Шпоры по ЯГ

26. Вольтамперная характеристика ионизационной камеры.

Представляют собой воздушный конденсатор, к которому приложено напряжение. Рис 7.2. При измерении тока в таких условиях, его не будет в цепи, но если поместить источник радиоактивного излучения, то будет происходить ионизация и в цепи потечет ток. Величина тока будет зависеть от: свойств излучателя, конструкции камеры (от расстояния между пластинам, от газа, который заполняет камеру), величины приложенного напряжения.

Рис. 7.2. Схема газонаполненного детектора

Рассмотрим, как будет меняться величина тока при изменении подаваемого напряжения, все остальные параметры неизменны.

Рис. 7.3. Вольтамперная характеристика газонаполненного детектора

Эта зависимость носит название вольтамперной характеристика. Рис 7.3. Область от 0 до А (I) носит название омической области или области рекомбинации. Наконец наступает точка А и при дальнейшем увеличении напряжения до точки В. Область II – область тока насыщения. В этой области работают так называемые ионизационные камеры. U_A<U_i<U_B. Ток, который возникает в камере будет равен:

При увеличении напряжения количество ионов не меняется, но их скорость увеличивается и они становятся способными ионизировать находящийся в данной камере. Ток в этом случае будет равен:

А = 10⁶. Область III называется пропорциональной. В этой области работают пропорциональные счетчики .U_B<U_g<U_C.

При дальнейшем увеичении напряжения ток продолжат возрастать, но его усиление зависит от энергии частиц. А именно частицы с большей энергии поучают меньшее усиление, и наоборот.

К концу область D происходит выравнивание частиц с различной энергией. Рис 7.3. Участок CD называют областью с ограниченной ответственностью

При дальнейшем увеличениях ток от напряжения не зависит. Область 5 носит область Гейгера, или области самостоятельного разряд. Ток в этой области равен

Счетчики Гейгера-Мюллера обладают очень высокой чувствительностью, они способны зарегистрировать плотность тока 1,6*10^-19. При дальнейшем увеличении произойдет с пробой

27. Ионизационные камеры, электрометры.

Рис. 7.4. Схема ионизационного счетчика

Для реализации нужен излучатель α или β частиц. Рис 7.4. При регистрации частиц, образец истирается в порошок и кладется внутрь! Камеры. В камере создается ионизационный ток. При регистрации β частиц. Рис 7.5. обращается в порошок за пределами. Слюдяное окошко в камере экранирует α – частицы.

Рис. 7.5. Схема ионизационного счетчика

Ток, возникающий в ионизационной камере, удобно регистрировать с помощью электрометра. Рис 7.6. У электрода имеется «коромысло» и две пары отклоняющих ножей. На электрод поступает сигнал со счетчика. Диагональные ножи имеют один знак заряда, для того, чтобы коромысло электрода закручивалось. Достоинства такого электрометра в том, что его чувствительность можно менять, изменяя расстояние от ножей до коромысла или меняя подаваемое напряжение.

28. Пропорциональные счетчики. Принцип работы, назначение, устройство.

Рис. 7.7. Схема пропорционального счетчика

Предназначаются для регистрации в основном тепловых нейтронов. Конструктивно представляют собой цилиндрический корпус, который является одним электродом. Рис 7.7. Внутреннее пространство камеры заполняется BF₃, потому что он содержит изотоп бора:

Эти счетчики используют для регистрации тепловых нейтронов, а также нейтронов более высоких энергий. В этом случае счетчик окружают парафиновой и кадмиевой оболочкой (рис 7.8.). Кадмий задерживает нейтроны тепловых энергий, а нейтронный более высоких энергий проходят через него. В парафиновой оболочке (водородосодержащая среда) нейтроны высоких энергий замедляются до энергий тепловых и затем попадают внутрь счетчика.

Рис. 7.8. Схема пропорционального счетчика для регистрации нейтронов высоких энергий

29. Счетчики Гейгера-Мюллера: принцип работы, назначение, устройство.

