книги из ГПНТБ / Филиппов, Е. М. Ядерные разведчики земных и космических объектов

Рис. 7.3. Устройство рентгено-радиометрических каротажных прнбороз прижимного типа с полозьями (я) и центрированного типа (б), по Ю. А. Гринштенну:

/ — к о р п у с п р и б о р а ; 2 — п о л о з ь я ; 3 — ф о т о у м н о ж и т е л ь ; 4 — с в и н ц о в ы П э к р а н ; 3 — л ю м и н о ф о р ; 6 — к о л л и м а ц и о н н о е о т в е р с т и е ; 7 — и с т о ч н и к и з л у ч е н и я ; Я — п р и ж и м ­

н а я п р у ж и н а ; 9 — ц е н т р и р у ю щ и е п р у ж и н ы .

двух источников излучения, как и в аппаратуре селективного гамма-гамма-каротажа (см. рис. 6.3), позволяет устранять влияние неровностей стенок скважины на показания приборов. Приборы центрированного типа обеспечивают получение ин­ формации со всего периметра скважины. Кроме рассмотренных типов приборов применяются и другие.

Для того чтобы первичное и регистрируемое характеристи­ ческое излучения незначительно ослаблялись, в корпусе прибо­

в приборах рентгено-радиометрического каротажа, можно одно­

нах содержание олова, сурьмы, молибдена, вольфрама и урана. Порог чувствительности на все перечисленные элементы оцени­ вается равным 0,1—0,3%.

Для изучения лунных пород в самоходной лаборатории «Луноход-1», высаженной на лунную поверхность 17 ноября 1970 г. для комплексных исследований, установлен специаль­ ный прибор РИФМА, основанный на рассматриваемом методе. Это, в частности, и отражено в его названии, которое расши­ фровывается следующим образом: рентгеновский изотопный флуоресцентный метод анализа. «Луноход» занимался поручен­ ной ему работой 10,5 месяца о регулярными перерывами, связанными с qba3aMH Луны. (В связи с тем, что «Луноход» по­ полнял запасы своей энергии с помощью солнечных батарей,

2

точником излучения в нем служит циркониево-тритиевый препа­ рат, обеспечивающий возможность определения породообразу­ ющих элементов вплоть до кальция, титана и железа. Этот «Луноход» также проработал около 4,5 месяца. При переходе от «морских» пород к «материковым» было зафиксировано уменьшение железа от 10—12 до 4%.

§ 4. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ В ГЕОЛОГИИ

Более мощные потоки возбуждающего излучения по сравне­ нию с получаемым от радиоизотопных источников могут быть созданы с помощью рентгеновских трубок.

Заметим, что возможность применения рентгеновского излу­ чения для анализа вещества была установлена в 1913 г. С это­ го времени рентгеноспектральный анализ стал применяться для изучения вещества, в частности геологических проб. Сущест­ вуют две основные разновидности рентгеноспектрального анали­ за: модификация, основанная на облучении электронами веще­ ства, наносимого на анод трубки (метод первичного возбужде­ ния), и модификация, основанная на облучении исследуемого вещества рентгеновским излучением от анода трубки (метод вторичного возбуждения). Измерение характеристического из­ лучения в обоих случаях осуществляется с помощью специаль­

* Все эти данные приведены в главе 13.

73

Эффект Мессбауэра для подавляющего большинства элемен­ тов с большой шириной уровней возбуждения проявляется при низких температурах, близких к абсолютному нулю, в отсутствии электрических и магнитных помех. Все это создает определенные трудности в применении этого метода. Эффект проще наблюдать на олове и железе.

Для регистрации излучения при реализации эффекта Мессбауэра обычно используют сцинтилляционные счетчики. Кроме то­ го, для выявления некоторых элементов с помощью этого эффекта применяются специальные резонансные счетчики, созданные на основе газоразрядных. Отличие их от обычных газоразрядных заключается в катоде, который изготовляется из материалов, со­ держащих изотоп определяемого элемента. Проявление эффекта Мессбауэра на ядрах атомов катода приводит к образованию электронов внутренней конверсии, по регистрации которых и ве­ дется определение искомого элемента в пробах.

§ 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ГА;ЧМА-КВАНТОВ

Принципиальная схема установки для измерения мессбауэровского спектра резонансного поглощения гамма-квантов пока­ зана на рис. 8.1. Осуществляя регистрацию гамма-лучей, прохо­ дящих через поглотитель, двигающийся относительно источника с переменной скоростью, можно получать зависимость регистри­ руемой скорости счета от скорости перемещения поглотителя. Эта зависимость схематически также показана на рис. 8.1. Из­ менение частоты гамма-излучения в аналогичных установках мо­ жет быть достигнуто с помощью различных мембран, вращаю­ щихся дисков с источниками, пьезодатчиков, а также магнитных и гравитационных полей.

