Радиометрия

 

Радиометрические методы разведки (радиометрия) — это методы поисков, разведки радиоактивных руд, их радиометрического опробования, а также решения других картировочно-поисковых задач, основанные на изучении естественной радиоактивности руд и горных пород.

Общая характеристика радиометрии. Возможность радиоактивной разведки обусловлена, с одной стороны, разной радиоактивностью руд и пород, а с другой — миграцией радиоактивных элементов и продуктов распада с помощью подземных вод и подпочвенного воздуха. Так как глубинность радиометрии невелика (до 1 м), объектом поисков чаще являются ореолы рассеяния радиоактивных элементов. Из всех видов радиоактивных излучений наибольшей проникающей способностью обладают гамма-кванты, поэтому в радиометрии применение нашли в основном методы гамма-съемки.

Эти методы изучают интенсивность естественного гамма-излучения, а чаще — его спектральный энергетический состав.

Эффективность обнаружения радиоактивных руд с помощью гамма-съемки зависит не только от интенсивности гамма-излучения Iγ разведываемых руд, но и от уровня нормального фона I_нф. Он обусловлен натуральным фоном радиоактивности перекрывающих рудное тело пород I_нфп и остаточным фоном за счет космического излучения и «загрязненности» прибора I_ост, т.е. I_нф = I_нфп + I_ост.

Остаточный фон определяют по данным гамма-съемок на участках, где расположены заведомо нерадиоактивные породы (известняки, кварцевые пески), или на поверхности акваторий рек и озер.

К методам радиометрии относятся воздушная, автомобильная, пешеходная, глубинная гамма-съемки, радиометрический анализ проб горных пород, эманационная съемка, а также методы опробования, предназначенные для оценки концентрации радиоактивных элементов в обнажениях и горных выработках. В горных выработках изучают также жесткую компоненту космического излучения.

В настоящее время известно более 50 естественных радиоактивных элементов. К ним относятся тяжёлые элементы, входящие в состав радиоактивных семейств, и более лёгкие радиоактивные элементы, распад которых ограничивается одним звеном превращений.

В число первых входят элементы семейств урана ²³⁸U, актиноуранаАсU (²³⁵U), тория ²³²Th и нептуния ²³⁷Np. Представители последнего ряда в природе встречаются в ничтожно малых количествах.

Родоначальники семейств характеризуются самыми большими массовыми числами и относятся к наиболее долгоживущим. Во всех случаях в результате распада образуются всё более лёгкие элементы. В первой половине цепи превращений каждого семейства распад сопровождается преимущественно испусканием α-частиц, во второй половине преобладает β-распад. В середине цепи превращений каждого семейства имеются радиоактивные газы – эманации, относящиеся к группе инертных. За эманациями следуют группы короткоживущих элементов, часть атомов которых распадается с испусканием α-частиц, а другая часть – β-частиц.

Большинство радиоактивных изотопов элементов, встречающихся в природе, относится к семействам урана, актиния и тория, содержащих соответственно 20, 15 и 13 генетически связанных радиоактивных и устойчивых изотопов. Период полураспада радиоактивных изотопов изменяется от миллионных долей секунды до многих миллиардов лет.

Кроме радиоактивных элементов семейств урана, актиния и тория, в природе радиоактивными являются изотопы калия, кальция, рубидия, циркония, индия, олова, теллура, лантана, неодима, самария, лютеция, вольфрама, рения и висмута. Эти изотопы являются долгоживущими – их период полураспада превышает 10⁹ лет; они генетически не связаны с другими радиоактивными элементами; для них характерен β-распад или К-захват, а иногда и оба эти процесса, за исключением самария, вольфрама и висмута, распадающихся с образованием α-частиц.

Радиоактивные элементы в отдельных геосферах литосферы и горных породах распределены неравномерно. Радиоактивность геосфер тем меньше, чем ближе они к центру Земли.

Радиоактивные элементы присутствуют в литосфере в составе минералов. Установлено более 200 минералов, в которые входят радиоактивные уран, торий, радий и калий. Особенно много встречается минералов с ураном. Минералы с ураном и торием широко распространены, но значительно рассеяны в литосфере и редко встречаются в промышленных скоплениях.

Радиоактивность осадочных пород связана с наличием в их составе калийных, собственно урановых и ториевых, уран- и торийсодержащих минералов, а также адсорбированных радиоактивных элементов; она изменяется в широких пределах.

Среди осадочных пород (за исключением калийных солей, некоторых горючих сланцев и кварцевых конгломератов) глины обладают в среднем наиболее высоким содержанием U, Th и К и радиоактивностью.

Осаждение соединений урана наиболее интенсивно в восстановительной среде в присутствии органических веществ и сульфидов. Органическое вещество адсорбирует из окружающей среды уран, иногда восстанавливая его до четырёхвалентных соединений, не растворимых в воде.

Можно привести следующую классификацию осадочных пород по степени радиоактивности:

- породы с низкой радиоактивностью: хорошо отсортированные и слабо сцементированные мономинеральные кварцевые пески, алевролиты, чистые известняки, доломиты, каменная соль, ангидриты, гипсы, большинство углей и нефтенасыщенные породы.

- породы с повышенной радиоактивностью: глинистые разности осадочных пород, глинистые пески, песчаники, алевролиты, некоторые мергели, глинистые известняки и доломиты, а также породы с органическими примесями.

- породы с высокой радиоактивностью: калийные соли, монацитовые и ортитовые пески, глубоководные глины, глобигериновые илы и красная глина.