Astronet > Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory. Chast' 1

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

Glava 6. Yadernaya geofizika

15. Fiziko-himicheskie i geologicheskie osnovy yadernoi geofiziki

15.1. Obshie svedeniya o radioaktivnosti

15.2. Radioaktivnost' gornyh porod i rud

15.3. Yaderno-fizicheskie svoistva gornyh porod

16. Apparatura i metody yadernoi geofiziki

16.1. Apparatura v yadernoi geofizike

16.2. Radiometricheskie metody razvedki

16.3. Yaderno-geofizicheskie metody

Yadernaya geofizika ob'edinyaet fizicheskie metody poiskov i razvedki radioaktivnyh rud po ih estestvennoi radioaktivnosti (radiometriya) i poelementnogo analiza gornyh porod putem izucheniya vyzvannoi radioaktivnosti (yaderno-geofizicheskie metody). Nahodyas' na styke mezhdu geofizikoi i geohimiei, ona po svoei sushnosti, metodike i tehnike nablyudenii otnositsya k geofizicheskim metodam, hotya reshaet nekotorye geohimicheskie zadachi. Yadernaya geofizika otlichaetsya "blizkodeistviem", t.e. maloi glubinnost'yu issledovanii (desyatki sm po porode) vsledstvie bystrogo poglosheniya yadernyh izluchenii okruzhayushimi porodami i vozduhom. Odnako produkty radioaktivnogo raspada sposobny migrirovat', obrazuya vokrug porod i rud gazovye, vodnye i mehanicheskie oreoly rasseyaniya, po kotorym mozhno sudit' o radioaktivnosti korennyh porod.

Osnovnymi metodami radiometrii yavlyayutsya gamma-s'emka (GS), prednaznachennaya dlya izucheniya intensivnosti gamma-izlucheniya, i emanacionnaya s'emka (ES), pri kotoroi po estestvennomu al'fa-izlucheniyu pochvennogo vozduha opredelyayut koncentraciyu v nem radioaktivnogo gaza - radona. Gamma-metody (GM) sluzhat dlya poiskov i razvedki ne tol'ko radioaktivnyh rud urana, radiya, toriya i drugih elementov, no i parageneticheski ili prostranstvenno svyazannyh s nimi neradioaktivnyh poleznyh iskopaemyh (redkozemel'nyh, metallicheskih, fosfatnyh i dr.). S ih pomosh'yu mozhno opredelyat' absolyutnyi vozrast gornyh porod. Gamma- i emanacionnuyu s'emki ispol'zuyut takzhe dlya litologicheskogo i tektonicheskogo kartirovaniya i resheniya drugih zadach.

K yadernoi geofizike otnositsya tak nazyvaemyi geokosmicheskii metod, osnovannyi na podzemnoi registracii kosmicheskih myuonov (myu-mezonov).

Iskusstvennaya radioaktivnost' voznikaet pri obluchenii gornyh porod i sred gamma-kvantami ili neitronami. Izmeryaya te ili inye harakteristiki navedennogo polya, mozhno sudit' o gamma- i neitronnyh svoistvah gornyh porod, kotorye opredelyayutsya himicheskim sostavom elementov i fizicheskimi svoistvami porod. Sushestvuet mnozhestvo iskusstvennyh yaderno-fizicheskih metodov opredeleniya himicheskogo sostava i fizicheskih svoistv gornyh porod, osnovannyh na ispol'zovanii libo neitronov (neitron-neitronnye, neitron-gamma i dr.), libo gamma-izluchenii (gamma-gamma, gamma-neitronnyi, rentgenoradiometricheskii i dr.).

Metody yadernoi geofiziki podrazdelyayut na vozdushnye, polevye, podzemnye, laboratornye, no naibol'shee primenenie nahodyat skvazhinnye yadernye metody.

