臺灣博碩士論文加值系統

摘要
北投石是大部份沈積在安山岩上面，具有放射性的溫泉生成礦物。目前，全世界只有在台灣的北投溫泉，以及日本的澀黑溫泉發現其蹤跡。北投石的主要成份是硫酸鋇和硫酸鉛的固溶體。一般文獻指出，台灣北投石所含鋇與鉛重量比約在0.6-1.8，1.5-2.5之間；而日本北投石所含鋇與鉛重量比約在3.7-3.8之間。
本實驗以粒子誘發X射線( PIXE)量測台灣北投石，得到鋇與鉛重量比約在0.7-1.45之間。另外，我們以PIXE量測天然安山岩，和放置在北投溪水中一個半月的安山岩(簡稱人為北投石)，得到他們成份中鋇與鉛的重量比平均值分別為：0.23與0.32。推測放置在北投溪水中一個半月之天然安山岩，表面已開始被北投溪水之沈積物-北投石，所附著。
另外，我們分別在北投溪源頭(地熱谷)及中下游取水，進行放射性核種224Ra之γ射線量測，得知地熱谷源頭224Ra的活度約3.5 Bq/L，中下游224Ra的活度約1.1 Bq/L。推測中下游的北投溪已被民生用水或雨水等稀釋(約1/3)。

Abstract
Hokutolite, a sediment on Andesite, is a radiative mineral. At present it is only found at Peitou Hot Spring in Taiwan and Tamagawa Hot Spring in Japan. The main composition of Hokutolite is a solid solution of barium sulfate and lead sulfate. Previous studies have shown that the weight ratio of Ba to Pb in Hokutolite from Taiwan is either 0.6-1.8 or 1.5-2.5. On the contrary, the weight ratio of Ba to Pb in Hokutolite from Japan is about 3.7-3.8.
Using Particle Induced X-ray Emission, we obtained that the weight ratio of Ba and Pb in Hokutolite from Taiwan is about 0.7-1.45. However, Andesite and “Artificial Hokutolite” (Andesite sunk in Peito Hot Spring for one and a half months) are also be analyzed. The Ba/Pb weight ratio of Andesite and “Artificial Hokutolite” are 0.23 and 0.32, respectively. Thus, we hypothesize that Hokutolite has started to deposit on the “Artificial Hokutolite” in the month and half of our experiment.
In addition, we analyzed theγ-ray of radionuclide 224Ra in the water issuing from the source and downstream. The radioactivities at these two locations are 3.5Bq/L and1.1Bq/L, respectively. From this we estimate that the Hot Spring is diluted to about 1/3 by domestic sewage and rainfall.

目 錄
摘要……………………………………………………………………I
謝誌…………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………IV
圖目錄…………………………………………………………………VI
表目錄…………………………………………………………VIII

第一章 緒論……………………………………………………1
第二章 粒子誘發X射線基本原理………………………………9
2.1 PIXE原理…………………………………………………9
2.2 PIXE產生機制……………………………………………9
2.3 PIXE命名…………………………………………………9
2.4 PIXE特點…………………………………………………11
2.5 PIXE應用…………………………………………………11
第三章 PIXE實驗設備與方法……………………………………15
3.1 加速器…………………………………………………15
3.2 其他設備………………………………………………16
3.3 實驗方法………………………………………………18
第四章 結果與討論………………………………………………23
4.1數據分析法………………………………………………23
4.2 空氣對能譜造成的貢獻…………………………………25
4.3 樣品能譜之初步分析結果………………………………25
4.4 樣品能譜之細部分析結果………………………………26
第五章 結論………………………………………………………45
5.1 使用PIXE研究北投石的特點……… …………………45
5.2 推測沈積速率的模型………… …………………………45
5.3 未來的研究………………………………………………47
附錄A 核種衰變介紹與實驗量測之數據…………………………49
A.1 定義………………………………………………………49
A.2 公式推導…………………………………………………49
A.3 觀念介紹…………………………………………………50
A.4 實驗方法…………………………………………………51
A.5 實驗步驟…………………………………………………52
A.6 實驗結果與討論…………………………………………52
附錄B GUPIX介紹…………………………………………………60
參考文獻……………………………………………………………63















圖目錄
圖1-1 北投石郵票……………………………………………………………………4
圖1-2 北台灣地圖……………………………………………………………………4
圖1-3 台北地圖………………………………………………………………………5
圖1-4 台北北投溫泉地圖……………………………………………………………5
圖1-5 地熱谷與北投溪平面圖………………………………………………………6
圖1-6 天然北投石…………………………………………………………………..7
圖1-7 天然安山岩…………………………………………………………………..7
圖1-8 人為北投石…………………………………………………………………..8
圖2-1 內層電子游離產生X射線或歐傑電子示意圖……………………………13
圖2-2 X射線命名關係圖………………………………………………………….14
圖3-1 中央研究院加速器平面示意圖……………………………………………19
圖3-2 SNICS 離子源……………………………………………………………...19
圖3-3 分析磁鐵……………………………………………………………………20
圖3-4 External Beam照片…………………………………………………………20
圖3-5 PIXE測量極限圖………………………………………………………..…21
圖3-6 電子儀器裝置方塊圖………………………………..…………………..…21
圖4-1 束射線轟擊空氣所造成的能譜圖……………………..……………………29
圖4-2 束射線轟擊天然北投石所造成的能譜圖……………..……………………30
圖4-3 束射線轟擊天然安山岩所造成的能譜圖……………..……………………31
圖4-4 束射線轟擊人為北投石所造成的能譜圖……………..……………………32
圖4-5 束射線轟擊2號標準品所造成的能譜圖……………..……………………33
圖4-6 Ba/Pb能峰面積比與理論上Ba/Pb 重量比作圖……..……………………34
圖4-7 天然北投石，人為北投石，天然安山岩之Ba/Pb重量比分布圖…………35
圖4-8 天然北投石，人為北投石，天然安山岩之Ba/Pb重量比分布柱狀圖……35
圖4-9 束射線轟擊天然北投石所造成的能譜圖……………..……………………36
圖4-10 束射線轟擊天然安山岩所造成的能譜圖…………..……………………..37
圖4-11 束射線轟擊人為北投石所造成的能譜圖…………..……………………..38
圖4-12 束射線轟擊2號標準品所造成的能譜圖…………..……………………..39
圖4-13 鋇與鍶的能峰面積作圖……….. …………. …………. ………………….41
圖4-14 鉛與鍶的能峰面積作圖……….. …………. …………. ………………….41
圖4-15 以鉛與鍶的能峰面積作圖(放大圖) ………. …………. …………………42
圖4-16 以鋇加鉛與鍶的能峰面積作圖………. …………. ………. .……………42
圖4-17 Ba/Pb能峰面積比與理論上Ba/Pb 重量比作圖. ………. .…………….43
圖4-18 天然北投石，人為北投石，天然安山岩之 Ba/Pb 重量比分布圖……..44
圖4-19 天然北投石，人為北投石，天然安山岩之Ba/Pb重量比分布柱狀圖….44
圖5-1 使用Trim軟體，模擬3MeV質子打在安山岩的穿透深度…. .…………48
圖5-2 人為北投石側面示意圖………………. .…………….……. .…………….48
圖A-1 核種衰變隨時間作圖………………. .…………….……. .……………....54
圖A-2 過渡平衡時，活度與時間作圖……. .…………….……. .……………....54
圖A-3 永續平衡時，子核種隨時間作圖…. .…………….……. .……………....55
圖A-4 釷系元素自然放射衰變表…. .…………….……. .……………………....55
圖A-5 活度Q與時間T關係圖…. .…………….……. .…………………….......56
圖A-6 地熱谷源頭取水，得224 Ra與228 Ra活度作圖. .…………………….......56
圖A-7 沿北投溪取水，得224 Ra與228 Ra活度. .…………………….................57
圖A-8 竹子湖氣象觀測站所得逐日雨量作圖. .……………………....................57





表目錄
表3-1 BaSO4 與PbSO4 混合之標準品成份表……………..….………………..22
表3-2 天然北投石樣品取點數目表…………………………..…………………..22
表4-1 使用GUPIX分析空氣的成份結果…………………..……………………29
表4-2 使用GUPIX分析天然北投石的成份結果…………..……………………30
表4-3 使用GUPIX分析天然安山岩的成份結果…………..……………………31
表4-4 使用GUPIX分析人為北投石的成份結果…………..……………………32
表4-5 使用GUPIX分析2號標準品的成份結果…………..……………………33
表4-6 使用GUPIX分析北然北投的成份結果…………..………………………36
表4-7 使用GUPIX分析天然安山岩的成份結果………..………………………37
表4-8 使用GUPIX分析人為北投石的成份結果………..………………………38
表4-9 使用GUPIX分析2號標準品的成份結果………..………………………39
表4-10 標準品中硫酸鋇成份一覽表……….. …..………………………………...40
表4-11 標準品中硫酸鉛成份一覽表……….. …..………………………………...40
表5-1 安山岩主要成份……….. …..……………………..……………..………...48
表A-1 地熱谷取水，得224 Ra與228 Ra活度表…………..………….…………...58
表A-2 沿北投溪取水，得224 Ra與228 Ra活度表…………….…………………….59

參考文獻
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