Измерения проб производят при нулевой скорости Na и неко­

где р — концентрация изучаемого элемента в пробе.

Операция по получению функции (8.2) может быть автома­ тизирована при одновременном облучении двух идентичных проб,

■у- и с т о ч н и к

76

рита, показанный на рис. 8.3). Пульт этого прибора может экс­ плуатироваться поочередно с головками, основанными на погло­

ванной на использовании явления поглощения гамма-лучей, оце­ нивается равным 0,05%- С помощью приборов на резонансных счетчиках порог чувствительности к олову можно понизить до 0,01%. Производя замеры проб с мессбауэровскнм прибором и рентгенорадиометрпческим анализатором, можно определять олово, связанное в касситерит, и общее олово.

Методика резонансного поглощения гамма-лучей использует­ ся также для определения соединений железа в пробах. Так, в США такие приборы использовались для определения соедине­ ний железа в образцах лунных пород, доставленных на Землю экипажами «Аполлона-11» и «Аполлона-12».

§ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНО-РАССЕЯННЫХ ГАММА-ЛУЧЕЙ

Принципиальное устройство головки датчика, основанного на рассматриваемом эффекте, показано на рис. 8.4. Оптимальными значениями углов являются величины а = 0 и В= 60°.

Рис. 8.4. Схема измерении по гамма-методу резонансного рассеяния гамма-лучей:

Фотография головки мессбауэровского прибора МАК-1, осно­ ванного на эффекте рассеяния гамма-лучей, показана на рис. 8.3.

Спомощью этого прибора содержание касситерита определяют

вкоренных выходах пород: обнажениях и стенках горных выра­ боток. Порог чувствительности прибора к олову оценивается рав­

ным 0,1 %• Внедрение этого прибора в производство дает эконо­

мию 14 тыс. руб. в год на один прибор.

На этом принципе созданы также приборы для определения

касситерита в стенках сухих скважин.

Комплексируя измерения мессбауэровских приборов с рент­ гено-радиометрическими, можно определять содержание в рудах касситерита и общего олова.

78

9.ЯДЕРНЫИ БИЛЬЯРД

§1. ЭФФЕКТ СОУДАРЕНИЯ НЕЙТРОНОВ С ПРОТОНАМИ

Нейтроны и протоны имеют примерно одинаковую массу. Уп­ ругие соударения нейтронов с протонами подчиняются обычным законам механики, классическим примером которых является со­ ударение бильярдных шаров. Нейтрон при ударе передает часть своей энергии протону. При лобовом ударе нейтрон может пере­ дать протону всю свою энергию.

При аналогичных взаимодействиях нейтронов с ядрами ато­ мов других химических элементов нейтрон при соударениях бу­ дет передавать в среднем значительно меньшую энергию по срав­ нению с энергией, передаваемой протону. Причем чем больше будет масса ядра, тем в среднем меньшую энергию нейтрон бу­ дет передавать этому ядру.

Таким образом, протоны — весьма эффективные замедлители быстрых нейтронов, испускаемых источниками. Поэтому водород­ содержащие среды и используются в качестве элементов защит­ ных материалов от нейтронов. Это свойство водорода использу­ ется геофизиками также для определения влажности горных по­ род и грунтов.

На рассматриваемом принципе взаимодействия нейтронов с протонами созданы нейтронные установки для определения вла­ жности проб в лаборатории и непосредственно в коренных выхо­ дах горных пород и грунтов.

§ 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ВЛАГОМЕРЫ

Устройство одной из установок, созданных в Институте геоло­ гии п геофизики СО АН СССР, которая может применяться для определения влажности проб, показано на рис. 9.1. Установка

79

нейтронов. Устройство установки показано на рис. 9.2. Для сме­ щения спектра быстрых нейтронов в область 0,8—1,0 МэВ ис­ точник располагается в стальном цилиндре с толщиной стенок 5 см (с торца). Между стальным цилиндром и пробой распола­ гается воздушный зазор в 2 см. Проба весом 550 г засыпалась в цилиндрическую кассету высотой 10 см и диаметром 6 см. Для устранения потока медленных нейтронов между пробой и лю­ минофором быстрых нейтронов располагается слой парафина и бора. С целью защиты детектора от тепловых нейтронов, иду­ щих из замедлителя, датчик снаружи окружается слоем кадмия. Для размещения и извлечения пробы нижний блок замедлителя поворачивается относительно верхнего блока.

80