8. Ядерно-фізичні методи та радіометрична апаратура. Вимірювання радіоактивності в лабораторних умовах (4 год.)

1. Ядерно-фізичні методи дослідження гірських порід.

2. Апаратура для вимірювання радіоактивності в польових та лабораторних умовах.

3. Проведення досліджень зразків та проб порід на визначення інтенсивності γ та β-випромінювання.

У залежності від вимірювальної фізичної величини польова реєструюча апаратура може бути поділена на такі типи:

• радіометри – прилади, які вимірюють інтенсивність, щільність потоку і потужність радіоактивного випромінювання,

• спектрометри чи радіометри-аналізатори, які реєструють спектри гамма-випромінювання;

• еманометри – прилади для вимірювання концентрації радіоактивних еманацій.

Зйомку поділяють на оглядово-рекогносційну, дрібномасштабну, середньомасштабну, крупномасштабну і детальну.

Серед всього різноманіття польових радіометричних методів виділяють наступні основні різновиди:

• еманаційний;

• радіогідрогеологічний;

• уранометричний;

• радіобіохімічний;

• гамма-методи;

• метод підземної реєстрації космічних випромінювань.

Еманаційна зйомка

Пошуки радіоактивних руд методом еманаційної зйомки засновані на дослідженнях розподілу радіоактивних еманацій в рихлих відкладах шляхом відбору і аналізу проб підгрунтового повітря. Крім пошукових цілей еманаційна зйомка успішно застосовується для виявлення і простеження зон тектонічних порушень, контактів порід, зон дроблення тощо.

У залежності від глибини відбору проб розрізняють два види еманаційних зйомок:

а) звичайна еманаційна зйомка з відбором проб з бурок глибиною 0,81 м, які проходять вручну або з застосуванням механічних засобів;

б) глибинна еманаційна зйомка з відбором проб із шпурів глибиною від 1,5 до 10 м і більше, які проходять за допомогою самохідних бурових установок (автокрани, вібробури, СУГП-10 та інші).

Однак за рахунок зон, які добре проводять радон, вона може досягати десятків метрів. Радонова зйомка використовується також для вивчення радіоактивного забруднення.

Радіогідрогеологічні методи.

Сутність їх складається у відборі на досліджуваній території проб поверхневих, ґрунтових або підземних вод, визначення в них вмісту радіоактивних елементів, виділенні аномальних концентрацій. Всі природні води вміщують, в тих чи інших кількостях, радіоактивні елементи. Надходження останніх у водні розчини зобов’язано розчиненню та вилуговуванню цих елементів з гірських порід та руд при просочуванні вод.

Уранометрична зйомка.

Задачею зйомки є пошуки ореолів та потоків розсіювання уранових родовищ в гірських породах, водах, попелу рослин. Уранометрична зйомка заснована на прямій індикації урану в пробах і використовується в комплексі з - та -польовими та лабораторними методами.

У залежності від характеру об’єкту вивчення та цілей робіт використовуються три різновиди методу:

1. метод донних опадів – пошуки потоків розсіювання урану в алювіальних та пролювіальних відкладах постійних та тимчасових потоків;

2. пошуки вторинних ореолів розсіювання в елювіально-делювіальних відкладах;

3. виявлення первинних ореолів урану в корінних породах

Радіобіогехімічні пошуки.

Їх сутність полягає в знаходженні аномалії вмісту урану в попелі рослин, шляхом їх систематичного опробовування і аналізу. Теоретичною основою методу є залежність хімічного та видового складу рослин від хімічного складу ґрунтів та гірських порід.

У теперішній час існує декілька біогеохімічних методів:

1. геоботанічний;

2. метод індикаторних рослин;

3. морфометричний;

4. власне біогеохімічний;

5. грунтово-металометричний або уранометричний.

Метод підземної реєстрації космічних випромінювань

До підземних методів вивчення природної радіоактивності, крім гамма-методів, можна віднести метод підземної реєстрації космічних випромінювань мюонів (ПРКІ), або геокосмічний метод. Він заснований на вивченні жорсткої (мю-мезонової або мюонової) компоненти космічного випромінювання в гірських виробках і свердловинах.

Для вимірювання потоку мюонів в гірських виробках використовують геокосмічні телескопи. Вони являють собою набори касет (4 штуки), в кожній з яких змонтовано до десяти газорозрядних лічильників. Після введення поправок за рельєф земної поверхні для кожної точки розраховують інтенсивність потоку мюонів в одиницю часу. За допомогою спеціальних градуювальних кривих графіки уздовж профілів спостережень перераховують в глибини водного еквівалента. Якщо відомі (за даними маркшейдерської прив'язки) істинні глибини розташування пунктів спостереження, то можна визначити середню густину порід між земною поверхнею і точкою спостереження.

Гамма-радіометричні методи

Суттєвою особливістю цих методів є проведення дистанційних досліджень у зв’язку зі значною проникаючою здатністю -випромінювання. Основними різновидами цих методів є:

• аерогаммарадіометричний метод;

Для робіт використовують комплексні аерогеофізічні станції, в яких є аерогамма-спектрометр для вимірювання інтенсивності випромінювання різних енергій (зазвичай з урану, торію, калію-40).

Методика аерогамма-зйомки зводиться до безперервної реєстрації природного гамма-випромінювання різних енергій на висоті h. Для врахування висоти польоту за допомогою спеціальних поправочних коефіцієнтів I_γh перераховують на рівень земної поверхні I_γ.

У результаті аерогамма-спектрометричної зйомки розраховують аномалії різних енергій, що дозволяють виділити уранову, торієвої і калієву складові радіоактивного поля. Далі будують карти графіків, а інколи карти ΔI_γ.

• автомобільна -зйомка;

Роботи проводять за допомогою автогамма-спектрометрів (АГС-3, АГС-4). Чутливість автогамма-зйомки значно вище, ніж у аерогамма-зйомки, завдяки наближенню станції до об'єкта дослідження. З її допомогою проводять як деталізацію аерогамма-аномалій, так і їх первинний пошук.

• пішохідна -зйомка;

Її проводять за допомогою польових радіометрів і спектрометрів (СРП-68, СП-88). Так як в середньому глибинність пішохідної гамма-зйомки не перевищує 1 м, для підвищення глибинності вивчення перспективних на радіоактивні руди ділянок проводять глибинну гамма-зйомку, при якій гамма-випромінювання порід визначають в шпурах (бурках) глибиною до 1 м, а іноді в свердловинах глибиною до 25 м.

• методи радіометричного опробування і гамма-каротаж.

Для оцінки вмісту в зразках і стінках гірничих виробок урану, радію, торію та інших радіоактивних елементів найчастіше вивчають порошкоподібні проби з стовчених зразків порід. Бета-і гамма-активність однакових об’ємів проби і еталона (наприклад, уранова руда слаборадієва) вимірюють з допомогою будь-якого радіометра. Порівнюючи інтенсивність випромінювань за приладами і знаючи вміст радіоактивного елемента в еталоні, можна оцінити еквівалентний вміст цих елементів у пробі гірських порід. Роздільний вміст в зразках порід урану, торію, калію може бути визначено за допомогою гамма-спектрометричного аналізу.