|
Содержание курса | Литература
Ядерная геофизика.
Геологический факультет МГУ, кафедра геофизических методов исследования земной коры, тел. 939-35-07.
Автор – с.н.с. Никулин Борис Александрович.
Курс читается в 7 семестре для студентов специальности 011200 – геофизика.
Объем курса - 42 часа, лекции - 28 часов, лабораторные занятия - 14 часов.
Форма контроля. Прием лабораторных работ с собеседованием; курс завершается экзаменом.
Аннотация. Курс включает физико-технические и теоретические основы ядерной геофизики,
основы радиометрической, гамма-гамма, рентгенорадиометрических и нейтронных методов разведок. В курсе также рассматриваются
вопросы радиационной экологии.
Вверх
Содержание курса.
Введение.
Предмет ядерной геофизики. Достоинства ядерно-геофизических методов и задачи, решаемые с их помощью.
Роль и место ядерной геофизики в науках о Земле. Краткий исторический очерк развития ядерной геофизики. Цель и
задачи курса.
1. Физико-технические и теоретические основы ядерной геофизики.
Основные сведения по радиоактивности.
Типы радиоактивных превращений. Альфа- и бета- распады, электронный захват, деление ядер. Изомерные
и гамма переходы, испускание электронов внутренней конверсии. Энергетические схемы радиоактивных превращений.
Линейчатость и непрерывность спектров радиоактивных превращений.
Основные единицы измерения, применяемые в ядерной геофизике.
Основной закон радиоактивных превращений. Статистическая природа этого закона и основные параметры,
характеризующие его. Принцип использования закона радиоактивных превращений для определения абсолютного возраста
геологических образований.
Взаимодействие радиоактивных излучений с веществом.
Взаимодействие гамма-излучения с веществом. Природа и спектральный состав гамма-излучения, используемого
в ядерной геофизике. Проникающая способность.
Основные процессы взаимодействия с веществом (фотоэффект, процессы рассеяния, образование электронно-позитронных
пар, ядерный фотоэффект, эффект Мессбауэра). Возможность использований для изучения состава и свойств горных пород
и руд.
Закон ослабления гамма-излучения веществом. Полный и частные коэффициенты взаимодействия гамма-излучения
для гомогенных и гетерогенных сред. Эффективный атомный номер горных пород и руд. Источники гамма- и рентгеновского
излучения.
Взаимодействие заряженных частиц с веществом. Ионизация и возбуждение атомов. Особенности этих
процессов, лежащие в основе регистрации ядерных излучений ионизационным и сцинтилляционным детекторами. Возбуждение
флуоресцентного излучения. Длина пробега и проникающая способность различных видов частиц.
Взаимодействие нейтронного излучения с веществом. Свойства нейтронов. Источники нейтронов и спектральный
состав нейтронного излучения. Основные процессы взаимодействия нейтронного излучения с веществом (процессы рассеяния,
радиационный захват, реакции с образованием элементарных частиц, реакции деления). Проникающая способность, фильтрация
и защита от нейтронного излучения. Возможность его использования для изучения состава и свойств горных пород и
руд. Нейтронные параметры горных пород и руд.
Регистрация радиоактивных излучений.
Типы детекторов излучения. Сцинтилляционные и пропорциональные счетчики, полупроводниковые и
кристалл-дифракционные детекторы, их основные параметры (энергетическое разрешение, быстродействие, эффективность
и фотоэффективность регистрации излучения, амплитуда выходного сигнала). Особенности регистрации нейтронов и аппаратурных
спектров гамма-излучения (пики вылета, комптоновское распределение).
Типы измерительной аппаратуры. Интегральные радиометры. Их типовая блок-схема, назначение и основные
характеристики узлов. Амплитудные анализаторы. Типовые блок-схемы мало- и многоканальных анализаторов. Принцип
действия их основных узлов. Специализированные вычислительные устройства. Анализаторы, построенные на базе микроЭВМ.
Метрологические характеристики ядерно-геофизической аппаратуры. Контрастность. Чувствительность.
Предел обнаружения. Контроль стабильности работы аппаратуры. Ошибки измерений.
Теоретические основы поисковых гамма-методов. Петрофизическое обеспечение поисковых методов.
Гамма-поле точечных, линейных и поверхностных источников. Подобие гамма-полей излучающих объектов. Основы решения
прямых и обратных задач.
2.Радиометрическая разведка.
Физические и геологические основы методов исследования радиоактивности горных пород.
Основные группы естественных радиоактивных нуклидов и их роль в развитии Земли. Общая характеристика
радиоактивных семейств. Последовательные превращения радиоактивных нуклидов. Подвижное и устойчивое радиоактивное
равновесие. Распределение радиоактивных нуклидов в природных образованиях: минералах, горных породах, почвах,
гидросфере, атмосфере. Основы полевой гамма-спектрометрии. Принцип раздельного определения урана, тория, калия.
Погрешность измерений. Аэро-гамма съемка, пешеходная и автомобильная съемки.
