48. Радиоактивные излучения. Взаимодействие γ-квантов с веществом.

Радиоактивность – способность неустойчивых изотопов хим элементов самопроизвольно превращаться в другие, более устойчивые изотопы с испусканием элементарных частиц (α, β, γ, р, n и др.). Процесс превращения одного рад изотопа в другой – радиоактивный распад. В результате распада излучаются эл частицы α, β, γ, причем γ излучается во всех случаях.

α – поток ядер ₂⁴Не, т.е. частиц, состоящих их 2р и 2n. Пробег α-частиц в несколько сотен раз меньше β.

β – поток быстрых е. Пробег β-частиц в веществе составляет несколько мм.

γ – поток частиц (квантов) высокочастотного эл-магн излучения. Они обладают очень высокой проникающей способностью в веществе, их пробег в несколько есятков раз больше β.

Естественная радиоактивность - радиоактивность изотопов, находящихся в естеств условиях, искусственная радиоактивность – радиоактивный распад ядер при их бомбардировке элементарными частицами.

Процесс радиоактивного распада зависит только от внутреннего состояния ядра и не зависит от t, Р или магнитного поля, от вида химич соединения или его агрегатного состояния.

Рад.превращения протекают самопроизвольно и вероятность рад распада за единицу времени явл постоянной для каждого элемента.

, где N₀ и N_t – кол-во распадающихся ядер в начальный момент и во времени t.

Закон радиоактивного распада явл статистическим и строго выполняется только для большого (достаточно) числа распадающихся ядер. Если N не велико, то наблюдается статистические флуктуации, т.е. непрерывные колебания около средней величины. Величина, обратная λ_р, называется средним временем жизни рад изотопа τ

Взаимодействие γ-квантов с веществом.

При прохождении через вещество γ-кванты взаимодействуют с атомами, е и атомными ядрами среды. При этом γ-кванты либо полностью передают свою энергию и поглощаются веществом, либо теряют только часть своей энергии и продолжают движение с меньшей энергией.

Основные виды взаимодействия.

1. фотоэлектрическое поглощение γ-квантов (фотоэффект)

2. неупругое рассеяние γ-квантов на свободных или слабосвязанных электронах вещества (комптоновское рассеяние)

3. упругое рассеяние γ-квантов на связанные е вещества (релеевское рассеяние)

4. образование электронно-позитронных пар.

Фотоэффект протекает при Е_γ <0.5 МЭВ (небольшая). γ полностью передает свою Е е, е выбрасывается. Атом, потерявший е, оказывается в возбужденном состоянии, освободившийся уровень Е в атоме заполняется 1 из наружных е, при этом испускается квант рентгеновского излучения. Вероятность протекания фотоэффекта увеличивается с увеличением атомного номера хим элемента и уменьшением Е_γ.

Неупругое рассеяние. γ-квант передает е только часть Е. Е_γ¹<Е_γ. Углы рассеяния φ и θ тем меньше, чем больше Е. Вероятность протекания 0.3< Е_γ <3 МЭВ. Наиболее вероятно при Е_γ>0.5

Упругое рассеяние. В результате происходит перераспределение Е между γ-квантом и связанным е. е не выбрасывается за пределы атома, а γ-квант продолжает движение с уменьшенной Е.

Образование электронно-позитронных пар. Е_γ>1 МЭВ, γ-квант взаимодействует с гравитационным полем ядра, и этот процесс сопровождается излучением е и позитрона.

49. Взаимодействие нейтронов с веществом. Нейтронные св-ва пород

Нейтрон – эл нейтральная частица с m=1*10^-24 г., нестабильная ядерная частица, она распадается с периодом полураспада Т_1/2=1*10³ с с выделением Е=0.78 МЭВ на р, е и антинейтрино.

Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью в веществе. Это связано с тем, что нейтрон, не являясь заряженной частицей, не взаимодействует с е оболочками атомов, не отталкивается нуклоновским полем ядра. Нейтроны легко достигают ядер любых хим элементов, что приводит к ядерным реакциям.

По своей Е нейтроны разделяются на холодные Е_n=1*10^-8 МЭВ, тепловые Е=25*10^-8 МЭВ, надтепловые Е=(0.3-5)*10^-5, резонансные, промежуточные, быстрые Е=0.2-20

Нейтроны получают при помощи нейтронных источников. Они взаимодействуют с ядрами хим элементов, распространяясь в г.п.

Виды взаимодействия нейтронов я ядрами:

1. Упругое рассеяние. Происходит перераспределение Е между n и ядром по принципу соударения упругих шаров. Величина потери Е_n зависит от хар-ра столкновения и m_ядра. При центральном столкновении с ядром Н, n теряет половину своей Е, с О – 11%Е, с Si – 6%.

2. Неупругое рассеяние. Нейтрон сначала захватывается ядром, затем выбрасывается за пределы ядра и продолжает путь с меньшей Е, а ядро, захватившее и потерявшее n, на некоторое время остается в возбужденном состоянии, затем возвращается в исходное состояние и испусканием γ-кванта.

Неупругое рассеяние происходит только при взаимодействии быстрых n с веществом и преимущественно на тяжелых ядрах. На ядрах Н неупругое рассеяние маловероятно. В г.п. чаще имеет место упругое рассеяние на легких ядрах элементов.

Легкие хим элементы, имеющие малые массовые числа и обладающие мах замедляющей способностью, называются замедлителями (Н – аномальный замедлитель).

3. Радиационный захват. Быстрые n, распространяясь в окр среде, в процессе упругого и неупругого рассеяния теряют свою Е и превращаются в тепловые n, а тепловые n поглощаются ядрами хим элементов. Эта реакция поглощения тепловых n называется радиационным захватом. В результате захвата на 1 стадии образуются составные ядра, коорые в дальнейшем переходят в основное состояние и испусканием γ-квантов.

Радиационный захват возможен на ядрах любых хим элементов, но наиболее вероятен для тепловых и медленных n. Вероятность захвата растет с уменьшением Е_n. Аномальными поглотителями n являются B, Cd, Li, Cl. Радиационный захват сопровождается испусканием 1 или нескольких γ-квантов разных Е, при этом Е_γ может достигать 10МЭВ,

Для каждого хим элемента характерен свой собственный энерг спектр. Это свойство используется при определении состава г.п. Распределение n на расстоянии от источника зависит от n свойств пород и связано с их хим составом. Для большинства г.п. их замедляющие и поглощающие свойства определяются Н-содержанием. Поскольку Н содержится в пластовых флюидах, заполняющих поровое пространство, то замедляющие и поглощающие свойства пород определяются пористостью пород. Чем выше Н-сод-ние, тем быстрее убывает плотность n от источника.