Наиболее широко применяются среди газонаполненных детекторов. И используются обычно для регистрации β-, γ-излучений. Конструктивно представляют собой корпус, стенки которого представлены катодом, а посредине камеры проходит нить анода. Внутренний объем счетчика заполняется инертным газом (обычно Ar – аргоном) и гасящей компонентой (пары многоатомных соединений, может быть эфир, спирт, или поры галогенов, например, хлор), которая служит для прекращения собственного процесса в счетчике. Рис 7.9. Без гасящей компоненты, счетчик регистрировал бы сам себя.

Рис. 7.9. Схема счетчика Гейгера-Мюллера

При регистрации γ-лучей, счетчик стеклянный с толщиной стенок 1,5 – 2 мм и давление внутри счетчика 30 – 50 мм ртутного столба. При регистрации β-частиц, толщину стенки уменьшают до примерно 0,1 мм и корпус делают металлический и для придания механической жесткости стенку делают гофрированной (ребристой), и давление внутри повышают до 200-400 мм ртутного столба.

Эти счетчики имеют очень высокую чувствительность, но также очень низкую эффективность (отношение зарегистрированных частиц к общему падающему их количеству) работы. Эффективность такого счетчика составляет первые единицы процентов. Работают в широком диапазоне температур от -40 до +40.

Счетчики имеют свой срок службы. Для счетчиков с многоатомным гасителем - 10⁷ импульсов, а с галогенным – 10^8-10⁹. Чем дольше счетчик находиться в работе, тем хуже становиться его рабочая характеристика (рабочее плато) и больший наклон плато. Счетчики делятся на серии в зависимости от материала катода СТС – стальной самогасящийся, МС – медный самогасящийся, ВС – вольфрамный самогасящийся, ГС – графитовый самогасящийся.

30. Сцинтилляционные счетчики: принцип работы, назначение, устройство.

В некоторых кристаллах под воздействием радиоактивных излучений возникают вспышки света сцинтилляции, такие кристаллы называются фосфоровыми или люминофорами или сцинтилляторами. Эти счетчики находят в практике ядерной геофизики наиболее широкое применение, их основное достоинство – это высокая эффективность, возможность измерять γ-кванты на отдельных энергиях, что позволяет определять излучатель, высокая разрешающая способность. Они применяются для регистрации любых излучений. Счетчик состоит из кристалла люминофора, в котором возникает вспышка света, и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который предназначен для преобразования светового сигнала в электрический и для его частичного усиления.

Для каждого вида излучений эффективными бывают свои люминофоры. В частотности, для регистрации α-частиц, наиболее часто применяется ZnS (Ag) – кристтал цинкум с актируется серебром. Этот люминофор наноситься прямо на ФЭУ. Для регистрации β-частиц используют органические люминофоры – антроцен, стильбен, а также неорганические NaJ (Tl). Для γ-лучей используются многие йодистые соединения щелочных металлов, активированные таллием, европием, оловом. Это KJ(Tl), CsJ(Eu), CsJ(Sn), NaJ(Tl) (чаще всего используется). Эффективность этого γ-луча составляет много десятков процентов. Для регистрации нейтронов применяются кристаллы, содержащие литий или бор (нейтронопоглощающие элементы). Наиболее широко распространены литиевые стекла Li₂O*2SiO₂, LiJ (Tl).

Принцип работы: на диноды подается ток, возрастающего напряжения, катод покрыт сурьмяно-цезиевом покрытием с коэффициентом вторичной эмиссии>1%. Вспышка света, которая возникла в кристалле попадает на катод, выбивая из него электрон. Потом электроны летят от одного динода к другому. а-коэффициент собирание электронов на динодах от 0,2 до 1,0, b – коэффициент вторичной эмиссии, m - количество динодов (рис 7.10).

Рис. 7.10. Схема сцинтилляционного детектора

Эти счетчики имеют некоторые недостатки. Причем недостатки имеют и кристаллы и фотоэлектронные умножители (ФЭУ):

1. Кристаллы люминофоры обычно очень трудно выращиваются, также они должны быть химически чистыми. Они не должны иметь механических изъянов (трещин и т.д). Желательно иметь кристалл большого объема, но они дорогостоящие.

Отдельные кристаллы имеют свои недостатки:

2. Например, NaJ (Tl) очень гидроскопичен (впитывает влагу), и как следствие он мутнеет. Т.е. его надо гидроизолировать.

3. KJ (Tl) имеет повышенный фон.

ФЭУ:

4. Имеет «темновой» фон, который связан с термоэлектронной эмиссией с поверхности катода. Это значит, что возле поверхности катода имеется электронное облачко, а когда подключают напряжение это электронное облачко устремляется к аноду и дает некоторый ток.

5. ФЭУ требует стабильного питания.

Тем не менее, сцинтилляционные счетчики применяются на практике довольно широко, поскольку их достоинства перевешивают недостатки.

31. Аэро-гамма съемка, сущность, назначение, виды, методика.

Изучение γ-поля горных пород с воздуха. Метод применяется для геологического картирования, для изучения зон разломов и тектонических нарушений, для поисков радиоактивных и нерадиоактивных (для которых установлена генетическая связь с радиоактивными) элементов. Метод обладает очень высокой производительностью. За рабочий день съемкой может быть покрыто до 200 км². В связи с этим метод не относиться к дорогостоящим. Метод имеет и существенные недостатки:

1) Малая глубинность метода;

2) Малая чувствительности при наличии экранирующих рыхлых отложений;

3) Малая чувствительность при полетах на больших высотах.

Тем не менее, этот метод очень широко применяется на практике. Наиболее эффективное его применение в районах со спокойным рельефом, хорошей обнаженностью, широким развитием различных ореолов рассеяния (механический, соляных). В зависимости от характера местности, ее подразделяют на четыре категории:

1. Всхолмленная равнина с колебанием высот до 200 м. Съемка здесь ведется на высотах 25-50 м.

2. Холмистая местность с колебаниями высот 200-500 м. Съемка на высоте 50-75 м.

3. Пересеченная местность с колебаниями высот свыше 500 м. Съемка на высоте 75-100 м.

4. Горные районы с колебаниями высот свыше 2500 м. Съемка на высоте 100-130 м. Или применяют методику «скатывания».

В зависимости от детальности работ различают пять видов съемок:

1. Обзорно-рекогносцировочная. Применяется для оценки геохимических особенностей территории и для подготовки площадей под более детальные работы. Съемка здесь проводиться параллельными маршрутами длинной до 500 км, расстояние между маршрутами 10 км. Масштаб съемки 1:1 000 000.

2. Мелкомасштабная съемка. Проводиться для выявления радиохимических аномалий. Масштаб съемки 1:100 000 и 1:200 000. Длина профилей порядка 300 км, между профилями 1-2 км.

3. Среднемасштабная съемка. Проводиться с целью создания геофизических обоснований для геологического картирования в масштабе 1:200 000. Масштаб съемки 1:50 000. Длина профилей порядка 50 км, между профилями 500 м.

4. Крупномасштабная. Применяется для создания геофизической основы для картирования в масштабе 1:25 000 и 1:50 000, а также для поисков полезных ископаемых в районах с определившимися перспективами. Масштаб съемки 1:25 000. Длина профилей порядка 30 км, между профилями 250 м.

5. Детальная. Применяется для создания детального картирования рудных узлов и детальных поисков полезных ископаемых. Масштаб съемки 1:10 000. Длина профилей порядка 15 км, между профилями 100 м.

Рис. 8.4. Зависимость интенсивности от высоты над поверхностью земли

Методика работ практически не зависит от масштаба. Профили задаются вкрест вероятных простираний объектов поисков. Обычно в виде прямолинейных профилей вдоль выдержанных изолиний рельефа (в частности, по долинам рек).