Эманационный метод. Физические основы эманационного метода. Пространственное распределение родона
в подпочвенном слое в диффузионном приближении. Эманометры. Методика и техника измерений. Раздельное определение
родона и торона. Геологическая интерпретация результатов измерений. Эманационный метод радиохимического анализа
проб и радиогидрогеологического исследования природных вод.
3.Гамма-гамма, рентгенорадиометрические и нейтронные методы разведки.
Гамма-гамма метод (ГГМ). Плотностная и селективная модификации (ГГМ-П, ГГМ-С). Физические основы,
интегральный и спектрометрические варианты. Решаемые задачи.
Рентгенорадиометрический метод (РРМ). Физические основы флуоресцентного рентгенорадиометрического
метода. Преобразование первичного излучения в рентгеновское характеристическое. Плотность потока рентгеновского
характеристического излучения в приближении однократного взаимодействия. Зависимость плотности потока от концентрации
определяемого элемента для бинарной смеси. Источники первичного излучения, используемые в РРМ. Детекторы рентгеновского
излучения, их особенности и основные эксплуатационные характеристики. Аппаратура, применяемая в РРМ. Геометрия
измерений. Мешающие излучения в РРМ. Применение дифференциальных фильтров для выделения полезного излучения. Способ
внутреннего стандарта. Опробование руд в горных выработках и скважинах.
Нейтронные методы. Источники нейтронов: ампульные и генераторы нейтронов. Счетчики нейтронов:
газонаполненные, сцинтилляционные, коронные. Теория переноса нейтронов через вещество. Взаимодействие нейтронов
с веществом. Кинематика упругого рассеяния. Ядерные реакции поглощения нейтронов. Нейтрон-нейтронный метод (ННМ)
по тепловым (ТННМ) и надтепловым (НННМ) нейтронам. Физические основы метода. Инверсионный характер зависимости
потока рассеянных нейтронов от водородосодержания. Сравнительная характеристика ТННМ и НННМ.
ННМ определения влажности грунтов при инженерно-геологических исследованиях. Определение пористости
пород на нефтяных месторождениях по данным нейтрон-нейтронного каротажа (ННК). Применение ННМ при наземной съемке
и каротаже скважин для выделения пластов, содержащих элементы с аномально высокими сечениями захвата тепловых
нейтронов.
Многозондовый нейтрон-нейтронный каротаж (МННК). Физические основы метода. Устройство зонда в
аппаратуре К-7. Метрологическое обеспечение измерений. Методика работ. Обработка результатов измерений. Определение
пористости пород по данным МННК.
Нейтронный гамма-метод (НГМ). Физические основы метода. Определение пористости пород на нефтяных
месторождениях. Спектральный нейтронный гамма-метод (СНГМ) определения концентрации элементов в рудах.
Импульсный нейтронный каротаж (ИНК). Две модификации метода: импульсный нейтрон-нейтронный каротаж
(ИННК) и импульсный нейтронный гамма-каротаж (ИНГК). Физические основы. Сравнительная характеристика ИННК и ИНКГ.
Аппаратура. Методика измерений. Решение обратных задач ИНК: определение среднего времени жизни и коэффициента
диффузии нейтронов в пласте, границ сред с различными свойствами (водо-нефтяной контакт, литологическое расчленение),
мощности пласта.
Гамма-нейтронный метод. Физические основы метода. Пространственное распределение фотонейтронов
в однородной среде. Гамма-нейтронный метод определения бериллия в горных выработках и скважинах. Наземная бериллометрическая
съемка.
4. Основы радиационной экологии.
Источники радиационного загрязнения. Методы определения загрязняющих радионуклидов.
Вверх
Литература.
Основная:
- Арцыбашов В.А. Ядерно-геофизическая разведка. М., Недра, 1980.
- Ларионов В.В., Резванов Р.А. Ядерная геофизика и радиометрическая разведка. М., Недра, 1976.
- Мейер В.А., Ваганов П.А. Основы ядерной геофизики. Л., Недра, 1978.
- Пруткина М.И., Шашкин В.Л. Справочник по радиометрической разведке и радиометрическому анализу. М., Недра,
1975.
- Разведочная ядерная геофизика. Справочник геофизика. /Ред. В.М.Запорожец. М., Недра, 1977.
Дополнительная:
- Пшеничный Г.А. Взаимодействие излучений с веществом и моделирование задач ядерной геофизики. М., Недра, 1982.
- Хайкович И.М., Шашкин В.Л. Опробование радиоактивных руд по гамма-излучению. М., Недра, 1982.
- Шимелевич Ю.С., Кантор С.А., Школьников А.С. и др. Физические основы импульсных нейтронных методов исследования
скважин. М., Недра, 1976.
- Якубович А.Л., Зайцев Е.И., Пржиягловский С.М. Ядерно-геофизические методы анализа горных пород. М., Недра,
1982.
Вверх | Содержание
курса | Литература
|
