2 Радиометрия мен ядролық геофизиканың міндеттері

Радиометриялық және ядролық геофизика әдістері геофизикалық әдістер кешенінде негізгі басты әдістердің бірі болып саналады. Бұл әдістер жоғарғы концентрациялы радиоактивті элементтерді тауып алынған үлгіде және алынған руда мен атаcу орнында сандық бағалау жұмыстарын жүргізеді. Әр түрлі әдістерді тиімді пайдалану үщін және алынған нәтижелеріне дұрыс геологиялық талдау жасау үщін әдістердің теориялық негіздерін, жұмыстың методикасы және нәтижелерін интерпретациялауды білу қажет.

Әдіспен шешілетін негізгі міндеттер:

1 Жер бетіне шығатын уран кен орындарын айқындау.Ол үшін тау жыныстарының радиоактивтілігі жоғары жерлерді іздеп табу;

2 Жер бетіне шығатын жері жоқ, тереңде жер үстінен (10-100м) орналасқан сирек және шашыраңқы элементтерді, радиоактивті кен байлықтарын іздестіру;

3 Радиоактивті кен байлықтарын іздеу мен барлау;

4 Радиоактивті элементтердің концентрациясын және радиоактивті элементтердің шығу тегін анықтау;

5 Жер бетіне жақын орналасқан мұнай мен газ кен орындарын іздеу мен барлау кезінде радиометриялық зерттеулерді қолдану.

Қажетті курсты меңгерген инженер геофизиктер, нақты геологиялық жақтарын ескере отырып, жоғарғы жазылған міндеттерді орындай білулері қажет.

1 Аппаратура мен тіркеулерді сауатты пайдалану;

2 Аномалияны жете тексеру (детелизациялау);

3 Радиометриялық сынақтар өткізу;

4 Геохимиялық үлгілерді жинап жеке кешенді зерттеу;

5 Далалық өңдеу жұмыстарын орындау, есептеу, графиктер тұрғызу;

6 Далалық бақылау нәтижелеріне алғашқы геологиялық интерпретация жасау.

Бұдан да басқа геофизик, дала жұмыстарын ұйымдастырушы, операторлардың жұмысын үнемі қадағалап, жұмысшылар мен операторларға көмектесу, қажет болса нұсқау да беріп және аппаратураларға жеңіл-желпі ремонт жұмыстарында жасай білу қажет.

Француз ғалымы А.Беккерелдің 1896 жылы радиоактивті құбылысты ашып, XIX ғасырдың аяғында ғылымға қосқан өте үлкен елеулі еңбегі еді. Ал XX ғасырдың ғалымдары микродүниенің құрылымын физиканың көмегімен түсіндіріп кванттық механиканы ғылымға енгізді. Радиоактивті заттарды зерттеу кезінде, алғашқы жылдары, уранның табиғи қосылғандары (мысалы уран рудалары) үлкен радиооптилігінен белгілі болған, тең мөлшерлі таза уранмен салыстырғанда. 1898 П.Кюри мен М.Кюри екі жаңа элементті бөліп алып полоний және радий деп атайды. Бұл элементтер үлкен атомдық салмақпен ерекшеленді. Өйткені олар уранмен не торимен байланысты еді. Сондықтан олар Менделеев таблицасында 84-орыннан ары қарай орналасады.

Ядролық күштердің табиғатын 1935 жылы Жапон елінің физик ғалымы Х.Юкавой айтқан еді. Ол ядроның, яғни, протон мен нейтрондардың, электрондардан 200-300 есе көп, үлкен массалы бөлшектермен ауыстыру моделін ұсынған. Осындай бөлшектер кейінірек ашылып мезон деп аталған. Англияның физигі 1947 жылы электроннан 273 есе көп бөлшектерді ашып П-мезон деп атаған. Атап айтқанда Х.Юкавойдың болжамы дәл осы П-мезоны еді. Ядролық ауыспалы күштің, яғни ядродағы нуклондар толассыз П-мезондармен ауысып тұрады.

Табиғи радиоактивтілік. Заттардың уран мен ториға ұқсас сәулеленуін М.Кюри радиоактивті заттар деп атаған және осы атау жалпыға бірдей қабылданды.

Радиоактивтілік –кейбір атом ядросының өздігінен физикалық, химиялық қасиеттері өзгеше басқа ядроға айналуын айтады. Радиоактивтілік ыдырау әркезде бірталай мөлшерде энергия бөлумен жалғасады және табиғи жағдайда қайталанбайтын процесс.

Иондану әсері. Радиоактивті сәулелер заттардан өткенде өзінің энергиясының бір бөлігін осы заттардың атомының иондануына шығындайды. Осының салдарынан қатты заттарда зарядтардың өзгеріп орналасуы, сұйықта химиялық реакцияның қарқындылығы артады; газдар, әдетте электр тогын өткізбейтін газдар өткізгіш болып саналады. Қазірде қолданылып жүрген газбен толтырылған және синтилляциялық немесе кристалдық санаушылардың (детекторлардың) негізінде иондану құбылысы орын алады.

