книги из ГПНТБ / Викторов Г.Г. Мюонный метод определения плотности горных пород

15,5 до 25 м. Вся толща четвертичных отложений подстила­ ется черными юрскими глинами, полутвердыми, слюдистыми, слабопесчанистыми, с часто встречающимися прослоями мяг­ кого песчаника и темно-серых песков.

На площадке «нейтринный генератор» плотность четвер­ тичных отложений определяли в пяти скважинах, а плотность юрских глин — в одной. Судя по имеющимся данным, этим глинам соответствует наибольшее значение плотности (2,50 г/см3). По .всем скважинам можно четко выделить слой грунтов, обладающий наибольшей плотностью среди четвер­ тичных отложений. Литологичеоки этот слой повсеместно увя­ зывается с суглинками нижней морены. В среднем плотность этих суглинков составляет 2,26 г/см3 при диапазоне измене­ ний от 2,20 до 2,42 г/см3. Выше и ниже этого слоя плотность отложений несколько уменьшается. Так, плотность подстила­ ющих ігрунтов, 'Представленных песком и супесью, колеблется от 1,83 до 2,03 г/см3. Вышележащие горные породы монотон­ ны по плотностным характеристикам, и в среднем плотность

залегают разнообразные суглинки, плотность которых состав­ ляет лишь 1,70 г/см3. Ниже слоя глин распространены твер­

•по данным повторных измерений, составила ± 0,08 г/см3. Таким образом, на обеих площадках была установлена

четкая дифференциация грунтов по плотности. Как на пло­ щадке «мезонной фабрики», так и на площадке «нейтринного

У

генератора» среди грунтов с относительно низкой плотностью выделяется слой более плотный. На первой площадке — это глины, на второй — суглинки нижней морены.

Насыпные грунты. Земляная обваловка Серпуховского синхротрона Института физики высоких энергий АН СССР

(г. Протвино) является радиационной защитой от различных видов излучения, главным образом нейтронного, образующих­ ся в процессе ускорения и последующего частичного рассея­ ния протонного пучка в магнитах кольцевого здания. Расче­ ты, выполненные при проектировании синхротрона, показали, что слой грунта толщиной 5 м и железобетонные перекрытия способны снизить поток нейтронного излучения до предельно допустимых норм.

К моменту проведения исследований обваловка была вы­ полнена на большей части кольцевого здания. В результате нивелировочных работ было установлено, что в некоторых местах высота обваловки значительно отличается от проект­ ной. Это несоответствие между фактическими и проектными данными могло появиться вследствие двух причин. Во-пер­ вых, в процессе строительства обваловки в некоторых местах грунт мог быть недосыпан. Второй причиной является естест­ венная усадка, уплотнение рыхлого грунта. Если указанное расхождение связано с первой причиной, то это приводит к ослаблению радиационной защиты кольцевого здания. Уплот­

бы привести к нарушению юстировки магнитов относительно друг друга.

Чтобы установить действительную причину уменьшения фактической мощности защиты, был использован мюонный метод [13].

Поток космических мюонов измеряли с помощью установ­ ки ИИКЛ-1 в вариантах А и Б. Установка ИИКЛ-1Б разме­ щалась на монтажной тележке, передвигавшейся по рельсам мостового крана. Центр установки располагался симметрично относительно кольцевого здания, а вертикальная ось ее про­ ходила через середину обваловки. Поток космических мюонов

дополнительные данные для определения физических харак­ теристик обваловки. Расстояние между точками наблюдений составляло 25 м. На тех участках, где были получены ано­ мальные значения потока, проводили контрольные измерения,

а также сгущали точки наблюдения. Расстояние между точ­ ками в этом случае составляло 12,5 м.

Измерения установкой ИИКЛ-1А производились с под­ вижной платформы, которая могла двигаться по всему коль­ цевому и экспериментальному залам. Для частичного исклю-

505ЮІІМ

Рис. 4.5. План расположения точек наблюдения в кольцевом зале синхро­ трона (цифры указывают номера осей) и поперечный разрез кольцевого' зала с расположением центров установок ИИКЛ-ІА и ИИКЛ-1Б.

чения влияния боковых помещений и панелей кольцевого зда­ ния вертикальную ось детектора установки отклоняли от вер­ тикали на угол 20° (рис. 4.5), но при этом .в большую апертуру телескопа попадала часть ускоряющего магнита. Однако при таком расположении установки и магнита влия­ ние последнего на значение величины регистрируемого пото­ ка было мало и не превышало ± 0,6%.

В связи с указанным количественные расчеты массы и плотности проводили только по данным измерений, получен­ ным с установкой ИИКЛ-1Б. Результаты наблюдений с уста­ новкой ИИКЛ-1А использовали как дополняющие в качест­ венном отношении и тем самым повышающие надежность полученной картины распределения величины потока мюонов по профилю наблюдений.

При изучении обваловки погрешность данных о массе « плотности не должна была превышать ± 3%. В связи с этим поток мюонов регистрировался со статистической погреш­ ностью ± 1%. Высокая статистическая точность 'регистрации потока мюонов вызвала необходимость при вычислении ин­ тенсивности ввести поправки на влияние временных вариа­ ций мюонной компоненты, значения которых были получены нз данных измерений потока мюонов, выполненных в Инсти­ туте земного магнетизма, ионосферы и распространения ра­ диоволн АН СССР счетчиковыми телескопами на совпадени­

около ±0,8%.

Оценку аппаратурно-статистических погрешностей (слу­ чайные совпадения, вызванные наличием естественного ра­ диоактивного фона, мертвое время и концевые эффекты счет­ чиков, влияние боковых ливней) производили по методике, изложенной в гл. 3 .(§ 3.2). Оказалось, что вклад случайных совпадений, вызванных естественным радиоактивным фоном,

вляли ежедневной регистрацией потока мюонов на одной из точек экспериментального зала. Кроме того, проводили пов­ торные измерения потока мюонов на точках в кольцевом зда­

ности регистрации мюонов космического излучения, т. е. 1%. Для апертурного угла бл- = 61° установки ИИКД-ІБ аппара­ турно-статистические погрешности несколько больше и составляют 2—3%.

ИИКП-16

ные из всех измерений, оказались равными 910 ±30 гісм2 и 1,83± 0,06 г/см3 соответственно. Как видно на рис. 4.7, на не­ которых участках обваловки получены аномальные значения массы и плотности, лежащие за пределами погрешности из­

обваловки в пределах осей 104—106, 84, 2—3 также связано с наличием воздухопроводящих каналов, идущих от зданий 5/4, 5/3 и 5/2 по кровле кольцевого здания. Уменьшение массы обваловки на осях 113—114 обусловлено наличием галереи, идущей от здания инжектора к кольцевому залу. По оси ПО

зультате уменьшения мощности обваловки. Аномалии, полу­ ченные на других осях (например, оси 72, 62—64, 54—56 и др.), по-видимому, связаны с недостатком насыпного грунта, так как для этих осей неизвестны какие-либо особенности в конструкции кольцевого здания, которые могли бы привести к уменьшению массы обваловки.

Плотность насыпных грунтов обваловки, представленных глыбово-щебенистым материалом, определяли, кроме мюон­ ного метода, еще гамма-гамма-плотностным и объемно-весо­ вым методами (табл. 4.9). Из таблицы видно, что плотност­ ные характеристики этих грунтов, полученные тремя незави­ симыми методами, согласуются между собой в пределах по­ грешности. Однако следует отметить, что мюонный метод дает среднюю плотность всей толщи насыпных грунтов без нарушения их залегания. Гамма-гамма-метод с использова­ нием прибора ПГП-1 дает плотностные характеристики грун­

ко при массовом опробовании и однородности грунтов по вертикали полученные этим методом плотности будут харак­ теризовать всю толщу обваловки: Эти условия были выпол­ нены при изучении грунтов обваловки Серпуховского син­ хротрона.

Недостатком объемно-весового метода является необхо­ димость отбора проб достаточно больших объемов, что при высокоточной установке ускоряющих магнитов, исчисляемой десятками микрон, могло привести к изменению нагрузок на несущие балки, а следовательно, к нарушению юстировки ус­ коряющих магнитов.

4.3. Определение плотности пород повышенной радиоактивности

Определение плотности пород, обладающих повышенной радиоактивностью, является важной задачей для многих ти­ пов месторождений. Для оценки возможностей мюонного ме­ тода при решении указанной проблемы были проведены ис­ следования на одном из месторождений Казахстана.

Рассмотрим вначале возможности шахтной установки ИИКЛ-1Б. На точках наблюдения величина естественной ра­ диоактивности изменялась от среднефонового значения до величины, превышающей нормальный фон в несколько десят­ ков раз. При этом относительное максимальное изменение глубины наблюдения от дневной поверхности не превышало 5—10%- На выбранных точках проводили регистрацию пото­ ков мюонов при двух-, трех- и четырехкратных совпадениях для одних и тех же телесных углов и эффективной площади детектора. Регистрацию радиоактивного фона проводили пу­ тем подключения к счетным схемам одиночных кассет детек­ тора телескопа. Результаты измерений показаны на рис. 4.8.

Величина нормального радиоактивного фона горных пород (около 7000 импульс/мин) была получена в точке 1. В точках 8, 9 и 10 радиоактивность настолько возросла, что счетные схемы телескопа не позволили зарегистрировать ее величину вследствие ограниченного объема пересчетного устройства телескопа.

Анализ изменения скорости счета мюонов, полученный на основании данных работы телескопа при двухкратных совпа­ дениях на указанных точках, показывает, что в этом режиме скорость счета телескопа возрастает пропорционально повы­

Изменение величины трехкратных совпадений па этом же интервале для апертурных углов 40 и 60° составляет 25—30%.