Базовые параметры радиационных свойств горных пород и методы их определения

Радиоактивность горных пород предопределяется содержанием радиоактивных элементов (урана, актиноурана, тория и радиоактивного калия). Содержание в породах других радиоактивных элементов (технеция, полония, прометия, кальция, рубидия, циркония, олова, теллура, висмута, вольфрама, рения) практически не влияет на их общую радиоактивность, так как скорость их радиоактивного распада очень мала. Содержание высокорадиоактивных элементов в земной коре незначительно. Так, среднее содержание урана (до глубины 16 км.) составляет 3×10^-4%, а тория – 8×10^-4%.

Радиоактивность горных пород характеризуется наличием в них радиоактивных минералов, большинство из которых могут адсорбировать радиоактивные изотопы и элементы из окружающей среды. Так, например, глина и глинистые сланцы в результате адсорбции радиоактивных элементов приобретают значительную радиоактивность.

При радиоактивном распаде, связанном с перестройкой ядер элементов, происходит излучение α- и β- частиц, а также γ- лучей. Гамма-лучи представляют собой электромагнитные волны с длиной до 10^-10м и энергией от 8·10^-15 до 4,8·10^-15 Дж. Они обладают наибольшей проникающей способностью.

В настоящее время известно около 250 радиоактивных минералов, содержащих уран и торий. В зависимости от преимущественного содержания радиоактивного урана или тория, радиоактивные минералы делят на урановые и ториевые.

Наиболее часто встречаются минералы главных типов магматических, метаморфических и осадочных пород по степени их радиоактивности делятся на три группы:

– слаборадиоактивные – главные породообразующие минералы (кварц, плагиоклаз, нефелин, калиевые полевые шпаты);

– повышенно-радиоактивные – главные акцессорные и рудные минералы (апатит, флюорит, магнетит, ильменит и др.);

– высокорадиоактивные – акцессорные минералы (сфен, ортит, монацит, циркон, лопарит и др.).

Радиоактивность осадочных пород, обусловленная наличием в них радиоактивных минералов, близка радиоактивности магматическим образованиям. Содержание радиоактивных элементов в осадочных породах зависит от их происхождения. Так в коренных (массивных) породах, содержание урана и тория значительно меньше, чем в почвах.

Радиоактивность горных пород характеризуется количеством распадающихся за одну секунду атомов вещества. Этот параметр называется удельной радиоактивностью. Удельную радиоактивность впервые измерили искровым счётчиком Э. Резерфорд и Х. Гейгер. Так, например, удельная радиоактивность радия составляет 3,7×10¹³с^-1кг^-1.

Проходя через породы, радиоактивные излучения частично поглощаются, за счет превращения энергии излучения в другие виды энергии. Способность пород поглощать радиоактивные излучения оценивается коэффициентом поглощения, который характеризует степень превращения энергии излучения в другие виды энергии.

Между коэффициентом поглощения Θ и длиной волны λγ, существует следующая зависимость:

Θ=λ3γ (12.1)

Проходя через вещество, гамма-лучи сталкиваются с его частицами, вследствие чего их направление изменяется. Хаотическое изменение направления гамма-лучей характеризуется рассеиванием.

Для горных пород характерно давление рассеивания лучей, при этом поглощение энергии немного превышает 10% общих потерь энергии.

На практике применяют различные методы изучения радиоактивности пород. Так, радометрические методы позволяют обнаруживать очень незначительные количества радиоактивных веществ.

Абсолютные измерения активности альфа и бета излучений проводятся методом 4π-счета, согласно которому регистрируются частицы, испускаемые источником в любом направлении.

Для источников, обладающих значительной активностью, используют калориметрический метод измерения радиоактивности, который основан на измерении теплового эффекта. Радиоактивность можно измерить также масс-спектрометрическим методом или методом эмиссионного спектрального анализа.

На практике широко используются относительные методы измерения радиоактивности, в основу которых положено сравнение радиоактивности анализируемых источников и образцов.

Радиоактивность горных пород можно определить по интенсивности их излучения. Для этого применяют радиометры, сцинтиляционные анализаторы, полупроводниковые детекторы и т. п. Излучения бета- частиц регистрируют ионизационными калярами и газоразрядными счетчиками. Для измерения радиоактивности бета-излучений с низкими энергиями применяют метод жидкостного сцинтиляционного счёта. При измерении интенсивности гамма-излучений часто применяют сцинтилируемые пластмассы в комплекте с фотоэлектронным умножителем.

Наиболее распространённым для измерения гамма-излучений является прибор СРП-2.

В качестве датчиков гамма-излучений используют газоразрядные счётчики, часто индикаторами нейтронов служат боровые пропорциональные счётчики.

Радиоактивность горной породы определяют как относительный параметр – Г_акт (радиоактивность, приведенная к относительному содержанию урана):

Г_акт=(П_п×Т_э×А)/(П_э×Т_п), (12.2)

где П_п и П_э – количество частиц, вылетающих за 1 мин. соответственно из образца породы и эталона, содержащего уран;

Т_э и Т_п – массы эталона и образца;

А – массовое содержание урана в эталоне.

Величина Г_акт называется грамм-эквивалентом урана на 1г.

Поиск по сайту: