5 α（射氣）測量方法
5.1 射氣的性質和射氣暈的形成
氡是一種自然產生的放射性惰性氣體，它無色、無味、無臭。它產生於鈾衰變鏈中的鐳。而鈾是世界各地所有岩石和土壤中都能找到的一種元素，含量各不相同。
氡氣很容易從地下釋放到空氣中並衰變生成通常稱為氡子體的短壽命衰變產物。
氡的原子序數86，是週期表中第六週期的零族元素，屬惰性氣體族（he、ne、ar、kr、xe、rn）的最後乙個元素，也是氣體中最重的乙個元素。氡有三個同位素：222rn（rn），219rn（an）和220rn（tn）。
它們分別為天然鈾系、錒系和釷系的成員，通常將它們分別稱為氡射氣、錒射氣與釷射氣。氡同位素的原子不帶電荷，分子是單原子的。
氡氣測量是指通過測量氡及其子體產生的α射線來確定土壤、空氣中氡氣的濃度，並根據不同地點所測量到的放射性氣體濃度的分布規律來勘查鈾礦、地下水、解決某些地質問題，以及進行環境評價的一類放射性測量方法。這類方法包括常規氡氣（射氣）測量、α徑跡測量、活性碳測量、釙－210測量、α聚集器（α卡、α杯等）測量、熱釋光測量、矽半導體α儀測量等。
1 射氣的基本性質
（1）氡的物理常數
臨界溫度104.4℃
臨界壓力6.2×108pa
氣態時的密度9.729×10-3g/cm3
液態時的密度5.7g/cm3
沸點65℃
固化溫度71℃
在空氣中的擴散係數0.105cm2/s
3.7×1010bq氡的體積0.66mm3
（2）射氣的溶解性
射氣能溶解在其它液體中。溶解在液體中的射氣濃度與空氣中的濃度成正比，其比例係數稱為溶解度係數。隨溫度增加，射氣溶解度降低。
例在0oc時rn溶解度係數為0.510； 30oc時，溶解度係數為0.20。
（3）固體物質對射氣的吸附
所有固體物質都能不同程度地吸附氡。其中，活性炭、煤、橡膠、蠟吸附氡效能較好。岩石中，粘土是好的氡吸附劑。而金屬的吸附氡能力很弱。玻璃吸附氡的能力比金屬更弱。
2 岩石和礦石的射氣作用
射氣係數定義為
式中：n1、n2分別為在某一時間間隔內岩石析出的射氣與產生的全部射氣。
射氣係數的變化範圍很大，在土壤中，射氣係數變化從18％～100％；岩石中為5％～50％。影響射氣係數的原因很多，主要因素有：
①岩石破碎程度高，射氣係數增大；
②溫度增高，岩石射氣係數增大；
③溼樣品的射氣係數略低於幹樣品；
④風化岩石的射氣係數高於原生岩石。
3 射氣在介質中的遷移方式
射氣在介質中的遷移是核地球物理、地球化學領域一直在**的問題之一。比較一致的看法是：射氣在介質中的遷移是多種作用的綜合結果。
這些作用的方式包括擴散作用、對流作用、抽吸作用、地下水的搬運作用、伴生氣體的壓力作用、地熱作用等。
（1）擴散作用
當存在濃度梯度時，射氣由濃度高的地方向濃度低的地方遷移稱為擴散。描述擴散作用的引數為擴散係數k。擴散係數定義為：
當濃度梯度為乙個單位時，單位時間內通過單位面積的氣體量。其單位為：cm2/s。
除擴散係數外，尚用擴散長度來描述射氣的擴散。擴散長度記為l，定義為：當某一點的射氣濃度減少到原始射氣濃度1/e時，該點離射氣源的距離。
擴散長度反應了射氣濃度隨距離減弱的特性。
（2）對流作用
當存在壓力差時，射氣從壓力高的地方向壓力低的地方流動，稱為對流。對流作用的大小用對流速度來描述。單位為：cm/d。
目前，對對流作用的研究較少。對流作用被認為是影響射氣運移的重要作用之一。
（3）抽吸作用
當土壤和空氣的溫度存在差異時，若空氣溫度高，由於熱的作用，水蒸氣蒸發，使地下氡氣不斷向上遷移，這種作用叫抽吸。溫度差異越大，抽吸作用越大。
抽吸作用是近幾年提出的氡氣遷移方式之一。
（4）地下水的搬運作用
由於氡可以溶解在水中，所以氡可以在地下水的帶動下，被遷移到很遠的地方。這也是可以利用水中氡測量尋找鈾礦床的原因所在。
（5）伴生氣體的壓力作用
氡是一種微量氣態元素，在很多情況下它可以在其它濃度較大的土壤氣體（如o、n、co2）擴散壓力的推動下向地表遷移。
（6）地熱作用
當存在地熱梯度時，氣體可以由溫度高的部位向溫度低的部位遷移。
（7）其它作用
還有一些其它因素，如**應力引起的毛細壓力的變化，大氣壓力的縱深效應等，都可能引起氡的遷移。
氡氣的遷移，一般不是單一因素，而應該是由綜合因素引起的。在研究氡氣遷移時，應該考慮各種影響因素。
4射氣在土壤氣體中的分布與射氣異常的形成
射氣在土壤中的分布與下列因素有關：
①岩石或土壤中放射性核素含量（主要是ra、th）；
②射氣係數；
③射氣的運移與射氣的衰變；
由於決定射氣析出、影響射氣運移的因素眾多，因此，一般說來，無法通過理**式來計算射氣的運移。但理**式對於工作方法選擇、地質解釋還是有價值的。
為了進一步討論射氣測量的有關問題，現在我們先介紹幾個基本概念。
（1）正常場
所謂射氣正常場，是指由土壤或岩石中正常放射性核素存在形成的射氣濃度，稱為射氣底數或者射氣正常場。據統計
花崗岩地區射氣底數：150～260 bq/l
沉積岩地區射氣底數：40～75 bq/l
（2）異常場
通常把高於正常場2～3倍的射氣濃度定為工作區的異常下限。大於等於異常下限的區域，稱為異常場。從找礦的角度來說，「異常場」是乙個相對於「正常場」的概念，因此，對那些地質條件有利，但並未達到規定值的偏高值區，有時也會將其定位異常。
射氣異常，也稱為「射氣暈」。
射氣異常是如何形成的呢？如圖5.1.
