行γ测量，尤其是在环境γ本底调查、放射性核素定量测量以及为确定低于背景的γ偏低场而进行的测量中，必须测定各台仪器的自然底数，以便使测量结果能进行统一对比。

测定自然底数的方法有铅屏法、水中法、水面法等多种，其中水中法最为简便。选择水深大于1.5 m，水面直径大于2 m，无放射性污染的水域，将γ辐射仪用塑料布密封好，置于水下50 cm处，此时取得的读数即为自然底数。

岩石中正常含量的放射性核素产生的仪器读数叫做岩石底数或背景值。各种岩石有不同的底数，可按统计法求取，作为正常场值。野外工作中，凡γ射线照射量率高于围岩底数三倍以上，受一定岩性或构造控制，性质为铀或铀钍混合者，该处称为异常点。若γ射线照射量率偏高（高于围岩底数加三倍均方差），但未达到异常照射量率标准，而地质控矿因素明显，且有一定规模者，亦称为异常点。应当指出，上述标准不宜用来解决非铀地质问题。例如，找寻蓄水构造时，异常只比底数高 10%～80%。因此，解决非铀地质问题时，高于底数者即是异常点。异常分布受同一岩层或构造控制，其长度连续在20 m以上者，称为异常带。对有意义的异常点应进行轻型山地工程揭露。在做好地质、物探编录和取样分析的基础上，可提出进一步工作的意见。

在测区内镭、铀平衡遭到破坏，平衡显着偏铀时，由于铀的γ射线照射量率很小，宜采用β+γ测量，即用记录β射线的仪器测量β射线和γ射线的总照射量率。当需要查明浮土覆盖地区铀矿远景时，可采用孔中γ测量。

为了评价地面γ测量的质量，应布置检查路线。检查路线应布置在地质有利地段或工作质量有疑问的地段。检查工作量应不少于测区工作量的10%。工作质量高的标准是：未遗漏有意义的异常，检查测量曲线与原测量曲线形态无明显差异。

影响测量精度的主要因素是核衰变的统计涨落。由（11.2-16）式可知，提高精度的途径是要有足够的脉冲计数。实际工作中可采用延长测量时间，增加测量次数等方法解决。

为了保证工作质量，每天出工前后都必须用工作标准源对仪器的性能进行检查。当在某一固定点带标准源和不带标准源的读数差在统计涨落允许范围时，可认为仪器工作正常；否则应对仪器重新标定。同时，工作期间还应定期检查仪器的稳定性、准确性及多台仪器对比的一致性。

12.1.1.4 地面γ测量数据的整理及图示

（1）地面γ测量数据的整理

地面γ测量数据的整理包括将读数（计数率）换算成γ射线照射量率、确定岩石底数、计算岩石γ射线照射量率统计涨落的均方差等。

为了求得岩石底数，首先要根据实测γ射线照射量率绘制频数直方图（或概率分布曲线）。如果岩石γ射线照射量率服从算术正态分布，则岩石照射量率（算术）平均值为

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均方差为

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式中 n 为统计分组的组数；为第i 组的频数；为第i 组的组中值。

如果岩石γ照射量率服从对数正态分布，则岩石照射量率几何平均值和均方差为

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取作为岩石底数，+3σ作为异常的下限（非铀地质工作除外）。

岩石底数和异常下限也可在累积频率展直图或累积频率分布曲线上直接读取。

（2）地面 测量成果的图示

地面γ测量的成果图件主要有：γ照射量率剖面图、γ照射量率剖面平面图、γ照射量率等值线平面图和相对γ照射量率等值线平面图等。

γ照射量率等值线图按±3σ、±2σ、±σ勾绘。不同岩石有不同的底数，且不同岩石γ射线照射量率的变化幅度（即均方差）也是不同的，这些都会影响γ照射量率等值线图的精度。为此，可以在每种岩性范围内按各自的+σ、+2σ、+3σ将γ场划分为偏高场、高场和异常场三级，然后分别把各种岩性γ射线照射量率等级相同的点连接起来（不论它们的岩性是否相同），这样便构成了一幅相对γ照射量率等值线平面图（图 12-4）。这种图避免了岩石背景值不同造成的干扰，较全面地反应了各种不同岩性的γ场特点，能清楚地反映γ晕圈与矿化、构造的关系，有利于研究矿化规律及推测成矿有利地段。

图12-4 某地区相对γ照射量率等值线平面图

12.1.1.5 地面γ测量的资料解释及实例

地面γ测量的资料解释是定性的，因为γ测量的探测深度浅，1～2 m。一般只能圈出地表放射性核素增高的地段，难以发现埋藏较深的矿体。此外，γ射线照射量率的大小并非总是反映铀的富集程度。因为铀系中主要γ辐射体都是属于镭组的核素，所以产生γ异常的源主要是镭而不是铀。