32. Аэро-гамма съемка: обработка и интерпретация результатов.

Методика работ практически не зависит от масштаба. Профили задаются вкрест вероятных простираний объектов поисков. Обычно в виде прямолинейных профилей вдоль выдержанных изолиний рельефа (в частности, по долинам рек). Перед съемкой определяют натуральный (или остаточный) фон. Для этого проводят полеты на разных высотах. Самолет поднимается до высоты примерно 1,5-2 км и записывается интенсивность. Обычно съемка ведется непрерывно (перопишущие гальванометры). Рис 8.4. Сначала отдаляемся от пород, которые дают фон, а затем увеличивается космический фон. Интенсивность будет складываться из:

J_г.п. – надо изучать, а J_нат – следует исключить при обработке.

J_норм – связана с общим фоном местности, а J_ан – аномальная интенсивность горных пород. Как выделить из одной другую разберем позднее.

Под J_{прибора} подразумевается не только излучение прибора, но и излучение самолета и т.д. С высотой будет меняется только космическая часть. Для контроля фон измеряется до начала работ и после. Кроме пилота участвуют оператор и штурман. Роль штурмана заключается в привязке маршрута к местности. В полете штурман отмечает встреченные в пути ориентиры (тот объект, который обозначен на карте). Рис 8.6. А в бортовом журнале ориентиры записываются по номерам. Для того, чтобы перевести результаты измерений в мкр/час используется эталанировочная палетка. Мы отсчет ведем от J_ост. Шкала идет не прямо, а по дуге.

Аэро-γ-радиометр обладает инерционностью, т.е. запаздыванием показаний по времени. Записанная кривая не очень соответствует истинной. Надо из записанной получить истинную:

τ – инерционность прибора, которая есть в паспортных данных. На практике часто ограничиваются нахождением максимума истинной кривой. Для нахождения вводиться понятие коэффициента инерционных искажений Q:

Q – находят по экспериментально построенным палеткам, T – ширина кривой (время, за которое самолет пролетел «сигнал»). При T>10 с инерционные искажения могут не учитываться. Далее результаты наблюдений необходимо привести к одному уровню.

В некоторых радиометрах эта поправка учитывается автоматически, если есть блок пересчета.

Результаты измерений наносятся на карту и строиться карта в изолиниях съемка проводиться как в интегральном варианте (суммарное γ-поле) или в спектрометрическом варианте (для определения концентрации элементов). Затем по этим картам определяют нормальный фон, т.е. некоторое среднее значение поля на участке и определяются аномальные зоны (превышения) над фоном. Аномальные участки затем подвергаются детальной наземной проверке. Аэро-γ-съемка обычно проводиться с другими геофизическими аэрометодами, в частности аэро-магниторазведкой.

33. Авто-гамма съемка.

Метод имеет много общего с аэро-γ-съемкой, применяется практически для решения тех же задач. Имеет те же недостатки и те же достоинства. Съемка может быть маршрутной, может быть площадной. Маршрутная носит рекогносцировочный характер, обычно проводиться перед площадной. Площадная более широко применяется, она обычно проводиться на перспективных участках. И при детализации аэро-γ-аномалии. Различают следующие масштабы:

1) Масштаб 1:25 000. Проводиться обычно по недостаточно обследованным площадям. Проводиться профилями длинной примерно 3-4 км, если позволяют условия, расстояния между профилями порядка 250 м. Съемка на скорости 25 км/час. Низкая скорость позволяет не учитывать инерционность радиометра.

2) Масштаб 1:10 000. Применяется на перспективных площадях. Профили длинной 2 – 2,5 км, между профилями порядка 100 м. Скорость съемки 15 – 20 км/ч.

3) Масштаб 1:5 000 и крупнее. Применяется для детализации выявленных аномалий и на известных рудоносных площадях. Профили длинной 1,5 – 2 км, между профилями порядка 50 м. Скорость съемки не более 10 км/ч.

