Способы измерения g- и нейтронных полей.

 

Существуют различные способы измерения радиоактивных излучений. Все они основаны на эффектах, прямо или косвенно связанных с ионизацией и возбуждением атомов, возникающих при взаимодействии излучений с веществом. Наибольшее распространение получили детекторы, в которых энергия излучения тем или иным способом преобразуется в электрическую (ионизационные, полупроводниковые и трековые).
Действие ионизационных камер и газоразрядных счетчиков основано на использовании ионизирующего действия излучений на газы. При ионизации газа появляется электрический ток. При этом заряженные частицы ионизируют газ сами, а g - кванты и нейтроны, лишенные заряда, вызывают ионизацию благодаря вторичным заряженным частицам, образующимся в результате поглощения g-квантов с образованием электронов или поглощения нейтронов с образованием a - частиц или протонов.

Счетчики, действие которых основано на ионизации газов, конструктивно представляют собой наполненные газом баллоны с двумя электродами (ионизационные камеры). В газоразрядных счетчиках одним из электродов является металлический (или металлизированный стеклянный) баллон. К электродам приложена разность потенциалов. Под действием излучения на стенку баллона в нем появляются ионы, которые начинают двигаться в электрическом поле: положительные ионы - к катоду, отрицательные - к аноду. Появляется электрический ток, который можно измерить индикатором. В современной аппаратуре, предназначенной для регистрации

g-излучения, используют преимущественно твердотельные сцинтилляционные детекторы.

С ц и н т и л л я ц и о н н ы й д е т е к т о р ( рис. ) состоит из люминофора (фосфó ра), в котором под действием g-квантов возникает эмиссия фотонов (сцинтилляции) и фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), преобразующего их в электрические импульсы. Число фотонов в одной сцинтилляции пропорционально поглощенной энергии. Люминофор соединяется с ФЭУ обычно через светопровод. Для измерения g - излучения используют в качестве люминофора кристалл NaJ, активированный Tl. Эффективность регистрации g-квантов с энергией менее 0, 2 МэВ попавших на детектор - около 100%; по мере увеличения энергии квантов эффективность регистрации постепенно снижается и для квантов с энергией 1-2 Мэв эффективность составляет 50-60%.

Процесс формирования сигнала в сцинтилляционных детекторах, как и других приемниках излучения носит статистический характер. Это приводит к тому, что даже при одинаковой энергии g -квантов амплитуды сигналов на выходе оказываются различными. Форма амплитудного распределения пикообразная, поэтому g - кванты с близкими энергиями могут давать сливающиеся или трудноразрешимые пики. Отношение ширины пика (линии) на уровне половины его амлитуды к средней амплитуде импульса (энергии g - гамма кванта) называется амплитудным разрешением детектора и выражается в процентах w =(DЕ/E) %.

 

Рис.. Форма амплитудного распределения импульсов.

 

П р о п о р ц и о н а л ь н ы е д е т е к т о р ы характеризуются линейной зависимостью амплитуды импульса от первичного заряда, что позволяет не только регистрировать ионизирующие излучения, но и изучать их природу и распределение по энергиям. Их широко применяют в ядерной геофизике для регистрации медленных нейтронов и изучения спектрального состава мягкого g - излучения. В детекторах нейтронов в материал катода или в газ-наполнитель добавляют вещество, атомы которого, взаимодействуя с нейтронами, выделяют заряженные частицы (3He или BF3), способные вызывать ионизацию. При поглощении медленных нейтронов этими веществами образуются протоны или a - частицы. Пропорциональные детекторы мягкого g -излучения имеют тонкостенные окна из металлической фольги и заполняются смесью аргона и молекул спирта при пониженном давлении.

Для измерения мощности дозы ядерных излучений применятся р а д и о м е т р ы. При попадании излучения в детектор на его выходе образуются импульсы электрического тока и напряжения, которые усиливаются предварительным усилителем. Далее, после усиления и дискриминации (для отделения шумовых импульсов), они формируются по амплитуде и длительности (стандартизируются) и подаются на индикатор, показания которого пропорциональны скорости счета, т.е. числу импульсов в единицу времени. Для функционирования прибора необходим источник высокого напряжения, которое в полевых приборах получают от преобразователей, питающихся от батарей сухих элементов или аккумуляторов.