放射性核素在自然界中广泛分布，γ测量中发现异常并不难，但评价异常就不容易了。当矿床出露地表或处于氧化带中，而附近又有断裂迹象时，铀容易受风化淋滤作用而被酸溶解带走。其结果是镭的数量增大，平衡偏向镭，从而出现γ射线照射量率很高而铀并不富的现象。若被运走的铀在适当的环境下被还原而沉积下来，或在还原环境下镭被带走而铀又被溶解得很少，就会发生平衡偏向铀的情况。这时γ射线照射量率不高，但铀却很富。因此，必须特别注意用铀镭平衡系数确定测区内铀、镭是否处于长期平衡状态，而不能仅仅依靠γ射线照射量率的大小来评价异常。同时，还应综合应用异常点（带）的地质、地球化学和其他地球物理（包括射气测量、β+γ测量等）资料进行分析，才能对异常做出正确的判断。

图12-5 某地区地质、相对γ照射量率综合平面图

地面γ测量具有仪器轻便、方法简单、工作灵活、成本低、效率高等特点。除用于直接寻找铀、钍矿床和确定成矿远景区外，还用于地质填图，寻找与放射性核素共生的其他矿产，探测地下水以及解决其他地质问题。

图12-5是地面γ测量寻找铀矿床的实例。该地区曾发现燕山运动早期花岗岩体，其主要岩性为中细粒花岗岩。区内浮土覆盖面积较大，岩浆活动频繁，构造复杂，呈东西向分布。γ测量圈定了两个异常和两个偏高场，都有一定的规模，经地表揭露后它们依然存在。对偏高地带又做了射气测量、铀量测量和伴生元素找矿等工作，结果均有显示。经勘查揭露，在1、2号异常及3号偏高地带发现铀矿，4号偏高地带见到了铀矿化。

12.1.2 地面γ能谱测量

如前所述，铀系和钍系都有几个主要的γ辐射体。因此，在铀、钍混合地区，用地面γ测量方法不易判定异常的性质，这时采用地面γ能谱测量往往能取得良好的地质效果。

12.1.2.1 地面γ能谱仪和仪器谱

地面γ能谱仪的闪烁计数器可将γ射线的能量转换成电脉冲输出，输出脉冲的幅度与γ射线的能量成正比，因此能谱测量实际上是对脉冲幅度进行分析。完成这个功能的电路称为脉冲幅度分析器。其原理见图12-6（b），它由上、下甄别器和反符合电路组成。甄别器是一种只允许幅度高于某一数值（称之甄别阈值）的脉冲通过的装置。上甄别器的阈电压较高，只有较大幅度的脉冲（如9号脉冲）才能通过。下甄别器的阈电压较低，除了所有能通过上甄别器的脉冲（如9号脉冲）可以通过外，幅度介于上、下甄别器之间的脉冲（如3、5、8号脉冲）也能通过。两甄别器输出的信号均送到反符合电路。反符合电路的特点是，当上、下甄别器有相同的信号同时输出时，使这些信号在反符合电路相互抵消。因此，反符合电路输出的只是介于上、下甄别阈电压之间的脉冲（3、5、8号脉冲），然后进行计数和记录。

上、下甄别阈电压的差值称为道宽。道宽固定以后，通过调节下甄别阈电压（上甄别阈电压相应地变化），可把幅度不等的脉冲逐段分选出来，这种脉冲幅度分析方法称为微分测量。所测得的谱线称为微分谱。

如果脉冲幅度分析器只用一个下甄别器，则所有幅度超过下甄别器阈电压的脉冲（图12-6（a）中3、5、8、9号脉冲）都被记录，这种脉冲幅度分析方法称为积分测量。所测得的谱线称为积分谱。

实际工作中，γ能谱仪测得的γ能谱不是线谱，而是因各种因素复杂化了的仪器谱（图12-7），它是γ射线通过物质（岩石、土壤、能谱仪探测元件等）产生光电效应、康普顿散射和电子对效应等，使能谱发生了很大变化后形成的，是一种连续谱。与线谱相比，U、Th、K的上述特征峰峰位不够突出，但仍能分辨。

图12-6 脉冲幅度分析器原理

图12-7 NaI（Tl）测得的微分仪器谱和U、Th、K道的选择

12.1.2.2 U、Th、K含量的计算

γ能谱仪用一个积分道（＞50 keV）记录某一能量阈以上的总γ射线计数率，还用三个微分道分别测量γ射线三个能谱段产生的计数率。其中钾道道宽0.2 MeV，所鉴别的γ谱段中心可选在⁴⁰K特征峰1.46 MeV处；铀道道宽0.2 MeV，谱段中心可选在铀系²¹⁴Bi特征峰1.76 MeV处；钍道道宽0.4 MeV，谱段中心可选在钍系²⁰⁸Tl特征峰2.62 MeV处。三个谱段都选在高能区，可以减少散射γ射线的影响。三个谱段又相互独立，且每一谱段中，目标核素谱线占主要成分，有利于提高计算方程解的稳定性（图12-7）。

设钾、铀、钍道的计数率（已减去底数）分别为I₁、I₂、I₃（单位为cpm），则它们与U、Th、K的质量分数w（U）、w（Th）、w（K）（单位分别为10^-6、10^-6、%）的关系为

