放射性同位素地球化学1ppt课件
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放射性同位素地球化学
Nd同位素的演化(1) －整体地球(CHUR)， 地幔和地壳的分异
岩浆演化：超基性 基性 中性 酸性， Sm/Nd(147Sm/144Nd)比 值降低
Nd同位素的演化(2)-模式年龄
亏损地幔模式年龄
eNd(0)
TDM ←亏损地幔模式年龄
TCHUR
Nd同位素亏损地幔模式年龄的计算
1) 143Nd/144Nd = (143Nd/144Nd )DM + (147Sm / 144Nd) (elTDM – 1)
=
1 137.88
(el235T – el235t) (el238T – el238t)
U-Pb等时线的形成
207Pb 204Pb
( ) 207Pb 204Pbo
等时线
t2
c2
增长曲线
b2
c1
t1
a2 a1
b1
a
b
c
to
235U 204Pb
低Pb高U的体系 - 锆石 U-Pb体系的演化，谐和线
谐和线
作用、幔源岩浆发生结晶分异作用和富集REE的矿物发生分
选作用的时间等。T2DM的计算还需知道地幔物质进入地壳后， 并在发生Sm/Nd比值变化前的147Sm/144Nd比值，即地壳的
147Sm/144Nd比值。对于沉积岩类，往往用上地壳的平均比值
来代替：0.1180.017(540个全球沉积岩平均值)，但对于中下
Sample/Chondrite
100
Chondrite N-MORB E-MORB OIB Continental Crust Upper Crust Lower Crust
10 1 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
《放射性同位素》课件
特性
放射性同位素具有不稳定性和不稳定 性，会自发地发生核反应，释放出能 量和射线。
放射性同位素的应用领域
医学诊断和治疗
01
放射性同位素在医学领域中广泛应用于诊断和治疗，如放射性
核素显像、放射性核素治疗等。
工业检测和控制
02
放射性同位素可以用于工业检测和控制，如厚度测量、金属探
伤等。
科学研究
03
放射性同位素在科学研究领域中广泛应用于核物理、化学、生
03
放射性同位素还可以用于治疗肿瘤，通过向肿瘤组织发射高能射线， 杀死癌细胞并抑制其生长。
04
放射性同位素在医学领域的应用需要严格控制剂量和安全性，以避免 对健康造成损害。
工业检测与控制
放射性同位素在工业领域的应用主要包括检测和控制 工艺流程。
输标02入题
通过使用放射性同位素标记物质，可以检测产品的质 量和纯度，例如在石油工业中检测油品的纯度和在食 品工业中检测食品的成分。
安全与环保的挑战
放射性废物的处理与处置
放射性同位素在生产、使用过程中产生 的废物需要妥善处理和处置，以避免对 环境和人类健康造成危害。
VS
辐射防护与安全监管
在使用放射性同位素的过程中，应加强辐 射防护措施，确保工作人员和公众的安全 。同时，需要建立完善的监管体系，确保 放射性同位素的安全使用。
国际合作与政策法规的完善
有电离本领，穿透能力最强。
不同的辐射类型具有不同的能量和穿透能力，适用于不同的应用领域，例如医学影像技 术、工业无损检测、核能利用等。
稳定性
稳定性是指放射性同位素原子核保持稳定状态的能力。
有些放射性同位素原子核不稳定，会发生衰变，释放出能 量和射线；有些放射性同位素原子核稳定或半稳定，不会 发生衰变或发生衰变但释放的能量较低。
放射性同位素具有不稳定性和不稳定 性，会自发地发生核反应，释放出能 量和射线。
放射性同位素的应用领域
医学诊断和治疗
01
放射性同位素在医学领域中广泛应用于诊断和治疗，如放射性
核素显像、放射性核素治疗等。
工业检测和控制
