Радиометры

Для обнаружения и измерения интенсивности ядерных излучений применяются приборы, называемые радиометрами. Радиометры подразделяются:

1. Интегральные – измеряют суммарную интенсивность γ-излучения (или потока частиц) вне зависимости от их энергии.

2. Спектрометрические – измеряют распределение γ-квантов (частиц) по энергиям.

Методы определения содержания радиоактивных элементов

Гамма-спектрометрический метод. С помощью гамма-спектрометри­чес­кого метода проводят экспрессные дистанционные измерения содержаний естественных радиоактивных элементов в горных породах. Чувствительность определения достаточно высока – концентрации, близкие к кларковым, изме­ряются с удовлетворительной погрешностью в условиях естественного залег­а­ния пород (в полевой модификации).

Метод основан на том, что излучение любого радиоактивного элемента прямо пропорционально его содержанию в объекте. Гамма-кванты, испускае­мые атомными ядрами, обладают дискретным линейчатым спектром, у каж­до­го изотопа свой спектр γ-излучения. Возможность надежной идентифи­ка­ции и определения содержания радиоактивных элементов по спектру γ-излу­че­ния является важнейшим достоинством гамма-спектрометрического анали­за. Другое преимущество этого анализа связано с большой проникающей спосо­бностью γ-квантов.

На рисунке показаны спектры γ-излу­че­ния калия-40 и рядов урана и тория, зарегистрированных сцинтилляционным детектором.

Для определения содержания есте­ст­венных радиоактивных элементов, в спектрометрах начала 80-х годов (СП-4, РКП-305 и др.) в спектре урана выделялся энергетический интервал 1,65 – 1,85 Мэв, связанный с излучением Bi²¹⁴ (1,76 Мэв), в спектре тория – интервал 2,5 – 2,7 Мэв (излучение Tl²⁰⁸ 2,615 Мэв), γ-излу­че­ние К⁴⁰ содержит пик 1,46 Мэв, - интервал измерений 1,30 – 1,55 Мэв. Выбор интервалов измерений осуществ­лял­ся по критериям: пики γ-излу­че­ния должны быть достаточно интенсив­ными; выбранные интервалы энергий для различных элементов должны хоро­шо разрешаться сцинтилляционным детектором.

Применение радиометрических методов для изучения геологического строения района, поисков и разведки нерадиоактивных полезных ископае­мых. Данные о содержании радиоактивных элементов в горных породах не­сут информацию о типе горных пород, условиях их об­разования и последую­щего изменения. Для многих полезных ископаемых наблюдаются генетичес­кие или парагенетические связи с радиоактивными элементами. Это позво­ляет решать такие геоло­гические задачи, как литологическое расчленение горных пород, геологическое картирование (в частности, прослеживание текто­нических нарушений), поиски и разведка полезных ископаемых.

Литологическое расчленение горных пород методами радиометрии основано на различии их радиоактивности. Особенно важен гамма-метод исследования скважин в комплексе с другими геофизическими методами в случае, когда бурение скважин осуществляется без отбора керна или процент выноса керна невелик.

Повышенная радиоактивность зон текто­нических нарушений обуслов­лена как гидротермальными изме­нениями и подъемом радиоактивных флюи­дов по трещинам, так и повышенной эманирующей способностью пород в этой зоне.

Примером использования радиометрии для геологиче­ского картиро­ва­ния является оконтуривание структур в осадоч­ной толще при поисках нефтя­ных и газовых месторождений. Над многими известными месторождениями нефти и газа наблюдается пониже­ние γ-излучения (в основном ее радиевой составляющей). Это явле­ние объясняется тем, что в районах с молодой текто­никой породы над сводами структур более грубозернистые, чем на крыльях этих структур, поскольку в момент отложения осадков глубина бассейна на своде была меньше.

Радиометрические методы широко применяются на всех этапах поис­ков и разведки нерадиоактивных полезных ископаемых, гене­тически и пара­генетически связанных с ураном и торием. По­скольку радиоактивные элеме­н­ты в виде минералов или изоморф­ных примесей присутствуют во всех пег­матитах, то, например, для поисков пегматитовых редкоземельных место­ро­ж­дений с ус­пехом используются гамма- и эманационные методы. Радиомет­ри­­ческие методы полезны при поисках осадочных месторождений ванадия, молибдена, фосфоритов, углей и ряда других полезных ископаемых, также нередко отмечаемых повышением радиоак­тивности. Эти методы успешно применяются для поисков титано­вых россыпных месторождений, в которых всегда присутствуют циркон и монацит, содержащие примеси урана и тория. Наконец, радиометрические методы широко применяются при разведке месторождений калийных солей.