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式中系数a_i、b_i、c_i（i=1，2，3）称为换算系数，分别表示单位含量的铀、钍、钾在不同测量道的计数率（单位分别为cpm／10^-6、cpm／10^-6和cpm／%），需在铀、钍、钾标准模型上实测确定。

解上述方程组，可求得铀、钍、钾的质量分数

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式中

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12.1.2.3 地面γ能谱测量的工作方法及成果图件

地面γ能谱测量与地面γ测量的工作方法类似，但地面γ能谱测量需要按照预先布置的测网定点、定时读数，读数的时间一般为1min。微机化γ能谱仪实现了现场自动数据采集、数据初步整理及现场绘制剖面平面图。

在室内，可将野外采集的数据直接输入计算机，在屏幕上快速形成各种图件，并进行人机交互解释。

地面γ能谱测量的成果图件有：铀、钍、钾含量剖面图、剖面平面图和等值线平面图，有时还要绘制钍铀比［w（Th）／w（U）、钍钾比w（Th）／w（K）、铀钾比w（U）／w（K）］剖面图或等值线平面图。

12.1.2.4 地面γ能谱测量的应用

地面γ能谱测量可以直接寻找铀、钍矿床，也可寻找与放射性核素共生的金属及非金属矿床，利用铀、钍、钾含量及其比值的分布资料，还可推测岩浆岩和沉积岩的生成条件及演化过程，探测成矿特点和矿床成因等。

图12-8是应用γ能谱测量寻找含金构造带的实例。在含金矿脉附近，γ总量曲线和K含量曲线出现低值，U、Th含量曲线出现高值，而w（U）／w（Th）、w（U）／w（K）、w（Th）／w（K）值形成明显的异常。综合这几条曲线，可确定含金矿脉的位置。根据矿脉两侧K含量曲线两处出现高值的位置，可大致估计钾化带的宽度。

图12-8 山东某地地面γ能谱测量曲线

㈡ 辐射一般通过哪些方式可以检测出辐射量有多大

辐射检测仪器有场强仪、电离辐射检测仪、电磁辐射检测仪。
一、场强检测仪：
1、高频近区电磁场测定仪、高频电场测定仪、工频电场测定仪，主要用于测量高压输变电系统，配电室，感应炉，地铁，电动机车，医疗设备，烘干设备，计算机等具有电磁辐射作业场所的电场强度。
二、电离辐射检测仪
1、个人剂量报警仪：主要用来监测X射线和γ射线，在测量范围内，可任意设定报警阈值，当达到报警阈值时，发出警报及时提醒工作人员注意安全。广泛应用于辐照加工企业、卫生防疫、放射治疗、核实验室、核电站、进出口商检、建材、石油化工、地质普查、废钢铁、工业无损探伤等存在电离辐射环境下。
2、中子剂量仪：广泛应用于加速器、核燃料生产厂、中子辐照装置等场所
3、α β γ表面污染测量仪：主要用于放射性表面污染测量，可同时对α、β、γ射线进行测量。该仪器可广泛应用于环保部门、医院放射性科室、高等院校核物理实验室、科研单位放射性实验室、核电站、放射性计量站以及其它放射性场所的人员手部、衣物以及使用的试验台、试验设备的α、β、γ表面污染测量，以便及时去污，从而保护工作人员的安全。
4、αβ表面污染测量仪：同测αβ，也可单测α或β，主要应用于核医学、环境放射性监测、核设施退役、核废物处理，以及核电站和部队核辐射探测方面。
5、χ、γ剂量仪：测高能、低能γ射线外，也可以对低能X射线进行准确的测量，广泛用于环保、冶金、石油化工、化工、卫生防疫、进出口商检、放射性试验室、废钢铁、商检、各种放射性工作场所等需进行辐射环境与辐射防护检测的场合。
6、低本底α β测量仪：广泛用于辐射防护，医药卫生，农业科学，核电站等场所。
三、电磁辐射检测仪
1、低频电磁辐射检测仪：磁性材料的检测，地磁场的检测，地铁电磁环境辐射监测，交流、直流高压输变电系统监测，配电室、计算机房、敏感仪器室等作业场所监测。
2、高频电磁辐射检测仪:工业炉、焊接系统、射频加热、回火和干燥设备、透热设备和医疗设备(NMR)，射频发射装置、敏感区域（医院、学校）、无线电通讯系统、移动通信基站、广播电台、电视发射塔环境的场强测量。

㈢ 怎么检测核辐射~

核辐射种类分为α、β、x、γ、n这几类，一般环境中需要检测的是α、β、x、γ四种，具体检测，需要不同仪器或不同探头才能检测，只是价格，如果是个人用的话，相对有点高，不过如果经济没问题的话，还是可以的。最简单的核仪器就是个人剂量计了。呵呵，它能检测实时的剂量及剂量率。
如果还有疑问的话，欢迎交流，邮箱：[email protected]

