Ядерно-физические методы изучения концентраций химических элементов

Ядерная геофизика

В ядерной геофизике изучают вызванную (наведенную) радиоактивность горных пород, для этого их облучают гамма- или нейтронным излучением различной энергии, возникающие при этом искусственные (наведенные) поля характеризуют химический элементный состав и физические свойства пород. Существует много методов наведенной радиоактивности, в их названиях на первом месте ставят вид излучаемого поля, а на втором – вид регистрируемого поля (например – гамма-гамма метод или гамма-нейтронный метод).

Гамма-гамма метод (ГГМ) основан на измерении рассеянного горными породами гамма-излучения от внешнего источника. При малой энергии излучения (мягкое излучение) ГГМ применяется для избирательного выявления тех или иных рудных элементов (селективный метод), при значительных энергиях (жесткое излучение) – для интегрального определения плотности горных пород (плотностной метод). ГГМ применяется на образцах горных пород, в обнажениях, горных выработках, шпурах и скважинах.

Гамма-нейтронная съемка – регистрация нейтронного поля, возникающего от источника гамма-излучения; применяется в пешеходном и автомобильном вариантах для поиска и разведки бериллия и определение дейтерия в воде при гидрогеологических исследованиях.

Нейтронная гамма-съемка – регистрация гамма-излучения, возникающего при облучении горных пород от нейтронного источника. Применяется в пешеходном и автомобильном вариантах для поиска боросодержащих полезных ископаемых, в производной модификации (активационно-нейтронная съемка) – для поиска фторсодержащих минералов (апатита, фосфорита, флюорита).

Радиогидрогеологическая съемка – изучение распределения урана и продуктов его распада в поверхностных и подземных водах на отобранных пробах.

Методы ядерно-геофизического опробования применяются при определении содержания тех или иных элементов в горных породах, рудах и их концентратах на рудниках и горно-обогатительных комбинатах.

Изучение энергетических спектров естественного и вызванного гамма-излучения и наведенной радиоактивности позволяет определить концентрации основных породообразующих и флюидообразующих элементов (водорода, углерода, кислорода, натрия, алюминия, кремния, серы, кальция, железа), а также индикаторных элементов (урана-радия, тория, калия, хлора). На этой основе можно установить минералогический состав скелета горной породы, компонентный состав пластового флюида по измерениям в открытом стволе и даже в обсаженной скважине. Компонентный состав порового флюида определяется по основным флюидообразующим элементам (водороду, углероду и кислороду) и поэтому - независимо от минерализации пластовых вод.

Спектрометрия обеспечивает также экономически эффективное, оперативное и бесконтактное выявление и определение концентраций наиболее опасных элементов-загрязнителей геологической среды (бериллия, фтора, хрома, мышьяка, кадмия, ртути, таллия, свинца и др.) при проведении эколого-геохимического картирования предполагаемых очагов загрязнения.

Наибольшее распространение получили следующие спектрометрические методы определения концентраций химических элементов.

Рентгенорадиометрический метод - заключается в изучении спектров характеристического рентгеновского излучения при облучении горных пород мягким гамма-излучением (небольших энергий). Позволяет определить содержание в породах железа, свинца, магния, молибдена, сурьмы, олова, хрома, ванадия, цинка и др.

Метод неразрушающий, результаты его не зависят от химического и агрегатного состояния анализируемого объекта. Обычно регистрируют характеристическое рентгеновское излучение, испускаемое возбужденными атомами определяемого элемента. Энергия этого излучения зависит от атомного номера элемента, а интенсивность пропорциональна его концентрации.

Содержание элемента в исследуемом объеме уточняют сравнением с эталоном и с учетом физических свойств и геометрических параметров.

Основные достоинства - простота проведения многоэлементного анализа и анализа тяжелых элементов; компактность, надежность и экономичность анализирующей аппаратуры. Разработаны портативные приборы, снабженные набором различных типов датчиков, позволяющих проводить определения многих элементов без отбора проб, в продуктах переработки минерального сырья, в сплавах, в биологических и других объектах. Рентгенорадиометрические анализаторы применяли для исследования элементного состава пород на Луне и Венере.

Нейтронный активационный метод - заключается в изучении интенсивности спада гамма-излучения радиоактивных изотопов, образовавшихся в результате облучения горной породы источником нейтронов. Дает возможность определять наличие и содержание химического элемента в породе при условии, что он способен активироваться. Для решения конкретной задачи предварительно изучают активность определенного элемента.

Метод используется для определения положения водонефтяного контакта по активации кислорода, хлора, натрия или ванадия, а также для определения присутствия того или иного специфического элемента, характеризующего литологический тип породы или полезного ископаемого.

Вопросы для самоконтроля

Что такое ядерная геофизика, какую информацию и каким образом она позволяет получить?

Как подразделяется ЯГФ?

Какая аппаратура используется в ЯГФ?

Какие излучения изучает радиометрия?

На чем основан гамма-метод, как он осуществляется и для чего используется?

Что измеряют при выполнении эманационной съемки, как она осуществляется, что позволяет определить и какие задачи решает?

Что такое мюонный метод?

Что и как изучают в собственно ядерной геофизике?

Каким образом изучают вызванную радиоактивность горных пород и что она характеризует?

В чем заключаются селективный и плотностной гамма-гамма методы?

Что такое гамма-нейтронная и найтронная гамма- съемки, для чего они применяются?

Какую информацию позволяет получить изучение энергетических спектров радиоактивного излучения?

Какие спектрометрические методы получили наибольшее распространение и что они позволяют определять?

Дата добавления: 2014-12-07