Ядерная геофизика

Ядерная геофизика объединяет методы исследования горных пород и руд по их естественной радиоактивности (радиометрия или радиометричес­кая разведка) и изучения вызванной, т.е. предварительного облучения, радиоактивности с целью определения состава или различных физических свойств пород и руд (ядерно-физические методы).

Прямые задачи ядерной геофизики связаны с изучением пространст­венно-энергетического и пространственно-временного распределения излучения в веществе при известных: сечениях элементарных процессов взаимодействия излучения с веществом; свойствах вещества; заданных геометрических условиях. Теоретическое решение прямых задач основано на использовании математических моделей переноса излучения в заданных средах. Наряду с теоретическим моделированием необходимым является экспериментальное моделирование, которое является критерием оценки точности теоретических исследований, а в ряде случаев – единственно возможным решением прямых задач в ядерной геофизике.

Обратные задачи ядерной геофизики представляют собой определение элементного состава или других свойств среды (плотность, пористость, влажность и др.) по данным измерения интегральных или спектральных характеристик полей ядерного излучения.

Как правило, регистрируемая плотность потока ядерного излучения зависит от целого ряда параметров среды – ядерное излучение, в процессе его переноса в веществе, может испытывать десятки элементарных процессов взаимодействия. Именно этим объясняется широкое разнообразие методов ядерной геофизики, классификация которых базируется на учете особеннос­тей физических процессов и типа регистрируемого излучения.

Естественная радиоактивность горных пород Общие сведения о радиоактивности

Естественная радиоактивность, т.е. самопроизвольный распад неустой­чивых атомных ядер, спонтанно превращающихся в ядра других элементов, сопровождается испусканием альфа-, бета-частиц, гамма-квантов и другими процессами. Известно бо­лее 230 радиоактивных изотопов различных элемен­тов, называемых радиоактивными нуклидами или радионуклидами. Радио­активность тяжелых элементов с порядковым номером в таблице Менделе­ева, большим 82, сводится к последовательным превраще­ниям одних элементов в другие и заканчивается образованием устойчивых нерадиоак­тивных изотопов. Основными радиоактивными рядами, или семействами, тяжелых эле­ментов являются ряды урана-238, урана-235, тория-232. Конечным продуктом превращений урана является нерадиоактивный так называемый радиогенный свинец.

Кроме радиоактивных семейств имеются одиночные радионуклиды, в которых радиоактивный распад ограничивается одним актом превращений. Среди них наиболее распространен калий-40. В целом в земной коре повы­шены концен­трации следующих трех радиоактивных элементов: урана-238 (2,5*10-4 %), тория (1,3*10-3 %) и калия-40 (2,5%). Поэтому в радиометрии изучают только эти элементы. Они находят­ся в горных породах в рассеянном состоянии в виде изоморфных примесей и самостоя­тельных минералов.

Радиоактивный распад, как процесс превращения одних изотопов в другие, обуслов­лен внутренним, независи­мым от внешних условий состоя­нием атомных ядер.

Ха­рактеризуют радиоактив­ный распад периодом полу­распада (Т_1/2), который у различных элементов изменя­ется в очень ши­роких пределах — от 10^-6 сек до 10¹⁰ лет. Для каждого элемента Т_1/2 является опре­делен­ной и постоянной величиной и может служить его диагностическим признаком.