02
放射性同位素可以用于工业检测和控制，如厚度测量、金属探
伤等。
科学研究
03
放射性同位素在科学研究领域中广泛应用于核物理、化学、生
03
放射性同位素还可以用于治疗肿瘤，通过向肿瘤组织发射高能射线， 杀死癌细胞并抑制其生长。
04
放射性同位素在医学领域的应用需要严格控制剂量和安全性，以避免 对健康造成损害。
工业检测与控制
放射性同位素在工业领域的应用主要包括检测和控制 工艺流程。
输标02入题
通过使用放射性同位素标记物质，可以检测产品的质 量和纯度，例如在石油工业中检测油品的纯度和在食 品工业中检测食品的成分。
安全与环保的挑战
放射性废物的处理与处置
放射性同位素在生产、使用过程中产生 的废物需要妥善处理和处置，以避免对 环境和人类健康造成危害。
VS
辐射防护与安全监管
在使用放射性同位素的过程中，应加强辐 射防护措施，确保工作人员和公众的安全 。同时，需要建立完善的监管体系，确保 放射性同位素的安全使用。
国际合作与政策法规的完善
有电离本领，穿透能力最强。
不同的辐射类型具有不同的能量和穿透能力，适用于不同的应用领域，例如医学影像技 术、工业无损检测、核能利用等。
稳定性
稳定性是指放射性同位素原子核保持稳定状态的能力。
有些放射性同位素原子核不稳定，会发生衰变，释放出能 量和射线；有些放射性同位素原子核稳定或半稳定，不会 发生衰变或发生衰变但释放的能量较低。
放射性同位素地球化学
0
Ha wai i
160 ¡
180 ¡
160 ¡
放射性同位素地球化学
140 ¡
North America
120 ¡
放射性同位素地球化学
Jason Morgan‘s Plume Model
• Upwelling from thermal boundary layer at the base of the mantle
放射性同位素地球化学
2.1 地球的圈层结构（1），地幔的基本组成和结构
放射性同位素地球化学
放射性同位素地球化学
类地行星的形成
放射性同位素地球化学
主要陨石类型的相对含量
普通球粒陨石
普通球粒陨石
放射性同位素地球化学
球粒陨石类的主要特征
放射性同位素地球化学
碳质球粒陨石组 成与太阳光球的 组成基本一致
通用二元混合方程
• Vollmer（1976）和Langmuir等（1978）先后 给出了二元混合体系微量元素浓度的通用表 达式。该式理论上可适用于任何元素和同位 素。对任何一个二组份混合体系，其方程为
Ax＋Bxy＋Cy＋D＝0 （5.62） • 其中x，y是横坐标、纵坐标的变量，可以是
元素或元素的比值。当端元1和端元2上的坐 标即比值为（x1，y1）（x2，y2）时系数可表 示为：
放射性同位素地球化学
亏损地幔的贡献－大洋地壳的形成
拉斑玄武岩
放射性同位素地球化学
放射性同位素地球化学
富集地幔的贡献－大洋岛的形成
碱性玄武岩
放射性同位素地球化学
Kamtschatka
60 ¡ Alaska
70
PACIFIC
40 ¡
放射性同位素地球化学1(共86张PPT)
1.4 U-Th-Pb体系
地球化学性质(一)
• U和Th均属锕系元素，常为+4价，但在 地球表层条件下，U呈+6价；
• 由于较大的离子半径和高电价，U和Th 均表现为强不相容元素；
• +4价U、Th较稳定，但+6价的U可呈 UO22-溶于水而发生迁移；
地球化学性质(二)
• 除极少数情况下以沥青铀矿(uraninite， UO2)和硅酸钍矿(thorite)形式成独立矿 物外，多数条件下U和Th呈分散状分布 于造岩矿物中或集中于副矿物中(锆石、 独居石、磷灰石、榍石)；
e 2) Nd= 0.25*T2－3T＋8.5 (T in Ga)
3) eNd=
143Nd/ 144Nd - (143Nd/144Nd) CHUR (143Nd/144Nd) CHUR