15. Fiziko-himicheskie i geologicheskie osnovy yadernoi geofiziki

15.1. Obshie svedeniya o radioaktivnosti

15.1.1. Estestvennaya radioaktivnost'.

Samoproizvol'nyi raspad neustoichivyh atomnyh yader, spontanno prevrashayushihsya v yadra drugih elementov i soprovozhdayushiisya ispuskaniem al'fa-, beta-chastic, gamma-kvantov i drugimi processami, nazyvaetsya estestvennoi radioaktivnost'yu. Izvestno bolee 230 radioaktivnyh izotopov razlichnyh elementov, nazyvaemyh radioaktivnymi nuklidami (radionuklidami). Radioaktivnost' tyazhelyh metallov s poryadkovym nomerom v tablice Mendeleeva, bol'shim 82, svoditsya k posledovatel'nym prevrasheniyam odnih elementov v drugie i zakanchivaetsya obrazovaniem ustoichivyh neradioaktivnyh izotopov. Osnovnymi radioaktivnymi ryadami ili semeistvami tyazhelyh elementov yavlyayutsya ryady urana-238, urana-235, toriya-232. Perechislennye elementy (ih nazyvayut materinskimi radionuklidami) yavlyayutsya rodonachal'nikami semeistv i otnosyatsya k dolgozhivushim: u nih period poluraspada ( $T_{1/2}$ ), t.e. vremya, neobhodimoe dlya togo, chtoby chislo atomov umen'shilos' vdvoe, sostavlyaet 4,5*10⁹; 7,13*10⁸; 1,39*10¹⁰ let sootvetstvenno. V sostav semeistv urana vhodyat takie dochernie radionuklidy, kak radii ( $T_{1/2}$ = 1620 let) i samyi dolgozhivushii radioaktivnyi gaz - radon ( $T_{1/2}$ = 3,82 cut). Konechnym produktom prevrashenii urana yavlyaetsya neradioaktivnyi radiogennyi svinec.

Krome radioaktivnyh semeistv, imeyutsya odinochnye radionuklidy, v kotoryh radioaktivnyi raspad ogranichivaetsya odnim aktom prevrashenii. Sredi nih naibolee rasprostranen kalii-40 ( $T_{1/2}$ = 1,4*10⁹ let). V celom v zemnoi kore povysheny koncentracii sleduyushih treh radioaktivnyh elementov: urana (2,5*10^-4 %), toriya (1,3*10^-3 %) i kaliya-40 (2,5 %). Poetomu v radiometrii izuchayut tol'ko eti elementy. Oni nahodyatsya v gornyh porodah v rasseyannom sostoyanii v vide izomorfnyh primesei i samostoyatel'nyh mineralov.

15.1.2. Parametry radioaktivnosti.

Radioaktivnyi raspad kak process prevrasheniya odnih izotopov v drugie obuslovlen vnutrennim sostoyaniem atomnyh yader, ne zavisimym ot vneshnih uslovii. Eto process sluchainyi, t.e. sobytie vyleta chasticy iz yadra, preodolev yadernoe prityazhenie, nosit veroyatnostnyi harakter. Radioaktivnyi raspad harakterizuyut sleduyushie parametry.

1. Period poluraspada. Period poluraspada ( $T_{1/2}$ ), kotoryi u razlichnyh elementov izmenyaetsya v ochen' shirokih predelah - ot 10^-6 do 10¹⁰ let. Dlya kazhdogo elementa on yavlyaetsya opredelennoi i postoyannoi velichinoi i mozhet sluzhit' ego diagnosticheskim priznakom. V yadernoi fizike izvestna sleduyushaya formula:

$N = {N}_{0} \cdot {e}^{-0,693 t / T_{1/2}},$

(6.1)

ustanavlivayushaya svyaz' mezhdu nachal'nym chislom atomov kakogo-libo radioaktivnogo elementa $N_{0}$ v moment ego obrazovaniya i chislom atomov $N$ etogo zhe elementa spustya vremya $t$ , naprimer, v nastoyashee vremya. Mezhdu dolgozhivushim materinskim nuklidom s chislom atomov $N_{M}$ i periodom poluraspada $T_{1/2m}$ i dochernim elementom s $N_{d}$ i $T_{1/2d}$ sushestvuet radioaktivnoe ravnovesie, vyrazhaemoe uravneniem:

$N_{M} T_{1/2d} = N_{d} T_{1/2m},$

(6.2)

poluchennym iz sootnoshenii (6.1) i pozvolyayushim opredelit' kakoi-nibud' odin parametr, esli izvestny tri drugih. Iz (6.1) mozhno poluchit' skorost' raspada $N$ yader

$V=-dN/dt=N_{0} 0,693/T_{1/2} =N_{0} \lambda,$

gde $\lambda = T_{1/2 } / 0,693$ - postoyannaya raspada, t.e. skorost' raspada ( $V = \lambda N_{0}$ ), proporcional'na chislu yader v nachale raspada i postoyannoi raspada.

2. Sostav estestvennyh izluchenii. Estestvennaya radioaktivnost' sostoit iz al'fa-, beta-, gamma-, neitronnyh i drugih izluchenii.

Al'fa-izluchenie predstavlyaet soboi potok polozhitel'no zaryazhennyh chastic (yader atomov geliya), energiya kotoryh na dline puti okolo 10 sm v vozduhe i dolei millimetrov v porode tratitsya na ionizaciyu i nagrevanie okruzhayushei sredy, poetomu pronikayushaya sposobnost' u nih ochen' mala.

Beta-izluchenie predstavlyaet soboi potok elektronov i pozitronov, energiya kotoryh tratitsya na ionizaciyu i vozbuzhdenie atomov okruzhayushei sredy. V rezul'tate oni rasseivayutsya (eto privodit k oslableniyu ih intensivnosti) i pogloshayutsya (teryayut svoyu energiyu) na dline puti, v 100 raz bol'shei, chem al'fa-izluchenie.

Gamma-kvanty predstavlyayut soboi potok elektromagnitnogo izlucheniya ochen' vysokoi chastoty ( $f \gt$ 10¹⁸ Gc). Hotya oni takzhe rasseivayutsya i pogloshayutsya okruzhayushei sredoi, no blagodarya svoei elektricheskoi neitral'nosti otlichayutsya eshe bolee vysokoi pronikayushei sposobnost'yu (sotni metrov v vozduhe i do metra v gornyh porodah).

Krome perechislennyh izluchenii, radioaktivnyi raspad mozhet soprovozhdat'sya zahvatom nekotorymi yadrami elektronov iz sobstvennyh obolochek atomov (K i L-zahvat) s vozniknoveniem myagkogo i rentgenovskogo gamma-izluchenii, spontannymi izlucheniyami yader neitronov i drugimi processami.

K izlucheniyam, shiroko ispol'zuemym v yadernoi geofizike, otnositsya neitronnoe izluchenie. Ono voznikaet pri yadernyh reakciyah (naprimer, v smesi poloniya i berilliya) ili sozdaetsya s pomosh'yu upravlyaemyh generatorov neitronov, ciklotronov i dr. Iz vseh vidov izluchenii neitronnoe obladaet naibol'shei pronikayushei sposobnost'yu. Odnako neitrony zamedlyayutsya v processe rasseyaniya, a zatem pogloshayutsya sredoi, t.e. zahvatyvayutsya yadrami atomov za vremya ot mikrosekund do millisekund. V svoyu ochered', zahvat soprovozhdaetsya mgnovennym ispuskaniem gamma-kvantov i drugih chastic.

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Protivosumerechnye luchi i festival' planet Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Vse publikacii na tu zhe temu >>

Mneniya chitatelei [5]

Versiya dlya pechati

Astrometriya - Astronomicheskie instrumenty - Astronomicheskoe obrazovanie - Astrofizika - Istoriya astronomii - Kosmonavtika, issledovanie kosmosa - Lyubitel'skaya astronomiya - Planety i Solnechnaya sistema - Solnce