Измерение энергетического распределения g -квантов производится г а м м а -с п е к т –

р о м е т р а м и. Их основу составляют детектор, амплитуда импульсов на выходе которого пропорциональна энергии излучения и амплитудный анализатор. Последний обычно используют в дифференциальном режиме работы, когда выделяют импульсы в нешироком интервале амплитуд ( энергий). В современной аппаратуре используют обычно многоканальные амплитудные анализаторы.

Для отбора проб почвенного воздуха, определения в пробах концентрации и природы эманаций при эманационной съемке применяют эманометры. Э м а н о м е т р ы состоят из пробоотборника, поршневого насоса, сцинтилляционной камеры, измерительного пульта и соединительных резиновых трубок. Определение концентраций эманации основано на регистрации a-частиц, излучаемых радиоактивными элементами пробы с помощью открытого сцинтилляционного детектора. Последний состоит из эманационной камеры и ФЭУ. Поглощаясь люминофором (ZnS активированным Ag), покрывающим тонким слоем внутрение стенки камеры, a-частицы вызывают световые вспышки. Эти вспышки преобразуются ФЭУ в импульсы тока и регистрируются электронной схемой, аналогичной схеме радиометров.

 

Радиометрические методы разведки.

 

Радиометрические методы используются на всех стадиях геологоразведочных работ. Из полевых методов поисков и разведки широко применяют гамма- и эманационные методы. Общим недостатком гамма-методов является небольшая глубинность исследований, не превышающая 50 см при плотности пород 2 г/см3. Поэтому их применение эффективно лишь на обнаженных участках или районах с малой мощностью рыхлых экранирующих образований элювиально-делювиального происхождения.

Первичным объектом поисков являются ореолы рассеяния рудных тел. Нижний предел аномальной g -активности Р_ан оценивают по величине нормального фона Р_нф под которым понимают сумму космического излучения, остаточного фона прибора и излучения пород с кларковыми содержаниями радионуклидов с учетом колебания этой величины s _нф по формуле Р_ан = Р_нф + 3s_нф.

 

Аэрогамма - съемка.

 

Аэрогамма- съемка - скоростной метод геологического картирования, а также поисков месторождений радиоактивных руд и парагенетически или пространственно связанных с U и Th нерадиоактивных полезных ископаемых (TR, Ta, Nb, P, Mo, Sn, Al и других).

На современном этапе ее выполняют в комплексе с магниторазведкой и электроразведкой. Съемки выполняют в масштабах 1: 50000 - 1: 10000 при высоте полета не более 75 м. При проведении съемок используют станции, аэрогамма спектрометры которых выполняют измерения в 4-х энергетических интервалах ( три из них измеряют усредненные по площади концентрации U (Ra), Th и K, а четвертым является канал общего счета (интенсивности) g-квантов. Одновременно получают данные магнито- и электроразведочного каналов.

По результатам съемок строят карты распределения содержаний U (Ra), Th и K и выделяют аномальные участки, после чего выделяют наиболее перспективные из них для наземной проверки.

При геологическом картировании аэрогамма- съемка применяется для выделения комплексов пород, обладающих характерными особенностями распределения радиоактивных элементов. Можно картировать породы гранитного состава, основные, ультраосновные, осадочные, обогащенные глиной и органикой, а также с низкими содержаниями радиоактивных элементов ( кварциты, известняки).

Использование гамма- съемка для поисков нерадиоактивных элементов основывается на существовании частых связей полезных ископаемых с U и Th. Частая, но непостоянная связь прослеживается между содержаниями U и Th с месторождениями Мо, S, W, фосфоритов, пегматитов с редкоземельными элементами цериевой группы и другими элементами. Для Al месторождений характерны повышенные кларки U и Th и пониженные - калия.

Автогамма-съемка применяется на равнинных слабозалесенных территориях, где развиты открытые вторичные ореолы рассеяния. Используются автомобильные четырехканальные гамма-спектрометры. Съемку проводят по правильной сети в масштабах 10000, 1: 5000 (1: 2000) на скорости 12-15 км/ч. и при 3-4 км/ч при детализации.