Обычно съемку проводят как в интегральном варианте, так и в спектрометрическом. Также необходимо определять натуральный фон. Для определения фона обычно используют наблюдения на водной поверхности с удалением от берега не менее 100 м, с глубиной водоема не менее 2-3 м, чтобы исключить влияние горных пород. При отсутствии водоема фон определяют в специально изготовленном свинцовом домике, через стенки которого проходит только космическое излучение.

Обработка результатов упрощенная, а смысл такой же как в аэро-γ-съемке, не вводим поправки за инерционность и высоту. Затем строятся карты изолиний, либо равных интенсивностей, либо равных содержаний элементов. Далее по картам определяют нормальный фон местности и аномалии.

34. Пешеходная гамма-съемка. Эталонирование радиометров.

Наиболее простой вид проведения γ-съемки. Применяется для решения всех тех задач, о которых мы уже говорили, но в крупных масштабах и при детализациях. Далее применяется при работе в труднодоступных районах, где нельзя воспользоваться ни автомобилем, ни самолетом. А также применяется в неспециализированных геологических отрядах (не геофизики, а геологи).

Фон определяется аналогично авто-γ-съемке. Либо фон можно измерять на участках с большой мощностью осадочных отложений, или на поверхности выхода чистых кварцевых пород. Применяют интегральный вариант (измерение суммарной интенсивности), либо спектрометрический вариант (на отдельных энергиях γ-поля). Строиться карта в изолиниях.

Эталонирование радиометров

Для измерения интенсивности γ-интенсивности применяют радиометры. Они могут иметь разные конструктивные особенности. Особенность радиометров в том, что чувствительность их со временем не остается постоянной, поэтому периодически необходимо проводить эталонирование радиометров, т.е. определение цены деления. Измерительный прибор в радиометре обычно бывает стрелочный или цифровой. С процедурой эталонирования удобно ознакомиться на стрелочном, когда имеется амперметр. Стрелка отклоняется, мы считываем деления и переводим в мкр/час. Для эталонирования используются эталоны, с известным содержанием в них радиоактивного элемента. Обычно используются радиевые эталоны. Интенсивность подсчитывается по формуле:

Для эталонирования выбирается открытый участок местности. До ближайшей преграды (стена, забор) должно быть не менее 10-15 метров. Собственный фон местности должен быть минимальный, т.е. в окрестностях не должно быть посторонних источников. Рис 9.1. На этом участке вбиваются две стойки, между которыми натягивается шнур, проволока, верёвка. На одной стойке крепиться подставочка, на которой устанавливается свинцовый «домик». Внутрь домика помещается детектор (для исключения влияния фона). Первая точка на график 9.2 наноситься при отсутствии эталона (J=0). Подвешиваем эталон, так чтобы он находился на оси счетчика. Меняем расстояние между детектором и эталоном, проводя расчеты и нанося точка на график. Для того, чтобы пользоваться графиком надо определить величину натурального фона. Продолжаем график до пересечения с осью и принимает точку пересечения за новое начало координат. На практике часто этот график переводят в таблицу. Или эту табличку наносят на шкалу прибора. Эталонируют все поддиапазоны радиометра.

При эталонировании соблюдаются некоторые условия;

1. Количество точек на графике должно быть 4-5;

2. Точка должны располагаться более менее равномерно;

3. Стрелку надо отклонять на всю шкалу;

4. Минимальное расстояние, на которое можно подносить эталон 50 см;

Дозиметр РКС-107

Этот радиометр использует счетчик Гейгера-Мюллера. Здесь есть еще режимы измерения β-активности обычно в лабораторных условиях и активности водных растворов. Отсчеты производятся в мкЗв/час. Перевод осуществляется по формуле:

Коэффициент качества γ-лучей равен 1.

Нажимаем кнопку включения, затем кнопка пуск. Ждем, когда перестанет мигать индикатор, только потом снимаем отсчет. На точке надо снимать три отсчета.

Все отсчеты заносим в полевой журнал γ-съемки.

35. Эманационная съемка.

Это изучение концентрации радиоактивных газов (эманаций) в почвенном воздухе или в воздухе, извлеченном из горных пород. При распаде в радиоактивных семействах, образуются радиоактивные газы:

Эти газы непрерывно образуются в горных породах, потому что там присутствуют их родоначальники. Метод применяется для поисков радиоактивных урановых и ториевых руд; для изучения зон разломов, тектонических нарушений; для решения очень многих инженерно-геологических задач, связанных с трещинноватостью пород и с ослабленными участками (закарстованными, оползневыми); для решения экологических задач (по радону).

Радиоактивный газ частично выделяется в почвенный воздух, но частично оседает внутри кристаллической решетки, такой не подлежит изучению. Поэтому вводится понятие коэффициент эманирования – это отношение эманации, выделившейся в почвенный воздух, к общему образовавшемуся количеству. Он измеряется в процентах, и может колебаться от 20 до 95%. Чаще всего он находиться в интервале 40 – 45%. Концентрация эманации в почвенном воздухе будет зависеть от концентрации исходного элемента , плотности σ, коэффициента эманирования k_Э и коэффициента пористости k_П:

Породы с малой эманирующей способностью могут оказаться пропущенными. Различают несколько видов съемок по детальности

1) Масштаб 1:25 000 и 1:10 000. Проводят на перспективных площадях для поисков радиоактивных руд. Расстояния между профилями 50 – 100 м, межу пикетами 5 – 10 м.

2) Масштаб 1: 5 000 и 1:2 000. Проводят для оконтуривания аномалий и рудных тел. Расстояния между профилями 20 – 50 м, межу пикетами 2 – 5 м.

Для определения места заложения горной выработки, чтобы подсечь рудное тело, применяют съемку по квадратной сети 5х5 м или даже 1х1 м.

Рис. 9.1. Блок-схема эманометра

Эманационная съемка более трудоемкая, чем пешеходная γ-съемка, но обладает значительно большей глубинностью. Измерение производят с помощью эманометров. Эманометр состоит из выносного пробоотборника, который вставляется в почву. Он представляет собой полую трубку с отверстиями. Рис 9.1. С помощью наноса затягивается воздух. Далее идет пылеуловитель, потом рабочая камера, в которой находиться ZnS(Ar), дискриминатор, интегрирующий контур, токоизмерительный прибор (микроамперметр). Концетрация может быть определена по формуле:

Х – расстояние до радиоактивного пласта, С₀ – концентрация в пласте, может быть определена по формуле 9.1, λ – постоянная распада, D – коэффициент диффузии. Основной фактор миграции эманации это диффузия. Диффузия уменьшается в плотных и увлажненных породах.

При проведении съемки можно определить природу эманации, т.е. чем она обусловлена, с каким газом конкретно она отождествляется. Вспомним периоды полураспада некоторых элементов:

Содержание актинона почти не измеряют, потому что он быстро распадается и содержание его родоначальника мало. Чтобы выяснить чем обусловлена эманация, пробу измеряют дважды: первый отсчет берется сразу после взятия пробы, а второй спустя трехминутную паузу.

Если ε>1,5, тогда эманация обусловлена Rn, если ε<0,5, то Tn. Если же 0,5<ε<1,5, то эманация смешанная. Определение природы эманации позволяет делать вывод о урановом или ториевом оруденении. Выявленные в процессе съемки аномалии могут быть четырех видов.

36. Уронометрическая съемка.