㈣ 测量核辐射的方法、仪器及仪器图片

方法：

半衰期：放射性核素数目衰减到原来数目一半所需要的时间的期望值。

放射性活度：表征放射性核素特征的物理量，单位时间内处于特定能态的一定量的核素发生自发核转变数的期望值。A＝dN/dt。

射气系数：在某一时间间隔内，岩石或矿石析出的射气量N1与同一时间间隔内该岩石或矿石中由衰变产生的全部射气量N2的比值，即η*= N1/N2×100%。

原子核基态：处于最低能量状态的原子核，这种核的能级状态叫基态。

核衰变：放射性核素的原子核自发的从一个核素的原子核变成另一种核素的原子核，并伴随放出射线的现象。

α衰变：放射性核素的原子核自发的放出α粒子而变成另一种核素的原子核的过程成为α衰变

衰变率：放射性核素单位时间内衰变的几率。

轨道电子俘获：原子核俘获了一个轨道电子，使原子核内的质子转变成中子并放出中微子的过程。

衰变常数：衰变常数是描述放射性核素衰变速度的物理量，指原子核在某一特定状态下，经历核自发跃迁的概率。

线衰减系数：射线在物质中穿行单位距离时被吸收的几率。

质量衰减系数：射线穿过单位质量介质时被吸收的几率或衰减的强度，也是线衰减系数除以密度。

铀镭平衡常数：表示矿（岩）石中铀镭质量比值与平衡状态时铀镭质量比值之比。

吸收剂量：电力辐射授予某一点处单位质量物质的能量的期望值。D=dE/dm，吸收剂量单位为戈瑞（Gy）。

平均电离能：在物质中产生一个离子对所需要的平均能量。

碰撞阻止本领：带电粒子通过物质时，在所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量。

核素:具有特定质量数，原子序数和核能态，而且其平均寿命长的足以已被观察的一类原子

粒子注量：进入单位立体球截面积的粒子数目。

粒子注量率：表示在单位时间内粒子注量的增量

能注量：在空间某一点处，射入以该点为中心的小球体内的所有的粒子能量总和除以该球的截面积

能注量率：单位时间内进入单位立体球截面积的粒子能量总和

比释动能：不带电电离粒子在质量为dm的某一物质内释放出的全部带电粒子的初始动能总和

剂量当量：某点处的吸收剂量与辐射权重因子加权求和

同位素:具有相同的原子序数，但质量数不同，亦即中子数不同的一组核素

照射量：X=dq/dm，以X射线或γ射线产出电离本领而做出的一种量度

照射量率：单位质量单位时间内γ射线在空间一体积元中产生的电荷。

剂量当量指数：全身均匀照射的年剂量的极限值

同质异能素：具有相同质量数和相同原子序数而半衰期有明显差别的核素

平均寿命：放射性原子核平均生存的时间.与衰变常熟互为倒数。

电离能量损耗率：带电粒子通过物质时，所经过的单位路程上，由于电离和激发而损失的平均能量

平衡含量铀：达到放射性平衡时的铀含量

分辨时间: 两个相邻脉冲之间最短时间间隔

康普顿边:发生康普顿散射时，当康普顿散射角为一百八十度时所形成的边

康普顿坪：当康普顿散射角为零到一百八十度时所形成的平台

累计效应:指y光子在介质中通过多次相互作用所引起的y光子能量吸收

边缘效应: 次级电子产生靠近晶体边缘，他可能益处晶体以致部分动能损失在晶体外，所引起的脉冲幅度减小

和峰效应: 两哥y光子同时被探测器晶体吸收产生幅度更大的脉冲，其对应能量为两个光子能量之和

双逃逸峰：指两个湮没光子不再进行相互作用就从探测器逃出去

响应函数: 探测器输出的脉冲幅度与入射γ射线能量之间的关系的数学表达式

能量分辨率: 表征γ射线谱仪对能量相近的γ射线分辨本领的参数

探测效率：表征γ射线照射量率与探测器输出脉冲1. 峰总比:全能峰的脉冲数与全谱下的脉冲数之比

峰康比:全能峰中心道最大计数与康普顿坪内平均计数之比

峰总比：全能峰内的脉冲数与全谱下的脉冲数之比

入射本征效率：指全谱下总脉冲数与射到晶体上的y光子数之比

本征峰效率：全能峰内脉冲数与射到晶体上y光子数之比

源探测效率:全谱下总计数率与放射源的y光子发射率之比

源峰探测效率:全能峰内脉冲数与放射源y光子发射率之比

光电吸收系数:光子发生光电效应吸收几率

光电截面:一个入射光子单位面积上的一个靶原子发生光电效应的几率

原子核基态：原子核最低能量状态

轫致辐射：高速带电粒子通过物质时与库仑场作用而减速或加速时伴生的电磁辐射。

俄歇电子：在原子壳层中产生电子空穴后处于高能级的电子和跃迁到这一层，同时释放能量，当释放的能量传递到另一层的一个电子，这个嗲你脱离原子而发射出来，发射出来的电子称为俄歇电子。

㈤ α测量方法

我们知道，三个天然放射性系列中各有一个气体核素（²²²Rn、²²⁰Rn和²¹⁹Rn），它们是氡的放射性同位素，称为射气。以测量射气及其短寿衰变子体产生的α粒子而建立起来的各种天然核辐射测量方法，总称为α测量方法。其中射气测量是一种瞬时测氡方法，其余方法（包括径迹测量、钋-210法、α卡法，活性炭法等），都是累积测氡方法。

12.2.1 射气测量

12.2.1.1 射气场的形成机制

岩、矿石中的镭（²²⁶Ra、²²⁴Ra、²²³Ra）经α衰变可不断生成射气，其中对α测量最有意义的射气是氡（²²²Rn）。氡的一部分可以析出到岩（矿）石的孔隙和裂隙中，成为自由氡。这样就在岩（矿）体周围形成一个氡浓度增高的地段。按照气体分子运动的规律，氡从浓度高处向浓度低处扩散，从压强大处向压强小处渗流，从温度高处向温度低处移动。于是，氡就从岩（矿）体向各个方向迁移，从地下深处向地表迁移。在迁移过程中氡还要按其衰减规律不断减少。因此，离开岩（矿）体后，氡的浓度不断降低，这样便形成了一个以岩（矿）体为中心，浓度由内向外，由深至浅逐渐降低的射气场。射气场的形成还受地下水、伴生气体（氧、二氧化碳、氮）、岩石破碎程度、孔隙度、气象条件等因素的影响。尤其是地下水的作用，可使铀、镭迁移至地表，并不断衰变成氡。实践证明，α测量方法的探测深度可达数百米，能提供较多的深部地质信息。

钍射气（²²⁰Rn）和锕射气（²¹⁹Rn）也能形成各自的射气场，但它们的半衰期短，所形成的场仅限于岩（矿）体附近很小的范围。

12.2.1.2 射气测量工作方法

根据地质任务和对测区研究程度的不同，可将射气测量分为概查、普查和详查三个阶段。各阶段的比例尺和测网布置与地面γ测量一致，不再赘述。

射气测量的仪器称为测氡仪，其工作原理与γ辐射仪类似，如图12-9所示。先在测点上打深约0.5～1m的取气孔，再将取气器埋入孔中，用唧筒将土壤中的氡吸入测氡仪的探测器中，然后经光电倍增管转换为电脉冲信号进行测量。测量完毕后立即排气，然后移至下一测点，逐点进行测量。

图12-9 射气测量工作过程示意图

不同地区观测的射气浓度有各自的底数，高于底数1.5～3倍的浓度值称为异常。由于氡（²²²Rn）的半衰期比钍射气（²²⁰Rn）长得多，锕射气（²¹⁹Rn）半衰期仅4s左右，其影响可不予考虑。因此，可用以下方法判断异常的性质：①若在最初5～10min内仪器读数不减小或读数反而增加，则认为异常为氡引起；②若1min后读数减小大约一半，则认为异常为钍射气引起；③若读数随时间增大而减少，但每隔1min减小量不到原读数的一半，则认为异常为氡、钍射气共同引起。

射气测量的重现性较差，但也应当进行一些检查测量，以了解异常的变化趋势是否改变，异常位置是否大致可靠等。

12.2.1.3 射气测量数据的整理及图示

野外工作中，在测点读数的是测氡仪的计数率或指针偏转的格数，应按下式将其换算为射气浓度ρ（Bq／l）

勘查技术工程学

式中M为仪器的测程系数，用数字显示式仪器时，M=1；I为仪器读数（cpm或格）；J_R为仪器标定系数（Bq／（L·cpm）或Bq／（L·格））。

铀、钍混合异常点的读数为²²²Rn和²²⁰Rn浓度之和。利用停止抽气后t₁时刻的读数n₁和t₂时刻的读数n₂，可以按下式分别计算²²²Rn和²²⁰Rn的浓度ρ_（Rn）和ρ_（Th）。

勘查技术工程学

式中ρ₁、ρ₂分别为用停止抽气后t₁、t₂时刻的读数按（12.2-1）式计算的总浓度；P₁、P₂分别为 t ₁、t ₂ 时刻²²² Rn的增长率分别为 t ₁、t ₂ 时刻²²⁰ Rn的衰减率。

解上述联立方程组，得到

勘查技术工程学

根据（12.2-3）和（12.2-4）式可计算²²²Rn和²²⁰Rn浓度的比值K，即

勘查技术工程学

式中C=ρ₂／ρ₁。为方便起见，可根据（12.2-5）式做出K-C曲线量板或K-C值换算表。实际工作中，根据读数算出C值后，就可利用量板或换算表直接得到K值。

利用统计方法还可以确定射气底数和异常下限。

射气测量的成果图件有射气浓度剖面图、剖面平面图、等线值平面图，以及氡、钍射气浓度比等值线平面图等。

12.2.1.4 射气测量的应用

与γ测量相比，射气测量具有较大的探测深度，但仪器较笨重，工作效率较低。此外，气候、地形、土壤层结构，以及某些物质（岩石、粘土、腐殖质等）的吸附作用，都能影响射气异常，使之复杂化，给异常解释造成困难。

