在温泉水中只要含了一点点放射性元素就能成为放射性温泉,所以,原则上不论任何泉质的温泉都可以变成放射性泉水。在温泉水涌出地面的过程中,如果温泉水经过了含有铀和钍的岩层的话,随时都可能溶入衰变过程中的镭和氡。但是,日本的放射线温泉中的大部分都集中在水温30度(℃)以下、pH呈中性~弱碱性状态。高温泉和酸性范围的温泉同时是放射性温泉的非常罕见。放射性温泉的主体一般来说几乎都是深层的地下水。
在西日本的花岗岩分布较多的地区、岐阜县东南部及中国地区就有很多的放射性温泉(几乎都是单纯氡泉)涌出。这个地区的深层地下水中的放射性元素丰富的原因是,花岗岩中的铀和钍的含量特别高。花岗岩的岩石断层裂缝很多等等,由于风化严重岩石脆裂加剧,通过这些岩石的地下水接触岩石的面积会大大增加,这样放射性元素的溶解率就会更高。这样地下水就变成了放射性温泉。大部分的放射性温泉,其镭含量与氡的含量相比,镭的含量很少(可见放射性是不平衡的),可以认为镭在地下深处是被粘土矿物和沈殿物所吸附而聚集一处的。通过镭的衰变产生了氡,氡随着地下水的流动而涌出地面。正如刚才所说的那样,氡的半衰期为3.825天寿命很短,所以如果地下水长距离、慢慢地在地下岩石中流动,10天后氡就会消失干净。
在低温的地下水中氡也不多的理由是,在自然地温状态下,地温或者很高、或者吸收了岩石成分,如同(真正的)普通温泉那样,地下水不停地在深深的地下循环,至涌出地面时,氡可能已经完全消失而成为了普通温泉。东日本花岗岩分布很多,但放射性温泉却很少,其原因是因为西日本的花岗岩是由沉积岩起源的。与此相对,东日本的花岗岩因为是由火山岩浆构成的,所以铀和钍的含量就比沉积岩构成的花岗岩要高得多。
形成放射性温泉这种泉质还有另一种可能但为数很少,有马和増富等盐浓度极高的温泉就是这种类型。在这种温泉中除了氡之外还大量含有镭和钍,这就形成了浓度很高的放射性温泉。镭的起源被认为可能是地下深处的地质运动(需要进一步考证)。镭在温泉水中大量存在的理由,譬如有马型温泉碳酸钙(CaCO3)高度饱和,这种情况非常普遍。钙元素和镭元素同族,它与碳酸气体结合形成的碳酸盐很容易被固定在岩石和沉淀物上,岩石和温泉水如果饱和,那么多余部分的钙和镭元素就只好存在于温泉水中了。
如果被加热,氡会很快从水中逃逸,所以前述单纯的氡泉浴室的门通常是必须紧闭的。因此一般在氡泉入浴时发生的“晕汤”往往不是由于浴室的温度过高,入浴疲劳才是真正的原因。但象有马这种放射性温泉,完全没有必要紧闭门窗,因为温泉水中溶入了高浓度的镭,因而氡气会源源不断地从温泉水中释放出来。
人工放射能泉
以酸性温泉而出名的玉川温泉也含有放射性元素,在温泉涌出口的周围堆积着含镭的沈殿物。这是钡、铅及硫酸盐所形成的矿物质(重晶石)。这个矿物质被称为北投石,现在它已成了秋田县的天然纪念物。在我的孩提时代(60年代)北投石在道路旁边随手就可以拾到,后来由于居心不良的偷盗者频频作案,现在道路旁基本上再也看不到它的影子了。因为这种由火山构成的放射性温泉非常稀少,这大大提高了玉川温泉的神秘性。然而这里的温泉水经过检测,其放射线的当量却相当微弱,如果想单纯依靠放射线来达到医疗目的似乎并不现实。
在最近的新闻中,提到了大量库存放射性矿物--独居石的问题。有库存者解释说这是“为了温泉的使用而进口的”。独居石的基本化学构成为Ce [ PO 4 ]的磷酸盐矿物,其中Ce(铈)的部分最大可以置换12%的钍。将这种矿石大量地放入容器内,产生的氡溶入到热水中,这种人造的氡温泉就大功告成了。显然这并不是《温泉法》(日本温泉法)定义的“温泉”,因为 “从地下涌出”,这是《温泉法》规定的第一条件。这些商家库存的独居石之所以畅销,我想他正是借助了氡温泉的知名度。
关于人工镭泉和人工氡泉,这方面有很多东西是企业的秘密,完全明白的人恐怕不多。我想他们也许就是将提炼后的镭矿石作为原料在使用的吧。含铀的天然矿物种类非常多,但它们中镭的含量却非常稀少,所以单纯地将制造氡温泉的原材料(含铀矿石)放入热水中,往往是不能获得足够浓度的。居里夫妇大约在100年前,首次成功地分离镭的时候,的确是将沥青混合的泥状铀矿石作为原料使用的,但在成功分离之前,他们所经历的万般辛苦却不是尽人皆知的。(如有必要,请读一读居里夫人的传记吧 现在所使用的镭材料,是以核燃料铀矿石在精制过程中所产生的不纯物质的副产品为主的,这种东西在50年代日本曾大量进口。如今,放射性物质的进口和保管都受到了严格的限制。所以我认为现在的人工镭泉、氡泉中使用的东西大部分是在那个时候流入日本的。
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