×１０4
(143Nd/144Nd )CHUR = 0.512638；(147Sm/144Nd) CHUR = 0.1967
根本的数学关系与参数
206Pb = 206Pbi + 238U (el238t – 1) 207Pb = 207Pbi + 235U (el235t – 1)
208Pb = 208Pbi + 232Th (el232t – 1)
(1)对于低Pb高U的体系〔如锆石〕
(206Pb/ 238U)* = (el238t – 1) (207Pb/ 235U)* = (el235t – 1)
Rb-Sr等时线的形成
87Sr 86Sr
( ) 87Sr 86Sr o
a
b
87Rb 86Sr
c
to
Rb-Sr等时线的形成
87Sr 86Sr
Ar-Ar——同位素地球化学课件PPT (1)
1. 如果样品不均匀，将带来误差； 2. 测试方法不同，测试精度不同，影响总体年龄精度； 3. 样品用量较大
• Ar-Ar法克服了这些缺点，同一份样品测试， 同种方法，大大减小了样品量。
优点二：质谱测量
• 质谱仪的测试精度很高，而钾含量的测 试误差相对较大，成为影响测试精度的 主要因素；
• Ar-Ar法只需要质谱仪测试，而且测同位 素比值，不测绝对含量，因此不需要加 稀释剂。
缺点
收取。 • 石英瓶用镉箔屏蔽热中子，放入核反应堆。 • 照射过程中样品罐旋转，并置于冷水中。 • 快中子通量，累计通量，照射时间。
J值有关问题
• 标样在样品罐中的位置 • 多个标样，纵向和横向上 • 分别测试每个标样，看J值的变化规律
关于照射
• 1989年，《放射性同位素与射线装置放射防护条例》 • 2003 年以前，管理不严，国内发生多起事故。 • 2003 年，《放射性污染防治法》 • 2005年，《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》
• 具备上述条件，照射前申请，由公安局、卫生局和环保局审批
放射性废物的处理
• 2003年，《中华人民共和国放射性污染防治法》
– 低、中水平放射性固体废物在符合国家规定的区域实行 近地表处置。
– 高水平放射性固体废物实行集中的深地质处置。
• 2009年，《放射性物品运输安全管理条例》 • 2011年，《放射性废物安全管理条例》 • 法规前后放射性废物的处理方式很大变化。
39K为原子数，△T为照射的时间长度，φ（ε） 为能量为ε的中子通量密度，ó（ε）为39K 对具有ε能量的中子的俘获截面，该积分的 积分区间是中子的整个能谱。
• 39Ar不稳定，以269年的半衰期通过β辐射衰 变成39K。
• Ar-Ar法克服了这些缺点，同一份样品测试， 同种方法，大大减小了样品量。
优点二：质谱测量
• 质谱仪的测试精度很高，而钾含量的测 试误差相对较大，成为影响测试精度的 主要因素；
• Ar-Ar法只需要质谱仪测试，而且测同位 素比值，不测绝对含量，因此不需要加 稀释剂。
缺点
收取。 • 石英瓶用镉箔屏蔽热中子，放入核反应堆。 • 照射过程中样品罐旋转，并置于冷水中。 • 快中子通量，累计通量，照射时间。
J值有关问题
• 标样在样品罐中的位置 • 多个标样，纵向和横向上 • 分别测试每个标样，看J值的变化规律
关于照射
• 1989年，《放射性同位素与射线装置放射防护条例》 • 2003 年以前，管理不严，国内发生多起事故。 • 2003 年，《放射性污染防治法》 • 2005年，《放射性同位素与射线装置安全和防护条例》
• 具备上述条件，照射前申请，由公安局、卫生局和环保局审批
放射性废物的处理
• 2003年，《中华人民共和国放射性污染防治法》
– 低、中水平放射性固体废物在符合国家规定的区域实行 近地表处置。
– 高水平放射性固体废物实行集中的深地质处置。