射气测量主要用于寻找浮土覆盖下的铀、钍矿体，圈定构造带或破碎带，划分岩层接触界线，勘查浅层裂隙水等。

12.2.2 α径迹测量

12.2.2.1 α径迹测量的原理

重带电粒子（质子、α粒子、重离子、宇宙射线）或核辐射碎片射入固体绝缘材料中时，在它们通过的路径上会造成辐射损伤，留下微弱的痕迹，其直径为10 nm，长为10～100 nm左右，称为潜迹。潜迹只有在电子显微镜下才能观察到。如果把这种受到辐射损伤的材料放入强酸或强碱溶液中浸泡，则损伤部分就会较快地发生化学反应，并溶解到溶液中。扩大后的潜迹直径可达20μm左右，它们就是粒子射入物质中形成的径迹，在光学显微镜下可观测到粒子的径迹。由此可见，采用某些固体绝缘材料能记录重带电粒子，这类材料称为径迹探测器。可作为径迹探测器的材料包括云母、石英等结晶固体，各种玻璃等非结晶固体，以及硝酸纤维（CN）、醋酸纤维（CA）、聚碳酸酯（PC）、稀丙基二甘醇碳酸酯（ADC）等。

实际工作中，为了测量α粒子形成的径迹，要将探测器置于探杯内，并埋入地表土壤层中。记录到的主要是铀矿体及其原生晕和次生晕中的氡放出的α粒子。这些氡通过扩散、对流、抽吸，以及地下水渗滤等复杂作用趋于地表并进入探杯，就在探测器上留下了氡及其各代子核素发射的α粒子所形成的潜迹。此外，探杯所接触的土壤层中的铀，以及钍系和锕铀系的α辐射体产生的α粒子也可被探测器接收。

记录α粒子潜迹常用的探测器材料是醋酸纤维和硝酸纤维薄膜，与之适应的蚀刻剂主要是氢氧化钠和氢氧化钾溶液。

12.2.2.2 α径迹测量工作方法、资料及图示

α径迹测量的工作程序是：①将探测器置于塑料杯底部，再按一定的网格，倒置在测点处30～40cm深的小坑中，上盖土封闭（图11-10）；②约20天后取出杯中的探测器进行蚀刻；③用光学显微镜辨认和计算径迹的密度（单位为j／mm²）。

图12-10 累积法野外埋片示意图

当取得测区内大量径迹数据后，可利用统计方法确定该地区的径迹底数（正常场），据此划分正常场、偏高场、高场和异常场。径迹密度大于底数加均方差者为偏高场；加二倍均方差者为高场；加三倍均方差者为异常场。

α径迹测量的成果图件主要有：α径迹密度剖面图、剖面平面图和等值线平面图等。

12.2.2.3 α径迹测量的应用及实例

α径迹测量和射气测量一样，记录的都是氡放出的α粒子，它们的差别仅在于前者采用长时间累积测氡方式，而后者采用瞬时测氡方式。因此，α径迹测量与射气测量的应用范围一致，但其探测深度要大得多。这是因为，长期累积测量方式可使得深达200 m的铀矿体中所含的氡都扩散到探测器薄膜上，并达到一定的浓度，从而大大提高了灵敏度，均化了外来干扰影响，增加了探测深度，提高了地质效果。

某地印支期花岗岩区的岩体主要由中粗粒斑状黑云母花岗岩组成。铀矿化产于构造蚀变带内，且与赤铁矿化、绿泥石化密切相关。该区浮土较厚且覆盖广泛，γ测量效果很差。射气测量和α径迹测量都有异常显示，且后者更为明显（图12-11）。位于 F₁ 上盘的径迹密度峰值约200 j/mm² ，宽20 m左右，并与峰值约50×3.7 Bq/L的射气异常吻合，推测为浅部矿化引起。在F₁ 出露部位附近出现的径迹异常峰值约100 j/mm² ，宽30 m左右，与另一峰值约20×3.7 Bq/L的较弱射气异常位置有明显差距。推测射气异常只是 F₁ 构造出露部位的反映，而α径迹异常则是 F₁ 构造出露部位与深部矿化的综合反映。经钻孔揭露，在孔深95 m和180 m处分别见到两层矿体，其中浅部矿体已达到工业品位。

图12-11 某地地质物探综合剖面图

12.2.3 α卡法

α径迹测量是最先使用的累积测氡方法，其探测深度大的优点是γ测量和射气测量无法比拟的。但是，它最大的缺点是工作周期较长，干扰因素较多。α卡法是一种更先进的“短期”累积测氡方法。它是将α卡短期埋置后取出，测量卡上吸附的氡的子核素产生的α粒子，从而解决有关地质问题。如果将α卡做成杯状，利用这种α杯收集氡的子核素，就称为α杯法。α杯法测氡的灵敏度更高。

