專利名稱：中子活化分析示蹤天然泥沙運動的方法
技術領域：
本發(fā)明將中子活化分析技術應用于示蹤天然泥沙運動，屬于中子活化分析法在水利科學領域的應用。
泥沙運動是水利科學領域研究的主要課題之一。在規(guī)劃河口整治、疏浚入海航道、選擇沿海港址、建筑防波堤等工程中，有關泥沙的來源、運移、回淤、去向等問題特別重要。泥沙運動這個問題本身是很復雜的，長期以來世界各國的水利工作者進行了大量的理論和實驗研究，取得了許多有價值的成果，除各種比例尺的模型試驗外，各種原體泥沙運動的觀察方法亦極為重要。模型試驗有時還不能完全解決實際工程中碰到的泥沙問題。觀測原體泥沙運動的方法有重礦物示蹤法、螢光示蹤法、放射性示蹤法等。重礦物示蹤法是傳統(tǒng)的方法，要取底質樣品中0.1-0.05mm粒徑的砂，在重液中進行沉淀分離，然后取比重大的重礦物在顯微鏡下進行礦物品種鑒定，整個過程都是人工操作，顯微鏡下的鑒定在很大程度上依賴于觀察者的經(jīng)驗。螢光示蹤是將涂有螢光物質的泥沙投放示蹤區(qū)域中，然后取樣在顯微鏡下數(shù)螢光顆粒的個數(shù)，這種手工計數(shù)的工作是很艱苦的，而且誤差較大，不適于進行大規(guī)模的螢光示蹤分析。放射性示蹤可以分為天然放射性示蹤和人工放射性示蹤。天然放射性示蹤需要一定的天然條件，即被測區(qū)域里要有可以作為示蹤物的天然放射性元素。用天然放射性示蹤可以估測泥沙來源及其漂移方向。美國在加利福尼亞海灣，日本在仙臺灣都曾做過這種試驗。人工放射性示蹤是將放射性同位素標記在天然泥沙上，投放到示蹤區(qū)域中，然后用射線探測器對區(qū)域中的泥沙進行檢測。這種方法的優(yōu)點是可在現(xiàn)場直接測量。但是，這種方法的放射性劑量難于控制，劑量小了，測不到，劑量大了會造成環(huán)境污染和對人體的傷害，因而它的使用范圍受到限制。自從1954年英國首次試驗成功這種方法以來，至1975年，世界各國共做現(xiàn)場試驗140多次，其中50年代占27%，60年代占67%，70年代只占6%，有明顯的下降趨勢。為了克服人工放射性示蹤法的致使弱點，70年代以來，各國開始研究用中子活化分析技術示蹤泥沙運動。
中子活化分析是一種核技術，它的基礎是核反應，就是用具有一定能量和流強的中子轟擊樣品，然后測定由核反應生成的放射性元素衰變時放出的緩發(fā)輻射或者直接測量核反應中放出的瞬發(fā)輻射，從而實現(xiàn)元素的定性分析和定量分析。中子活化分析至今已有50多年歷史，起初只是作為原子能技術發(fā)展過程中的一種副產(chǎn)品，現(xiàn)在已成為一種痕量分析甚至常量分析的重要手段，廣泛用于工農業(yè)和科學技術的各個領域。
現(xiàn)有的中子活化分析示蹤泥沙運動的方法，需要外加一種示蹤元素進行活化分析。它的大致過程如下分析需示蹤區(qū)域泥樣，選擇一種樣品中不含有或含量極微的且易被活化的元素，以此作為示蹤元素標記到泥沙上，再把標記過的泥沙與天然泥沙按一定比例混合，投放到示蹤區(qū)域，以后每隔一定時間定點取樣，所取樣品經(jīng)過適當處理后送入核反應堆照射，活化后，用r-能譜儀分析樣品，從而實現(xiàn)示蹤元素的定性和定量分析。目前世界上只有少數(shù)國家做過上述的活化分析試驗，例如美國陸軍工程兵團和斯坦福研究所1974年在舊金山灣進行的疏浚泥沙運動的示蹤試驗研究，取得較好的結果。這種中子活化分析示蹤法主要優(yōu)點是沒有放射性污染，不會對人體造成傷害，比人工放射性示蹤法優(yōu)越，取得的資料可靠實用。但是，這種方法技術復雜，而且費用昂貴，因為作為可示蹤的元素，一般都是地球上含量極微的稀有元素，價錢十分昂貴。這也正是這種方法很先進，所得結果很好，而世界上使用的人還不太多的原因所在。
本發(fā)明的目的是提供一種簡單、實用、經(jīng)濟、有效的中子活化分析示蹤天然泥沙運動以及河口、海岸演變過程的方法。
本發(fā)明的要點是，不外加示蹤元素，對天然泥沙進行中子活化分析示蹤。其主要步驟是在欲示蹤區(qū)域選點取樣、制樣，將樣品送入核反應堆照射，使樣品中子活化，然后用r-能譜儀分析樣品中各種元素的含量，對測得數(shù)據(jù)進一步比較、分析，得出該區(qū)域泥沙運動情況的結果。