• 2009年，《放射性物品运输安全管理条例》 • 2011年，《放射性废物安全管理条例》 • 法规前后放射性废物的处理方式很大变化。
39K为原子数，△T为照射的时间长度，φ（ε） 为能量为ε的中子通量密度，ó（ε）为39K 对具有ε能量的中子的俘获截面，该积分的 积分区间是中子的整个能谱。
• 39Ar不稳定，以269年的半衰期通过β辐射衰 变成39K。
同位素地球化学PPT课件
32
1）轻稳定同位素
A. 原子量小，同一元素的各同位素间
的相对质量差异较大（ΔA/A≧5%）；
B. 轻同位素组成变化的主要原因是同
位素分馏作用造成的，其反应是可逆的。
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
33
2）重稳定同位素
A. 原子量大，同一元素的各同位素间的相
对质量差异小（ΔA/A＝0.7~1.2%），环境 的物理和化学条件的变化通常不导致重稳 定同位素组成的改变；
526262621放射性同位素衰变定律及同位素地质年代学原理622kar法及40ar39ar法年龄测定623rbsr法年龄测定624smnd法年龄测定625upb法年龄测定53621621同位素地质年代学的基本原理前提及分类541放射性原子释放出粒子和能量的现象即所谓的放2放射性衰变元素的原子核自发地发出粒子和释放能量而变成另一种原子核的过程
2019/7/3
第五章 同位素地球化学Ⅰ
11
5. 同位素地球化学发展现状
同位素地球化学发展迅速，已渗透到地 球科学的各个研究领域，如：大地构造 学、岩石学、矿床学、海洋学、环境科 学、空间科学等。
主要表现在以下方面：
♣ 实验测试技术不断完善和提高； ♣ 多元同位素体系的综合研究； ♣ 研究领域不断扩大； ♣ 各种新方法的出现 。
28
② 类型
1）放射性同位素(unstable or radioactive isotope)
其原子核是不稳定的，它们能自发地放出粒子并衰变成 另一种同位素。
2）稳定同位素(stable isotope)
原子核是稳定的，或者其原子核的变化不能被觉察。 元素周期表中，原子序数相同，原子质量不同，化学性
放射性同位素 ppt课件
要经过筛选才能培育出优良品种．用 γ 射线治疗肿瘤对人体肯定有副
作用，因此要科学地控制剂量．本题正确选项为 D.
.
学习探究区
学案3
针对训练 2 正电子发射计算机断层显像(PET)的基本原理是：将放射性
同位素 15O 注入人体，参与人体的代谢过程.15O 在人体内衰变放出正
电子，与人体内负电子相遇而湮灭转化为一对光子，被探测器探测到，
目 开
D．放射性同位素容易制造 解析 人工放射性同位素用作示踪原子，主要是用人工放射性同
位素代替没有放射性的同位素参与正常的物理、化学、生物过程，
既要利用化学性质相同，也要利用衰变规律不受物理、化学变化
的影响，同时还要考虑放射性废料容易处理，因此选项 A、C 正
确，选项 B、D 错误．
.
自我检测区
栏 其中3105P 是3115P 的一种放射性同位素．
目 开
5．放射性同位素的应用
(1) 利 用 放 射 性 同 位 素 放 出 的 射 线 可 进 行 ___γ___ 探 伤 、 消 除
__静___电___、培育___良__种___、治疗癌症． (2)放射性同位素可以作为__示__踪____原子．
(1)1919 年卢瑟福发现质子的核反应：
目 174N＋42He→________＋11H
开 (2)1932 年查德威克发现中子的核反应：
94Be＋42He→________＋10n (3)1934 年约里奥—居里夫妇发现放射性同位素和正电子的核反应：
2173Al＋42He→________＋01n；3105P→3104Si＋________＋ν.
