книги из ГПНТБ / Баранов, В. И. Радиогеология учебник

щадках, помещая детектор и эталон на высоте 1,5—2 м над зем­ лей. Сцинтилляционные детекторы, более чувствительные к рас­ сеянному излучению, дополнительно экранируют со стороны земли желобообразным свинцовым экраном для снижения доли рассеян­ ного у-излучения. При градуировании высокочувствительных ав­ томобильных и особенно аэрорадиометров пользуются более силь­ ными эталонами, располагая их на большом расстоянии от де­ тектора.

Все у-спектрометры градуируют путем последовательного из­ мерения урановых, ториевых и калиевых проб большого, веса. Не­

когда целью исследования является у-активность пород, натураль­ ный фон вычитают из результатов измерения. Натуральный фон нередко определяют, измеряя у-активность над поверхностью во­ доема глубиной более 2 м на расстоянии не менее 50 м от берегов. Если нет возможности найти подходящий водоем, натуральный фон для наземных приборов принимают за постоянную величину там, где относительные превышения не выходят за пределы 500 м. Кос­ мический фон возрастает на 1,5 мкр/час на каждый километр вы­ соты, что позволяет в аэрорадиометрическом методе для опреде­ ления фона пользоваться высотной кривой — кривой изменения интенсивности у-излучения над одним и тем же местом в зависи­ мости от высоты полета.

Для каротажных приборов космическим фоном можно пре­ небречь.

61

Полевой эманационный метод

Полевой эманационный метод заключается в измерении изото­ пов радона — эманации — в почвенном воздухе. Метод основан на тех же принципах, что и лабораторный эманационный метод.

Измерение эманации выполняют непосредственно в поле с по­ мощью специальных приборов — полевых эманометров.

Все эманометры состоят из герметической эманационной ка­ меры (сцинтилляционной или ионизационной), в которую вводят воздух, содержащий эманации, и измерительной аппаратуры. По­ мимо этого в комплект прибора входит портативный насос, про­ боотборник, осушитель и резиновые шланги. В настоящее время наиболее широко используют сцинтилляционные камеры с покры­ тием ZnS (Ag).

Для определения эманации в почвенном воздухе пробоотбор­ ник опускают в шпур глубиной 0,5—1 м и уплотняют вокруг него почву. С помощью насоса почвенный воздух прокачивают через осушитель и камеру до тех пор, пока камера не заполнится им. Затем закрывают краны у камеры и измеряют а-активность нахо­ дящегося в ней воздуха.

Перед введением пробы в камеру измеряют фон, который опре­ деляется загрязнением камеры. После каждого измерения камеру тщательно продувают атмосферным воздухом.

Полевые эманометры градуируют жидкими радиевыми этало­ нами методом, описанным в § 2 настоящей главы для лаборатор­

Методы анализа радиоактивных элементов в минеральном сырье. М., Госгеолтехиздат, 1961.

62

Г Л А В А I I I

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗОТОПОВ

В настоящее время известно более 230 типов радиоактивных ядер, имеющих естественное происхождение. В сумме они состав­ ляют сравнительно небольшую долю в земном веществе — немно­ гим более 0,01%. Природные радиоактивные изотопы сильно от­ личаются по своей распространенности и происхождению.

По происхождению их можно разделить на 3 группы:

1. Долгоживущие изотопы, образовавшиеся вместе с другими, нерадиоактивными изотопами земного вещества.

2.Сравнительно более .корогкоживущие промежуточные про­ дукты распада урана и тория.

3.Изотопы, постоянно образующиеся за счет природных ядер­ ных реакций в атмосфере и земной коре.

Помимо перечисленных групп с 40-х годов XX в. в земном веществе появились радиоактивные изотопы — продукты искусст­ венных ядерных реакций. Сейчас о них уже можно говорить как об особой группе радиоактивных изотопов.

§ 1. ДОЛГОЖИВУЩИЕ РАДИОАКТИВНЫЕ ИЗОТОПЫ

Долгоживущие радиоактивные изотопы составляют по весу подавляющую часть в общей сумме природных радиоактивных изо­ топов.

В табл. 2 приведены средние содержания наиболее распростра­ ненных из них. Самым большим распространением на Земле, как видно из таблицы, пользуются llRh, 2 эоТп, 19K/V92U. Средняя концентрация каждого из них в земной коре превышает 2 г/т. Та­ ким образом, они оказываются более распространенными, чем та­ кие широко известные элементы, как Sri, W, Mo, Та, As, Sb, I , Bi, Au, Ge, Ag, Hg и т. д. По своей распространенности в земной коре торий занимает 47-е место, уран — 54-е место.

Самый маленький период полураспада среди изотопов этой

ранее в земном веществе, в настоящее время практически полно­ стью распались. Количество оставшихся радиоактивных изотопов

Для долгоживущих радиоактивных изотопов середины перио­ дической системы (до висмута) наиболее характерен (3-распад.

64

'и Те — позитронный распад.

§ 2. РЯДЫ РАСПАДА

Вскоре после открытия радиоактивных свойств урана и тория было обнаружено, что продукты их распада образуют длинные ря-

ды или семейства последовательно превращающихся радиоактивных изотопов. Все ряды заключаются стабильными изотопами. Харак­ терная черта радиоактивного распада — его необратимость. Каж­

Так как в природных рядах наблюдается только а- и |5-распад, то атомные веса членов одного ряда могут отличаться только на величину, кратную четырем. Отсюда следует, что принципиально

членов природных радиоактивных семейств, то можно убедиться, что они подчиняются этой закономерности. Ряд тория относится к типу An. Все члены этого ряда имеют атомные веса, кратные четы­

Ряд Ап+ \ не был обнаружен в природе. Изотопы, являющиеся членами этого ряда, были получены в результате искусственных ядерных реакций. Это так называемый ряд нептуния. Все входящие в него изотопы имеют периоды полураспада меньше п- 10s лет. Самый долгоживущий из них 93?Np имеет период полураспада 2,25-10° лет. Считают, что значительная часть природного висмута обязана своим происхождением исчезнувшему ряду нептуния. В со­ став семейства нептуния входят изотопы урана, тория, протакти­ ния, таллия, свинца, полония, а также почти не известных в при­ роде элементов — нептуния, плутония, америция, франция, астата. Открытие новых радиоактивных элементов и изотопов позволяет постепенно восстанавливать цепочку от конца к началу. Конечный стабильный продукт ряда нептуния — таллий-205.

Естественные радиоактивные ряды имеют между собой боль­ шое сходство. Конечными стабильными продуктами в семействах урана, тория и актиноурана являются изотопы свинца. В средней части каждого из рядов находится один изотоп радона. Изотопы радона делят ряды на специфические части. Начальные отрезки содержат наиболее долгоживущие члены рядов — изотопы элемен­ тов, расположенных в периодической системе после радона (Fr, Ra, Ac, Th, Pa, U) . Конечные отрезки всех трех семейств сходны даже по внешней конфигурации. В них находятся наиболее .короткоживущие продукты — изотопы свинца, висмута, полония, таллия и ас­ тата.

68

пусканием а-частиц, другая часть — с испусканием р-частиц, обра­ зуя так называемую «вилку». Распад вновь образовавшихся изото­ пов имеет противоположный характер: если изотоп возник в результате а-распада, то он оказывается р-активным; изотоп, образовавшийся в результате р-распада, а-активен. Благодаря та­ кой закономерности эти продукты превращаются в один и тот же

Во всех природных семействах встречается такая последова­ тельность типов распада, при которой за одним а-распадом следу­ ют два р-распада или наоборот. Альфа-распад уменьшает заряд ядра на две единицы, два последующих р-распада увеличивают заряд на две единицы. Таким образом появляется новый изотоп первоначального элемента. Например:

Все члены рядов урана, тория и актиноурана имеют по два названия. Например, торий-230 (2 3 0 Тп) и ионий (1о), висмут-212 ( 2 1 2 Bi) и торий С (ThC) и т. д. Это вызвано историческими причи­ нами. Вскоре после открытия радиоактивности урана и тория ста­

распада считали новыми элементами и давали им самостоятель­ ные названия.

Новые-«элементы» не вмещались в периодическую систему.

69

Исследование химических свойств этих «элементов» показало, что они совпадают с химическими свойствами уже известных эле­ ментов. Все это позволило установить, что каждый химический эле­ мент имеет несколько изотопов, отличающихся друг от друга мас­ совыми числами. Стабильные изотопы были открыты значительно позже. Старые названия продуктов распада урана, тория и актиноурана характеризуют принадлежность изотопов к соответствую­ щему семейству: RaA, RaB, RaC и т. д., находятся в семействе ура­ на пбсле радия; RaTh, MsTh, ThA н т. д. — продукты распада то­ рия; АсХ, RaAc и т. д. — продукты распада актиноурана и нахо­ дятся после актиния.

Индексы А, В, С и другие у продуктов распада радона в каж­ дом семействе характеризуют их химический состав. Продукты с индексом А, С и F являются изотопами полония (RaA, ThA, АсА, ThC, RaC, АсС , RaF). Продукты распада с индексами С и Е —

должителы-юсть их самостоятельного существования соизмерима с длительностью геологических процессов.

Наиболее долгоживущий продукт распада урана — 2 3 4 U . Его период полураспада определяет время установления радиоактив-

70