13 Дәріс. Радиометрия ядролық геофизика Ядролық геофизиканың физикалық-химиялық және геологиялық негіздері.

Ядролық геофизика радиоактивті рудалардың кенорындарын табиғи радиоактивтілігіне (радиометрия) сүйене отырып іздеу мен барлаудың және жасанды радиоактивтілік арқылы таужыныстарға элементтік талдаудың (ядролық-геофизикалық әдістер) физикалық әдістерін біріктіреді.

Радиометрияның негізгі әдістеріне гамма-түсірулер (гамма-сәулелердің интенсивтілігін зерттейді, ГТ), эманациялық түсірулер (бұнда топырақтағы ауаның табиғи альфа-сәулелері арқылы ондағы радонның концентрациясын анықтайды, ЭТ) жатады. Гамма-түсірулер тек радиоактивті рудалар емес, олармен парагенетикалық немесе кеңістіктік байланыстағы радиоактивті емес (металдар, сирек металдар, фосфаттар т.б.) пайдалы қазбаларды да іздеу мен барлауға арналған. Олардың көмегімен таужыныстардың абсолютті жасын анықтауға болады. Гамма- және эманациялық түсірулерді литологиялық және тектоникалық карталауда және т.б. қолдануға болады.

Ядролық геофизиканы әуелік, далалық, жер асты, зертханалық деп бөледі, бірақ кең түрде қолданылатыны ұңғылық ядролық әдістер.

Радиоактивтілік туралы жалпы мәліметтер. Табиғи радиоактивтілік.

Тұрақсыз атом ядроларының басқа элементтер ядроларына өз бетімен альфа-, бета-бөлшектер, гамма-кванттар шығара отырып айналуы табиғи радиоактивтілік деп аталады. Түрлі элементтердің 230-дан аса радиоактивті нуклидтер (радионуклидтер) деп аталатын изотоптары белгілі. Менделеев кестесіндегі 82-ден жоғары реттік нөмірлі ауыр металдар радиоактивтілігі бір элементтің басқасына айнала отырып, радиоактивті емес тұрақты изотоптар пайда болуымен аяқталады. Негізгі радиоактивті қатарларға уран-238, уран-235, торий-232 қатарлары жатады.

Радиоактивті ыдырау бір изотоптардың басқаларға айналу процесі ретінде атом ядроларының тек ішкі күйіне байланысты. Бұл процесс кездейсоқ, демек ядродан бөлшектердің тартылысты жеңіп бөлінуі ықтималдық сипатта болады. Радиоактивті ыдырауды келесі параметрлер сипаттайды:

1. Жартылай ыдырау периоды элементтерде кең аралықта 10^-6 – 10¹⁰ өзгереді. Әр элемент үшін ол анықталған, тұрақты шама және оның диагностикалық белгісі бола алады. Ядролық физикада келесі формула белгілі:

(21.1)

Ол радиоактивті элементтің пайда болу кезіндегі бастапқы атомдар саны N₀ мен уақыт өткеннен кейінгі атомдар саны арасындағы N байланысты көрсетеді.

2. Табиғи сәулелену құрамы альфа-, бета-, гамма-, нейтрон сәулелерден тұрады.

Альфа-сәулелену – оң зарядталған бөлшектер (гелий атомдарының ядролары) ағыны. Оның энергиясы ауада 10 см-ге жуық, таужыныстарда миллиметр бөлігіндей қашықтықта қоршаған ортаны иондау мен жылытуға кетеді. Сондықтан өту қабілеті өте аз.

Бета- сәулелену – энегиясы қоршаған ортаны иондау мен атомдарын қоздыруға жұмсайтын электрондар мен позитрондар ағыны. Олар альфа-сәулеленуге қарағанда 100 есе ұзын қашықтықта тарайды (интенсивтілігі азаяды) және жұтылады (энергиясын жоғалтады).

Гамма-кванттар – жоғары жиіліктегі (f > 10¹⁸ Гц) электрлік-магниттік сәулелену. Олар да тарайды, жұтылады, бірақ электрлік бейтараптығына байланысты жоғары (ауада жүздеген метр, таужыныстарда метрге дейін) өту қасиеті бар.

3. Гамма-сәулеленудің саны, концентрациясы, дозасы және доза қуаты. гамма-излучения. Уран, торий, калийдің (U, Th, K-40) таужыныстардағы саны, концентрациясы пайыздық мөлшерімен анықталады. Радиоактивтіліктің СИ жүйесіндегі абсолютті бірлігі – беккерель (1 Бк = 1ыдырау/с). Меншікті радиоактивтілік ретінде беккерельдің масса немесе қөлем бірлігіндегі шамасы қабылданған. Сәулеленудің экспозициялық дозасы ретінде СИ жүйесінде кулон/килограмм (Кл/кг) болса, жүйеден тыс бірлігі – рентген (1Р = 2,58*10^-4 Кл/кг). Доза қуаты немесе уақыт бірлігіндегі сәулелену радиометрияда ампер/килограмм (А/кг) және микрорентген/сағат (мкР/ч).

4. Сәулелену энергиясы. Сәулеленудің маңызды сипаттамасы оның энегиясы. Ол бөлшектердің бастапқы кинетикалық энергиясын көрсетеді және электрон-вольтпен (эВ) өлшенеді.