Рис. 9.2. Рудное тело после влияния процессов выветривания

Это изучение содержаний урана в коренных или рыхлых горных породах. Этот метод относиться к геохимическим. Это прямой метод на уран. Содержание урана в горных породах составляет примерно 10^-5 – 10^-4 %, это так называемый, геохимический фон. В некоторых телах концентрация может повышаться до первых единиц процентов и образуется рудное тело. Рудное тело подвергается процессам выветривания и вокруг него образуется ареол рассеяния. Рис 9.2. Поэтому съемка заключается в поиске потоков рассеяния, затем ореолов рассеяния. В процессе съемки отбираются пробы горных пород. Анализ этих проб основан на свойстве фтористого натрия NaF люминесцировать под воздействием ультрафиолетового излучения. Проба просушивается, прокаливается и измельчается в порошок. Затем этот порошок растворяется в царской водке (смесь концентрированных кислот). Далее в этот раствор добавляется углекислый натрий, для осаждения соединений железа, которые является гасителем люминесценции. То что осталось сливается и отдается на анализ в люминесцентную лабораторию. Там берется NaF в виде ушка проволочки и опускается в раствор. Раствор, попадая на фтористый натрий, и получившийся перл анализируют (перлово-люминесцентный анализ). Перл помещают в фотометр, где он облучается кварцевой лампой. И в результате происходит его свечение. Фотометры сравнивают данный перл в эталонным и определяют концентрацию:

А – отсчет по фотометру, V - объем раствора, p – вес растворенной пробы, n – число опусканий перла в раствор. Если мы знаем что концентрация маленькая, то опускать в раствор можно несколько раз. Полученный результат наноситься на карту, по этой карте рисуется карта в изолиниях равных процентных содержаний урана. По карте определяют фон местности и уже определяют аномалии.

37. Радиогидрогеологическая и биогеохимическая съемка.

Радио гидрогеологическая съемка (гидрогеохимическая съемка)

Это изучение содержаний радиоактивных элементов, а чаще всего урана, радия и радона, в водах. Она основана на том, что радиоактивные элементы, в особенности радий, очень хорошо мигрируют в окислительной среде и поэтому переносятся на большие расстояния от самой залежи. Благодаря этому обнаруживаются «слепые» (залегают на глубине, их не видно) рудные тела, глубиной до 50-70 м, а в горных районах и больше. И в этом достоинство метода. Вообще метод является геохимическим. Анализ на уран основан на адсорбции (поглощении) его из раствора активированным углём. Затем из угля уран извлекается раствором соды. К содовому раствору добавляют раствор фтористого натрия и эта смесь выпаривается, осадок исследуется перлово-люминесцентным способом, как и в уранометрической съемке. Результаты наносятся на карту в изолиниях. Очень важно затем определить фон местности и превышения над фоном. Попутно с ураном обычно изучаются и другие химические элементы, в том числе и нерадиоактивные.

Биогеохимическая съемка

Изучение содержаний радиоактивных элементов в золе растений. Либо нахождение растений, на которые благоприятно или угнетающе действуют какие-либо элементы. Классический пример: некоторые виды острогала растут лишь на почвах с повышенным содержанием селена. А селен спутник урана. Конечно, такой метод выполняется в комплексе с каким-либо основным методом. При определении содержаний радиоактивных элементов строят карту в изолиниях, определяют фон и анализируют.

Недостатком геохимических методов является трудоемкость и высокая стоимость анализов. Положительными качествами являются точность и бОльшая глубинность.

38. Гамма-гамма метод.

Это изучение γ-поля от источника, прошедшего через горную породу. Применяется для изучения плотности горных пород (ГГМ-п) и эффективного атомного номера среды (ГГМ-с). Этот метод, как впрочем, большинство ядерно-геофизических методов, используется в каротажном варианте, что очень важно для определения параметров в условиях естественного залегания. При облучении горных пород γ-источником, уменьшение интенсивности связано с изменением вещественного состава пород и плотности. В основном эти два фактора влияют на интенсивность излучения. Установлено, что комптоновский эффект связан в основном с изменением плотности породы. В то время, как вещественный состав практически не влияет. Поэтому для изучения плотности пород используется источник γ-квантов средних энергий (от 0,5 до 1,5 МэВ). С меньшей энергией будет преобладать фотоэффект, а с большей – образование пар. Рис 10.1.

С₀ – массовый коэффициент поглощения, J – интенсивность после прохождения через пробу, D – ширина пробы, σ – плотность, J – интенсивность источника.

Измерение плотности можно проводить в трех вариантах:

1) в лабораторных условиях;

2) при инженерно-геологических изысканиях (рис 10.2). Плотность изучается на некоторой глубине – 10.2. а), плотность по профилю – 10.2. б);

3) каротажный вариант. Используется чаще. Рис 10.3.

При изучении вещественного состава горных пород используется источник малых энергий (меньше 0,5 МэВ). В этом случае γ-кванты испытывают в основном фотоэффект. А фотоэффект зависит от вещественного состава пород. Поэтому этот вариант называется селективным ГГМ-с. Он эффективен в случае, когда сравнительно легкая среда обогащена каким-то тяжелым компонентом.

39. Рентгенорадиометрический метод.

Заключается в облучении горных пород гамма-квантами малых энергий и регистрация возникшего при этом характеристического рентгеновского излучения. Применяется для изучения вещественного состава, т.е. для анализа на большинство элементов с z>30, а также на некоторые элементы z = 20 – 30, для определения большинства металлов. Метод основан на том, что при облучении горных пород γ-квантами малых энергий (5 – 120 КэВ). При этом наряду с фотоэффектом возникает характеристическое рентгеновское излучение с длиной волны 10^-5 – 10^-12 см. Причем вероятность возникновения излучения возрастает с увеличением отношения Е_связи/Е_γ. Е_связи это энергия электрона на оболочке. Эта дробь правильная. Е_связи для каждого элемента строгоопределенная, поэтому дли изучения отдельного элемента следует строго подбирать излучатель.

Рис 10.4. При анализе на различные элементы нужно подбирать свой источник необходимой энергии. Это сложно сделать, поэтому для достижения необходимой энергии применяется так называемое «двухступенчатое» возбуждение. Т.е. вначале облучается мишень, состоящая из определенного элемента, из которой уже выбиваются γ-кванты нужных энергий. Поэтому чтобы получить нужную энергию меняют не источник, а меняют мишень. Перед поступлением на детектор проба проходит через фильтр (называется фильтр Росса или дифференциальный фильтр или сбалансированный фильтр), который фильтрует γ-кванты близких энергий. Детектором служит обычный сцинтилляционный детектор (обычно NaJ(Tl)). Метод обладает высокой избирательной способностью, большей, чем у ГГМ-с. Недостаток этого метода в том, что нельзя применять в обсаженных скважинах.

40. Метод ядерного гамма-резонанса.

Основан этот метод на эффекте Мессбауэра, который заключается в том, что при облучении γ-квантами малых энергий (меньше 50 КэВ), в некоторых ядрах наряду с фотопоглощением происходит резонансное поглощение и рассеяние γ-квантов. Этот эффект называют эффектом Мессбауэра. Мессбауэрскими ядрами в частности является олово, поэтому метод используют на определение касситерита SnO₂, изотоп Sn¹¹⁹. Кроме того Мессбауэрскими ядрами являются некоторые лантаноиды: ₆₆Dy¹⁶¹ (диспрозий), ₆₈Er¹⁵¹ (эрбий). Fe⁵⁷. При температуре жидкого азота (-194°С) очень много ядер являются Мессбауэрскими.

Измерения происходят по схеме 10.5. Фильтр необходим для поглощения характеристического рентгеновского излучения. Измерения проводят дважды: в обычном состоянии, когда происходит эффект Мессбауэра, и при колеблющемся излучателе, когда эффект Мессбауэра не происходит. Для придания колебаний источнику имеется пьезоэлемент. Когда он создает колебания, эффект Мессбауэра исчезает.

N_K – замер при колеблющемся источнике, N₀ – замер при неподвижном источнике. Прибор эталонируется и определяется процентное содержание SnO₂. Метод очень точный, не уступает химическом анализу. Точность порядка 0,01%.