1，當浮土下有鈾礦體時，能不斷地放出射氣。其中一部分射氣可進入岩石孔隙或土壤及大氣中。隨著鈾等核素的不斷衰變，礦體內的射氣濃度不斷增大，驅使射氣向四周濃度較小的地方逸散。
使部分氡可以從地下到達地表。形成以礦體為中心、向四周降低的射氣異常。射氣的濃度在礦體上方幾至十幾m的範圍內，在地質條件有利於射氣遷移時，甚至在數百公尺範圍內，都有顯著的增高，所以可以根據氡射氣濃度的增高來發現鈾礦床。
作為找礦來說．更多的涉及土壤空氣中的放射性。顯而易見，不僅在有放射性礦石存在的地區，而且在均勻岩石的構造破碎帶上，在射氣作用係數不同的岩石接觸帶上都能形成氡的氣暈。構造破碎帶上氡濃度公升高，則是由於破碎生成的薄弱帶岩石的射氣能力增大，並創造了由迴圈水沉積鈾鹽的更有利條件。
5.2 射氣場分布的理論計算[1]
氡氣測量是以氡的射氣作用和氡的遷移理論為基礎來研究氡射氣場的一組方法。因此氡射氣場的理論計算應該是氡氣測量的基本理論問題。目前，已經提出了十幾種氡的遷移理論，遺憾的是，除擴散理論外，其他理論都是定性的。
因此，目前還只能以擴散理論為基礎討論氡射氣場的理論計算問題。不過應用例項和理論均已經證明，氡的擴散作用僅僅是氡遷移的方式之一，可能還不是最重要的作用，因而在此基礎上建立起來的一整套理論計算，以及依據這種理論計算的資料，尚不能在實際工程中應用。儘管如此，作為理論指導作用還是有意義的。
為此，本節也主要依據擴散理論來討論氡射氣場的理論計算問題。
一、層狀礦體上方非放射性浮土中的射氣分布
當射氣由礦體向地面遷移時（如圖5.2.1所示），單位時間內dx層中射氣量的改變與通過層底面和頂面的射氣流之差，以及單位時間內在層中衰變的射氣量有關，它們之間的關係可用下式表示：
5.2.1）
式中：n為層中的射氣濃度；x為礦層邊界面到層的距離；q為通過層底面流入的射氣流；為通過層頂面流出的射氣流；s為層的面積；為射氣的衰變常數；為層中的射氣量。
因為射氣的遷移是由擴散、對流、抽吸等因素引起的，當只考慮擴散及對流作用時，單位時間內由擴散和對流引起的射氣量為：
則5.2.2）
式中，k——擴散係數；
v——對流速度。
負號表示濃度梯度隨x的增加而減少。將（5.2.2）式代入（5.2.1）式中得：
設dx層中的射氣濃度不隨時間而變化，即
則5.2.3）
此式一般解為：
5.2.4）
其中n1、n2可由下列邊界條件確定
1．浮土厚度很大（h>10m），則邊界條件為：
（1）時，
（2）從條件（1）得，
從條件（2）得，
由此便得出，浮土中距礦層介面x處的射氣濃度為：
5.2.5）
若不考慮對流作用，v=0，此時浮土中射氣濃度的計算公式便簡化成
5.2.6）
（5.2.6）式表明，當浮土很厚時，浮土中射氣濃度由礦層介面向地面呈指數規律衰減（如圖5.2.1b所示）。當時：
所以。這是表達擴散長度l的物理意義的表示式。
不同介質中，k、l值差別很大，影響兩引數的主要是介質的結構。表5.2.1列出了幾種物質中的射氣擴散引數。
表5.2.1 幾種物質中的射氣擴散引數
若擴散作用不存在，k=0，則（5.2.3）式變為：
射氣濃度計算式為
5.2.7）
式（5.2.7）說明，對流作用使氡的遞減與對流速度有關，v越大，n越大。
表5.2.2列出了只存在擴散或對流作用，以及擴散與對流作用同時存在時，浮土中射氣濃度的變化情況，從表中資料可見，當擴散作用與對流作用同時存在時，氡運移的距離增大，射氣測量的找礦效果較好。
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