12.2.3.1 α卡工作原理

α卡是一种固体材料，固体表面的分子或原子未被其他相似分子或原子包围时，会存在未饱和价键力（称为范德华力），所以任何固体表面都有从周围气体中吸附分子、原子或离子的能力。这样，将固体卡片（或塑料杯）埋在地下，其表面就会吸附氡的子核素，形成放射性薄层。同时，氡的子核素多是带正电的，很容易附着在空气中的尘埃上，形成放射性气溶胶。α卡自身带负电，在电场力作用下，正离子会迅速聚集在α卡上，形成放射性薄层。

虽然氡也能被固体物质吸附，但α卡对氡的吸附能力较小。因此，可认为氡不会附着在α卡上。

实际工作中使用的α卡可用镀铝聚酯薄膜、铜片、铝片、橡皮或塑料制成。还有一种α卡由过氯乙烯细纤维制成，在制作过程中使其自身带有数百伏的静电（负）电压，因而称为静电α卡。静电α卡有较高的灵敏度，有利于发现微弱的异常。

12.2.3.2 α卡测量方法

α卡法与α径迹测量野外工作方法是类似的，埋卡方法见图12-10。α杯法只需埋置杯子，工作更为简便。

α卡法探测对象是氡的子核素²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po等α辐射体。²¹⁸Po系²²²Rn直接衰变而来，半衰期为3.05min，经十倍半衰期，即30min左右，²¹⁸Po积累的原子核数达最大。生成的核若得不到补充，再经30min就衰变完毕。²¹⁴Po是²¹⁸Po经多次衰变而来，衰变系列中²¹⁴Pb的半衰期（26.8min）最长，故需10倍²¹⁴Pb的半衰期，即4.5h，系列才能达到平衡。若²¹⁸Po得不到补充，整个系列经4.5h时消失。²¹²Po是²²⁰Rn的子核素²¹²Pb经两次衰变而成，衰变系列中²¹²Pb半衰期（10.6h）最长，故此系列需4.4d才能达到平衡。因此埋卡时间和测量时间不同，将得到不同的信息。埋0.5h后立即测量，探测的主要是²¹⁸Po；埋卡4～5 h立即测量，得到的是²¹⁸Po、²¹⁴Po和²¹²Po的贡献。若放置0.5 h后再测量，得到的是²¹⁴Po和²¹²Po的贡献。放置4 h后再测量，探测的则主要是²¹²Po了。

根据上述分析，设取卡后立即测量取得的计数率为I₁，其中²²²Rn的子核素（²¹⁸Po、²¹⁴Po等）引起的计数率为I_Rn，²²⁰Rn的子核素（²¹²Po等）引起的计数率为I_Th，4 h后第二次α测量获得的计数率为I₂。则有

勘查技术工程学

由于放射性系列平衡时，子核数量的变化应遵从半衰期最长的子核素衰变的规律，因此（12.2-7）式中的衰变常数λ应是²¹² Pb的衰变常数，λ=0.065/h。由于 t=4 h，≈1，故有I_Th≈I₂。代入（12.2-7）式，还可得到

勘查技术工程学

由（12.1-7）式和（12.1-8）式，有

勘查技术工程学

以上I_Rn+I_Th、I_Th、I_Rn、I_Rn／I_Th四组数据在资料解释中是有实用价值的。

野外工作中，静电α卡埋置时间以4～6 h为宜，其他α卡埋置时间可大于12 h。同一地区埋卡时间应相同，取卡后应立即进行α测量。因为²¹⁸Po、²¹⁴Po等半衰期短，不尽快测量，它们会很快衰变掉。

由于α卡要有一定的总计数，因此当α卡上收集到的氡的子核素太少时，应适当延长测量时间，以保证数据的精度要求。找铀矿时，异常幅度大，α卡的灵敏度可以低些，观测时间可稍短。解决非铀矿地质问题时，由于异常幅度小，应采用灵敏度高的方法工作，否则测量α卡的时间将予延长。找铀矿时，²²⁰Rn（钍射气）的子核素产生的α射线常视为干扰因素，但在处理非铀矿地质问题时，²²⁰Rn的子核素和²²²Rn的子核素的α射线同样有价值，因此²²⁰Rn的子核素的信息不能废弃。

应当指出，氡的运移受多种因素的影响，规律比较复杂，使得测量结果重现性差。实践表明，尽管重复观测中数值会有改变，但异常的形状、曲线的趋势都是相似的。有时，重复测量中异常也会消失，说明该测点处氡的浓度变化很大，测点附近可能有构造存在。

条件允许时，在埋置α卡的坑中可同时进行孔中γ测量；还可将坑中的土样取回进行镭量测量。多种放射性测量资料的配合，有利于对α卡法异常做出正确的解释。

根据α卡法测量所得的数据，可以绘制α卡测量剖面图、剖面平面图和等值线平面图等。

12.2.3.3 α卡法的应用

α卡法比射气测量灵敏度高，探测深度大，又比α径迹测量生产周期短，因而在寻找铀、钍矿床及与放射性核素有伴生或共生关系的矿床，勘查地下水、圈定构造破碎带、划分岩层接触界线等方面都有广泛的应用。