Фотохимиялық ықпал. Фотография пластикасының бетіндегі жарық сезгіш, бромды күміске күн сәулесі қалай әсер етсе, радиоактивті сәуледе дәл солай әсер беретіндігін Беккерел кезінде зерттеп радиоактивтілік құбылысын ашты. Бұл құбылыс қазіргі кезде тау жыныстарындағы радиоактивті Уран кен орындарын іздеуге қолданылады.Люминесценциялықжарықтану. Бұл құбылысты да алғашқы зерттеуші А.Беккерел болған. Радиоактивті препараттардың маңайында орналасқан алмаздың, күкіртті цинктің, кейбір уран тұздарының және басқа заттардың жарықтануы, тағы да люминесценцияның көптеген органикалық заттардада қоздырылатынын анықтаған.

Өте жоғары өтімділік қасиеттері:Радиоактивтілік сәулелену кез-келген заттардың, бойынан кез-келген қалпында (қатты, сұйық, газға ұқсас) өтуі басқа сәулелерге қарағанда әлдеқайда күшті. Мысалы сәуледе катодтың ренгеннің сәулесінен т.б. Бұл радиоактивті сәулеленудің қасиеттері. Радиоактивті рудалар мен кендерді іздестіруге, тіпті тау жыныстары 10-15 см, радиоактивті сәулелерді сіңіретін жабындармен көмкерілсе оларды жердің үстінде, ауада да өлшеп табуға болады.

Көп мөлшерде энергия бөлуі. Радиоактивті элементтер заттардың бойынан өткенде, сәулелену энергиясының жұтылуы орын алады. Ең ақырында сәулеленудің барлық энергиясы жылу энергиясына айналады. Бұл көрсетілген құбылыстар жердің геологиялық өмірінде өте маңызды орын алады. Өйткені жердің жоғарғы қабатының жылу бөлу қабілеті өте жоғары (1г ураннан (U) 0,83 кал/жылына . жылу мөлшері бөлінеді).

Физиологиялық әсері. А.Беккерель кезінде, қалтасына салып жүрген Уран тұзы салынған пробирканың әсерінен денесін күйдіріп, содан радиоактивті сәулеленудің тірі тканға әсер ететіндігі (ашқан) белгілі болған. Қазіргі кезеңде радиоактивті элементтердің белгілі мөлшерде ғана медицина саласында қолданылатындығы белгілі.

Көптеген ғалымдардың радиоактивті сәулеленуді тынбай зерттеулерінің нәтижесінде оның құрамының өте күрделі екендігін анықтады. Алдымен Э.Резерфорд сәулеленулің құрамын екі түрге бөледі: олардың біріншісін Альфа сәулесі, бұл компонент заттармен оңай жұтылады және сәулесі белгілі мөлшерде заттарға өту, таралу қабілетімен белгілі. Кейіннен П.Виллард, өтімділік қабілеттілігін бөліп қарастырып сәулелену компонентін бөледі.

Бұл реакция массаның сақталу заңына кері әсерін тигізбейді. Протонның массасы нейтрон массасының мөлшеріне тең болады. Ыдыраудан кейінгі массаның сақталу заңы қатал есептеу жұмысымен жоғары дәлдікпен дәлелденген және зарядтардың сақталу заңы - протондар мен электрондар зарядтарының жиынтығы нөлге тең) дәл осындай нейтрондарда. Бір нейтронның протонға ауысу кезінде элементтің рет номері бір санға көбейеді, ал массаның саны өзгеріссіз қалады. Мысал ретінде мына ыдырауды көруге болады (1-формула) .

²³⁴₉₀ Th → ²³¹₉₁ Pa + e⁻ + E (1)

Жаңа элемент протактаний, торидан химиялық қасиетімен өзгеше және химиялық кестеде 91 орында орналасқан.

Электронды тартып алу. Ядро өзінің атомының бір электронын тартып алу сирек кездесетін құбылыс. Негізінде ядроға жақын орналасқан қабаттың электроны тартылады. Оны физикада К- әріпімен белгілейді, К- (захват) тартып алу деп атайды. Бұл реакцияның нәтижесінде ядро қоздырылып, γ – кванты түрінде энергия бөлініп шығады.

Ядроның спонтанды бөлінуі - өте сирек табиғи жағдайда кездесетін құбылыс. Егерде ядро ішкі жағдайларға байланысты өздігінен (спонтанды) екіге (бөлінді) айырылса, көптеген жағдайда бірдей емес, ал массалар шамасы бір-біріне жақындау. Спонтандық бөліну ²³⁵₉₂ U изотобында байқалады. Ядроның бөлінуі әр түрлі варианттарға байланысты. Бөлінгенде ядро өнімдері заряд массаларының жиынтық саны 92-ге тең. Ядро өнімдерінің жиынтық масса саны әруақытта 235, тек азырақ, өйткені спонтандық бөліну кезінде бірнеше бос нейтрондар пайда болады. Сонымен радиоактивті элементтер өзінің салыстырмалы ыдырау түрімен жылдамдығына байланысты әр түрлі болады. Мысалы, уран, радий - бөлшектерін таратушы болғандықтан - активті деп аталады.

Жартылай ыдырау периоды - уақыт, осы уақыт мезгіліндерадиоактивті изотоптың алғашқы атом санының жартысы өзгерсе – жартылай ыдырау периоды деп аталып, Т-мен белгіленеді.