Результаты представляют в виде планов и графиков мощности экспозиционной дозы и концентраций радиоактивных элементов. Их интерпретация проводитсяв комплексе с геологическими данными.

Пешеходная гамма-съемка используется на всех этапах поисковых работ на территориях с хорошо расчлененным рельефом, хорошо развитой современной гидросетью и со сравнительно хорошей обнаженностью и наличием элювиально-делювиальных непромытых отложений. Используются п о в е р х н о с т н а я, ш п у р о в а я и с п е к т р о м е т р и ч е с к а я съемки.

Поверхностную съемку выполняют с целью поисков месторождений урана по маршрутам вкрест простирания пород и тектонических зон, контролирующих оруденение.

Шпуровую съемку используют на перспективных территориях при мощности наносов, превышающей 1, 5-2 м. Ее проводят на забоях шпуров глубиной до 1 м по заранее разбитой сети наблюдений.

Спектрометрическую гамма-съемку проводят на поверхности и в горных выработках в пределах g-аномалий для изучения их природы. Для определения содержаний U (Ra), Th и K используют энергии их g-излучения ( соответственно 1, 76, 2, 62 и 1, 46 Мэв). В каждой точке проводятся измерения интенствности в пределах указанных энергетических окон ( " К", " Р" , " Т" ). Содержания q U, qTh, q K вычисляются из решения системы уравнений:

N₁ = a₁ qU + b₁ q Th + c₁ qK

N₂ = a₂ qU + b₂ q Th ( )

N₃ = b₃ qTh,

где а1, 2.3 b1 2, c1- градуировочные коэффициенты от единичных концентраций U (Ra), Th и K в соответствующих каналах; N1, N2, N3- скорости счета по каналам.

Результаты гамма-съемок изображают в виде карт аномалий, представляя в виде изолиний мощности дозы g-излучения или (для гамма-спектрометрии) в виде изолиний концентраций U (Ra), Th и K в масштабе съемки.

Морские съемки используют для геологического картирования дна, поисков россыпных месторождений, парагенетически связанных с радиоактивными элементами в зоне шельфа.

Эманационная съемка основана на исследовании распределения радиоактивных газов-эманаций радона и торона в рыхлых отложениях. Для этого используют: а) традиционную эманационную съемку с отбором проб почвенного воздуха и измерением альфа-излучения эманации и продуктов распада ( RaA и RaC' ); б) трековую съемку с экспонированием в течение 25-30 суток пленочного детектора в закопушках и последующего считывания числа треков-следов a-частиц, образовавшихся на детекторе под воздействием на него a-излучения нуклидов Rn и Tn и их продуктов распада; и в) способ активного налета (САН), заключающийся в измерении a-активности дочерних продуктов распада Rn, осевших на адсорбенте. Эманационная съемка может применяться на всех стадиях поисково-разведочных работ, но, в основном, это метод детальных поисков газовых ореолов радиоактивных руд. Ее применяют также для решения задач геологического картирования (для обнаружения зон тектонических нарушений, зон трещиноватости и т.д.) при мощности рыхлых отложений 6-10 м ( для радонового метода).

Для проведения традиционной эманационной съемки используются полевые эманометры, позволяющие определять концентрации Rn в беккерелях на литр (Бк/л или Бк/м³). Отбор почвенного воздуха производится с помощью конусообразного пробоотборника и всасывающего насоса с глубины 0, 8 м, для чего предварительно пробивают шпуры. После отбора пробы краны прибора закрывают и производят отсчет " мгновенной" активности no. Через 3 минуты после введения эманации в камеру производят второй отсчет. На аномалиях радоновой природы значения отсчетов близки, на тороновых аномалиях второй отсчет в несколько раз меньше.

Результаты эманационной съемки представляют в виде планов графиков или карт изо-концентраций эманаций. Результаты трековой съемки представляют числом треков на 1 мм² поверхности пленки, отнесенных к времени экспозиции (30 сут).

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: