裂变径迹保留年龄

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裂变径迹保留年龄( fission-track retention age ),天然绝缘固态物质(各种矿物,玻璃质)保留自发裂变径迹的时间。自然界大多数物质都含有少量的铀。铀同位素238U能够自发裂变,分裂成两个中等质量的原子核,并释放出大量的能量(约200兆电子状)。这两个中等质量的高能原子核射入周围物质,可以穿过10~20微米的距离,产生一条狭窄的连续辐射损伤区,称潜伏裂变径迹。

随着温度的升高,物质中的电子运动速度加快,电子逐渐补充到矿物和玻璃质的辐射损伤区域内,使潜伏裂变径迹慢慢缩短、变小、直至全部消失。这种现象叫退火作用。径迹的退火时间

径迹的退火时间.gif

A为常数,与物质性质和退火程度有关;E为径迹退火的活化能;K为波尔兹曼常数;T为退火温度。为了便于应用,上式可改写为:

阿亨尼斯图的数字表达式.gif

这个关系式称为阿亨尼斯图的数字表达式。由阿亨尼斯图可以将实验资料外推到地质时期,求出矿物对潜伏裂变径迹的封闭温度。封闭温度是矿物开始保留潜伏裂变径迹不致退火的温度。矿物的裂变径迹保留年龄是它冷却到封闭温度以后保留裂变径迹的时间。

矿物中的潜伏裂变径迹可以被特定的化学试剂优先溶解,因此用化学蚀刻方法可以将它扩大到用普通光学显微镜能够进行观测的尺度。238U从固定的速度发生裂变,它的自发裂变常数λf=7×10-17-1。根据观测的自发裂变径迹数(子体量),铀含量(母体量)和λf可计算出矿物中由238U自发裂变径迹保存至今的时间,即裂变径迹保留年龄。

应用同一样品中不同矿物的裂变径迹保留年龄和裂变径迹保留温度,可以推算岩体(或陨石母体)的冷却速度。