本 (2)示踪原子的应用：利用放射性元素能放出某种射线，可用探测器
《放射性同位素》课件 (2)
4 性质和用途
放射性同位素可以用于研究和治疗，还广泛 应用于能源生产和工业生产中。
应用领域
医学
放射性同位素在肿瘤治疗和医学诊断中发挥着重要 作用。
环境
放射性同位素用于环境监测和放射性废物处理。
能源
核能发电利用放射性同位素产生热能，驱动涡轮发 电机产生电力。
考古学
利用放射性同位素碳-14对古代遗物进行年代测定。
核能与核电
核能
核能是指核反应过程中释放的能量，用来产生核电 和核武器。
核电
核电是通过核反应产生热能，进而转化为电能的过 程。
危害与防护
1 辐射影响
放射性同位素可能对生物 体造成辐射伤害，导致放 射病、癌症等健康问题。
2 防护措施
合理使用防护设备、隔离 措施和安全操作符合核安 全规范。
3 管理与监控
放射性同位素
放射性同位素是具有放射性的原子核形态，具有独特的特点和广泛的应用领 域。
定义和特点
1 无稳定同位素
放射性同位素没有稳定的核结构，会通过放 射性衰变释放能量和粒子。
2 半衰期
每种放射性同位素都有其特定的半衰期，即 在该时间内，总数减少一半。
3 放射性衰变
放射性同位素会衰变为其他同位素或元素， 释放出粒子、γ射线和能量。
采用监测措施和管理制度 确保放射性同位素的安全 和合规。
结论和展望
放射性同位素的特性和应用使其在科学、医学、能源等领域具有重要地位。未来的研究
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Sm-Nd同位素体系的地球化学意义
• 通过对陨石系统的研究，建立了壳幔演化关系模型， 其中包括亏损地幔演化模型、全球地壳生长模型和 区域初生地壳加入模型，并建立了岩浆物质来源的 示踪研究方法； • 对于高级变质变质事件定年，具有重要作用。
球粒陨石全岩样品Sm-Nd等时线－－CHUR
海水Sr同位素组成与壳幔Sr循环模式
1.3 Sm-Nd 体系
• Sm 和 Nd 都是轻稀土元素，都是中等不相容元素，在地幔 和地壳的部分熔融过程中，易进入熔体相 • Nd原子序数低于Sm 离子半径大于Sm 分配系数小于 Sm，比Sm容易进入熔体相 • 因此，随着岩浆演化，超基性 基性 中性 酸性， Sm/Nd（147Sm/144Nd）比值依次降低
G99-2-3 赣南大余西华山岩体
南岭常见的强过铝S-型花岗岩显微照片 （引自周新民教授报告2008年）
Rb-Sr等时线实例－－玄武质无球粒陨石全岩样品
(87Sr/86Sr)BABI = 0.69899 ± 5
Rb-Sr等时线的改造 / 变质作用中的再平衡
变质作用，就是高温条件下，固态重结晶作用。 由于温度升高，发生同位素交换反应，不同矿物之间， 87Sr/86Sr 均一化； 而87Rb/86Sr（Rb/Sr）比值，受分配系数差别的制约，平衡的时 候，不同矿物之间，比值不同。
143Nd/144Nd
(143Nd/144Nd )CHUR = 0.512638 (147Sm/144Nd) CHUR = 0.1967 CHUR = Chondrite Uniform Reservior, 球粒陨石均一库
eNd=
143Nd/ 144Nd
- (143Nd/144Nd) CHUR 4 ×１０ 143 144 ( Nd/ Nd) CHUR
144Nd
是稳定同位素
100
S a m p le /C h o n d r ite
C h o n d r ite N -M O R B E -M O R B O IB C o n tin e n ta l C r u s t U p p e r C ru s t L o w e r C ru s t
放射性衰变
放射性衰变定律
dN N dt
放射性母体原子数量
dN = lN 或dt
1
½
¼
时间
不稳定核素及其半衰期
地球化学常用 的衰变体系