下面通過一個實施例詳細敘述本發(fā)明方法的具體步驟。
為了弄清汕頭港外攔江沙航道的泥沙來源，用本發(fā)明方法進行示蹤分析。分析時對用其它方法分析的結果一無所知。在攔江沙航道和新津溪河口約60平方公里區(qū)域內選擇七個點，用取樣器取三個底沙樣和四個懸沙樣，底沙樣來自海底淺層泥沙，懸沙樣為海水中懸浮泥沙，這七個取樣點的分布如

圖1所示，底一、懸二取自攔江沙航道兩個點，底二、懸三取自新津溪河口的待狎金淺灘兩個點，底三取自待狎金淺灘東一個點，懸一、懸四取自媽嶼和娘礁的點。將這些樣品裝入鋁罐，送入核反應堆照射，取出中子活化后的樣品，用4096多道能譜儀進行測試和數(shù)據(jù)處理，得到這七個樣品中各種元素含量值如表1所示。
從表1中看到，每個樣品中含有24種元素。我們先分析底沙樣數(shù)據(jù)，將三個底沙樣中元素分為三組，第一組含量100PPm以上，第二組含量10-100PPm，第三組含量10PPm以下，然后對每組的三個樣品中元素含量依次進行相互比較，比值列于下列表2、表3、表4。
＊1.71是用9、10、11、18的底二/底三得的平均值
＊1.54是用17、19、20、22、24的底二/底三得的平均值由表2、表3、表4可知，底二(待狎金淺灘)中23種元素，除銻(Sb)以外，有22種元素的含量比底一(攔江沙航道)中的高，而且三組含量平均高1.6倍，底三(待狎金淺灘東側點)中除了鎳(Ni)、鉿(Hf)、銻(Sb)三種元素以外，其余的也都比底一中的含量高，3組含量平均高1.48倍。底三中23種元素有12種含量比底二中的高，3組平均高1.14倍，有11種元素含量比底二中的低，平均低0.75倍。因此，從總的趨勢看，尤其是從中等含量及低含量組來看，底三中元素含量比底二低。
對懸沙樣數(shù)據(jù)進行分析，將4個樣品中的24種元素互相進行比較，比值列于表5。
由表5分析可得出，懸二(攔江沙航道)處的懸沙是由懸一(媽嶼)處和懸四(娘礁)處過來的，媽嶼方向來的懸沙向東擴散，娘礁方向的懸沙向西擴散，一部分向攔江沙航道方向，一部分向待狎金淺灘方向。
綜合以上數(shù)據(jù)分析結果，得出的結論是底沙從新津溪河口出來后，先向東南，然后再與待狎金淺灘的底沙一起向南移動，進入攔江沙航道，攔江沙航道的懸沙來自媽嶼方向和娘礁方向。
對同一區(qū)域，本發(fā)明方法分析結果與重礦物示蹤法分析結果基本一致。重礦物示蹤法在采集100個底質樣品分析的基礎上，選擇19個點的底沙樣進行分析，結果如表6所示。
由此可見，重礦物分析，26種礦物僅有8種能作示蹤分析，其中有幾種還不太明顯，而中子活化分析，有20-22種元素可作示蹤分析，且選點少，儀器自動測量，分析數(shù)據(jù)準確可靠。
由實施例可以看出，本發(fā)明方法的優(yōu)點是不需外加示蹤元素，簡化工序，大大降低試驗經(jīng)費，分析和測量由儀器自動進行，可示蹤元素多，精度高。本發(fā)明方法可用于港口、航道、海灣等大范圍區(qū)域分析示蹤泥沙運動，并可為河口、海岸工程建設提供一些有關河口、海岸歷史演變過程的數(shù)據(jù)。
權利要求
1.一種利用中子活化分析技術示蹤天然泥沙運動以及河口、海岸演變過程的方法，其特征是(1)在欲示蹤區(qū)域選點取樣、制樣，(2)將樣品送入核反應堆照射，(3)中子活化后，用r-能譜儀分析樣品中各種元素的含量，(4)對測得數(shù)據(jù)進一步比較、分析，得出該區(qū)域泥沙運動情況的結果。
全文摘要
一種利用中子活化分析技術示蹤天然泥沙運動以及河口、海岸演變過程的方法，區(qū)別于現(xiàn)有的需外加示蹤元素的中子活化分析法，包括取樣，對樣品進行處理，送核反應堆照射，用r-能譜儀分析樣品，通過對測得數(shù)據(jù)比較分析，得出該區(qū)域泥沙運動情況的結果。本方法沒有放射性污染，簡化工序，大大降低試驗經(jīng)費，可示蹤元素多，精度高，可用于港口、航道、海灣等大范圍區(qū)域分析示蹤泥沙運動。
文檔編號E02B1/00GK1035538SQ88105378
公開日1989年9月13日 申請日期1988年3月4日 優(yōu)先權日1988年3月4日
發(fā)明者茅志祥, 嚴佩嵐 申請人:水電部、交通部南京水利科學研究院