[发明专利]一种对矿物进行无标样氩‑氩定年的方法

说明书

技术领域

本发明涉及氩-氩定年技术领域，尤其是一种对矿物进行无标样氩-氩定年的方法。

背景技术

氩-氩定年的基本原理如下：根据放射性衰变定律，只要测出放射性母体和放射性成因子体的含量就可以依据下述公式1计算矿物年龄：

公式1

其中，t为矿物年龄，λ为⁴⁰K的总衰变常数，λ＝5.543(±0.010)×10^-10a^-1，λ_e、λ′_e分别为⁴⁰K衰变为⁴⁰Ar的两个分支的衰变常数，λ_e＝0.572(±0.004)×10^-10a^-1,λ′_e＝0.0088(±0.0017)×10^-10a^-1，⁴⁰K为放射性母体的含量，⁴⁰Ar*为放射性成因子体的含量。

对公式1变形可以得到：

公式2

根据核反应³⁹K(n,p)³⁹Ar，

³⁹Ar_K＝³⁹KΔ∫Φ(E)σ(E)dE公式3

其中，³⁹Ar_K是由³⁹K经中子照射产生的³⁹Ar，Δ是指照射时间，Φ(E)是指能量为E的中子通量，σ(E)为能量为E的中子反应截面。

根据以上公式，并令

公式4

则：

公式5

公式5即为氩-氩定年的基本方程。根据公式5，要测得样品的氩-氩年龄只需要测定J值和⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K。

基于公式5，现有的氩-氩定年方法是将待测矿物样品与标准样品间隔放置，封在石英管中放入²³⁵U裂变反应堆进行中子照射使得³⁹K转变成³⁹Ar。

由公式5可得，

公式6

通过测量已知年龄的标准样品的⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K校正照射参数J值，再分别测量待测样品的⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K，与由标准样品校正的J值根据公式5计算待测样品的氩-氩年龄。

由以上描述可知，现在的氩-氩定年方法必须通过测定已知年龄的标准样品来校正待测样品的J值。但是随燃料周期和样品位置变化，未知参数多，很难得到准确的J值，造成较大的J值梯度，即使准确测定标准样品位置的J值，通过拟合标准样品位置的J值计算待测样品位置的J值也会引入较大误差，从而影响定年精度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种对矿物进行无标样氩-氩定年的方法，以解决传统氩-氩定年必须使用已知年龄的标准样品来校正与²³⁵U裂变反应堆的中子通量等相关的J值问题，达到不使用任何地质标准样品就能实现氩-氩定年的目的，并提高氩-氩定年方法的精度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种对矿物进行无标样氩-氩定年的方法，该方法包括：

步骤1：将矿物样品用铝箔包裹成样品片，并于样品片前后各贴一高纯镍片，然后放入加速器中子源中进行中子照射；

步骤2：检测照射后的镍片，确定中子反应截面σ的值，并计算加速器中子源的中子通量N；

步骤3：将照射后的矿物样品装载到稀有气体测量系统，加热熔融样品后，用稀有气体质谱仪测定矿物样品的Ar同位素(⁴⁰Ar，³⁹Ar，³⁶Ar)含量，通过数据计算得到所需的⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K；

步骤4：将加速器中子源的中子通量N、反应截面σ和⁴⁰Ar*/³⁹Ar_K代入公式计算矿物样品的氩-氩年龄；