地球化学常用衰变体系的一些ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ数
同位素比值的测量
样品离子化 和引入系统
检测系统
磁场
1.2 Rb-Sr体系
Rb是强不相容元素，Sr是中等不相容元素，在上地幔分异 过程中，他们都倾向于进入熔体； Rb的行为类似K，倾向于赋存在白云母，钾长石中； Sr的行为类似Ca，易进入斜长石，磷灰石中（不包括单斜 辉石） • 随着岩浆演化，超基性 基性 中性 酸性， Rb/Sr （87Rb/86Sr）比值升高
•
87Rb 85Rb 84Sr
87Sr + b粒子 : 87Rb = 72 : 28
(l = 1.42 x 10-11 a-1)
: 86Sr : 87Sr : 88Sr （平均） = 0.56 : 9.87 : 7.04 : 82.53
86Sr
是稳定同位素
基本的数学关系与参数
87Rb
87Sr 86Sr
o
b
87Rb
86Sr
c
to
Rb-Sr等时线示意图
Qtz
Ms Ms Ms Ms 1mm a Qtz Kfs c
Qtz Kfs
Kfs
Ms
Qtz
0.5mm
赣南会昌高排岩体 G99-18-2
b
d
GD06-3 粤北翁源帽峰岩体
Ms
Pl
Qtz
Kfs
Ms Bt
Ms
Ms 1mm
粤北始兴司前岩体 GD 08
10
不同 壳幔 端元 REE 组成
1
La C e Pr N d Sm Eu G d Tb D y H o Er Tm Yb Lu
基本的数学关系与参数
147Sm 143Nd
= 143Nd + a = 143Ndi + 147Sm(elt – 1) = (143Nd/144Nd )i + (147Sm / 144Nd) (elt – 1)
Rb-Sr等时线的形成
87Sr 86Sr
( )
87Sr 86Sr
o
a
b
87Rb
86Sr
c
to
Rb-Sr等时线的形成
87Sr 86Sr
c1 a1 a b1
t1
( )
87Sr 86Sr
o
b
87Rb
86Sr
c
to
Rb-Sr等时线的形成
t2
87Sr 86Sr
c2 b2 a2 a1 a b1 c1
t1
( )
Rb-Sr等时线的改造 / 变质作用中的再平衡
Sr同位素比值的演化(1)
随着岩浆演化，超基性 基性 中性 酸性，87Rb/86Sr比值升高
Sr同位素比值的演化(2)
35亿年以来海相碳酸盐Sr同位素组成及其对海水Sr同位素 组成演化手指示。理解图意，对比地幔Nd同位素演化!
Sr同位素比值的演化(2) －显生宙海水
放射性同位素地 球化学1
提纲
放射性同位素地球化学(上)
放射性同位素演化的基本原理和同位素示踪的主要方法 1.1 基本原理 1.2 Rb-Sr体系 1.3 Sm-Nd体系 1.4 U-Th-Pb体系 1.5 Lu-Hf体系 1.6 Re-Os体系
1.1 基本原理
衰变定律
D = D0 + N (elt - 1)
87Sr
= 87Sr + b-
= 87Sri + 87Rb(elt – 1)
87Sr/86Sr
= (87Sr/86Sr)i + (87Rb/86Sr)(elt – 1)
(87Sr/86Sr)BABI = 0.69899 ± 5 BABI = Basaltic Achondrite Best Initial 玄武质无球粒陨石最佳初始值
144Sm
: 147Sm : 148Sm : 149Sm : 150Sm : 152Sm : 154Sm = 3.09 : 14.97 : 11.24 : 13.83 : 7.44 : 26.72 : 22.71
142Nd
: 143Nd : 144Nd : 145Nd : 146Nd : 148Nd : 150Nd = 27.11 : 12.17 : 23.85 : 8.30 : 17.22 : 5.73 : 5.62