12.2.4 钋-210法

钋-210法是测量岩样或土样中放射性核素²¹⁰Po放出的α粒子的一种α测量方法。

12.2.4.1 钋-210法工作原理

在铀系中，氡（²²²Rn）之后有一个半衰期为22.3a的放射性核素²¹⁰Pb。由于氡在迁移过程中不断发生衰变，逐渐积累²¹⁰Pb，长时间后就形成了一个与氡基本处于平衡的²¹⁰Pb分散晕，这一²¹⁰Pb晕就代表了该处长时间内氡浓度的平均值。²¹⁰Pb晕的特点是，即使在近地表，²¹⁰Pb在土壤中的浓度也不受气候变化的影响。氡的数值则受气候、温度、季节的影响而变动。因此，测量土样中²¹⁰Pb的量可以更准确地反映取样点的氡浓度。

但²¹⁰Pb是一个弱的β辐射体，而其后²¹⁰Bi（半衰期为5d）的子核素²¹⁰Po有较强的α辐射，半衰期长达138.4d，且它是所有放射性核素中最易形成胶体的核素。赋存在土壤中的²¹⁰Po常以胶体状态沉淀或被吸附在土壤颗粒上或孔隙壁上不易流失，在土壤中形成稳定分布。因此测定²¹⁰Po即可了解土壤中²¹⁰Pb的情况，并间接推测母核素²²²Rn的分布规律。

²¹⁰Po的化学性质与碲类元素相似，部分也与铋相似。金属钋及其氧化物易溶于浓盐酸和浓硝酸中，生成PoCl和Po（NO₃）₄溶液。用电化学方法可以从这些液中将²¹⁰Po置换沉积在某种电极上。根据标准电极电位低的金属离子能置换标准电极电位高的金属离子的性质，可选择置换²¹⁰Po的金属。²¹⁰Po的标准电极电位为0.66V，与它能发生置换反应的金属有铜（0.34V）、铋（0.23V）、银（0.22V）、镍（-0.25V）等。例如，铜置换²¹⁰Po的电化学反应为

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能够置换²¹⁰Po的金属可作为收集²¹⁰Po的探测器。

由于电化学性质不同，铀、钍、铅、铋等元素都不能像钋那样被置换沉积在铜片上。钋的其他6个同位素都是短寿的（半衰期＜3min），只有²¹⁰Po是长寿的。因此，这种置换方法一般都能有效地排除其他天然放射性同位素对²¹⁰Po测量的干扰（仅Ra有时会成为干扰）。

12.2.4.2 钋-210测量方法

钋-210测量分为野外和室内两部分。

野外工作中，首先要根据工作任务、地质和地球物理特征，选择地质条件有利，盖层较厚和露头不发育地区作为测区，按一定的工作比例尺布置测网。然后逐个测点挖取重约50 g的土壤样品。取样时要拨开地表腐殖层，取离地表数十厘米深处的土壤，同一地区取样深度应一致。

室内工作包括样品的化学处理和测定探测器的α射线计数率。简要步骤如下。

1）将土壤干燥、碾碎，过40目筛，称取20 g备用。

2）取5 g细粒土样，连同0.5 g抗坏血酸和预先准备好的带浮圈的铜片，一起放入100 mL的烧杯内，加入含有2%～3%柠檬酸的2mol／L的HCl溶液20 mL。

3）在水平振动的摇床上振荡3～4 h，从烧杯中取出铜片，用清水洗净，再用滤纸将铜片吸干，即制成样片。

4）将样片放置30min后，即可用α辐射仪进行测量，每个样片的读数时间不应少于10min。

5）若样片放置时间超过数天，则按下式修正读数

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式中：I为修正后的计数率；I₁为实测计数率；λ为²¹⁰Po的衰变常数，λ=5×10^-3／d，t为样片放置的天数。

6）每天工作前后要检查仪器本底，还要用α工作源检查α辐射仪的日常工作稳定性，以确保测量数据可靠。

钋-210法的资料整理与其他核测量方法相同。成果图件有：钋量剖面图、剖面平面图、等值线平面图、相对等值线平面图等。

12.2.4.3 钋-210法的应用及实例

钋-210法只在野外取样，分析工作全在室内进行，设备简单，工作效率高，探测深度大，不受铀、钍干扰，异常重现性好。因此，除用于寻找铀、钍矿床外，还在地下水、地热及油气田普查中取得了良好的地质效果。

图12-12为在某军干休所测得的²¹⁰Po曲线。该地段出露第四系更新统（Qp）的冰水堆积，曲线的低值异常宽约20 m，长约50 m。经综合分析认为，它与下部自流井组中的构造破碎带有关。钻探发现，含水层位为自流井组马鞍山段中的砂岩，地下水流量为76t／d。

图12-12 1号供水井²¹⁰Po测量剖面图

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