Викладено фізико-геологічні основи методів ядерної геофізики, охарактеризовано основні процеси взаємодії ядерних випромінювань із речовиною та методи їхньої реєстрації. Розглянуто радіометричні й активні ядерно-геофізичні методи досліджень, висвітлено основи ядерної геохронології та ядерної геотермії. Для студентів вищих навчальних закладів, а також фахівців- геофізиків, наукових і виробничих організацій. ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА 10 ВСТУП 12 ЧАСТИНА 1. ФВИКО-ГЕОЛОГІЧШ ОСНОВИ МЕТОДІВ ЯДЕРНОЇ ГЕОФІЗИКИ 21 Розділ 1. Загальні відомості про природну і штучну радіоактивність 21 1.1. Природна і штучна радіоактивність 22 1.2. Радіоактивні елементи в довкіллі 28 1.3. Поширення радіоактивних елементів у природі.... 41 1.4. Основні закони радіоактивних перетворень. Стійка і рухома радіоактивна рівновага 44 1.5. Одиниці вимірювання радіоактивності та інтенсивності полів радіоактивних випромінювань. 51 Розділ 2. Взаємодія радіоактивних випромінювань з речовиною 60 2.1. Основні поняття та визначення 60 2.2. Загальна характеристика взаємодії іонізуючого випромінювання з речовиною 67 2.3. Взаємодія важких заряджених частинок з речовиною 69 2.3.1. Іонізаційні втрати енергії важкими зарядженими частинками 72 2.3.2. Утрати енергії при пружному розсіянні важких заряджених частинок 76 2.3.3. Пробіг важких заряджених частинок у речовині 81 2.3.4. Крива Брегга 84 2.4. Взаємодія легких заряджених частинок з речовиною 86 2.4.1. Іонізаційні втрати енергії електронами 87 2.4.2. Радіаційні втрати енергії електронами 89 2.4.3. Пробіг електронів у речовині 100 2.5. Взаємодія гамма-випромінювання з речовиною.. 101 2.5.1 Атомне фотоелектричне поглинання (фотоефект) 105 2.5.2. Комптонівське розсіяння (комптон-ефект) ПО 2.5.3. Когерентне розсіяння 116 2.5.4. Утворення електронно-позитронних пар 117 2.5.5. Ядерний фотоефект 120 2.5.6. Ядерне резонансне поглинання гамма-квантів і ефект Мессбауера 123 2.5.7. Повний переріз взаємодії гамма-квантів з речовиною 125 2.6. Взаємодія нейтронів з речовиною 130 2.6.1. Особливості проходження нейтронів крізь речовину 132 2.6.2. Радіаційне захоплення нейтронів 136 2.6.2.1. Радіаційне захоплення нейтронів з випромінюванням гамма-квантів 138 2.6.2.2. Радіаційне захоплення нейтронів з випромінюванням нейтронів і заряджених частинок 140 2.6.2.3. Радіаційне захоплення нейтронів з наступним поділом важких ядер 143 2.6.3. Розсіяння нейтронів 144 2.6.3.1. Пружне розсіяння нейтронів 144 2.6.3.2. Непружне розсіяння нейтронів 147 2.6.4. Макроскопічні характеристики взаємодії нейтронів з речовиною 149 2.7. Взаємодія частинок великої проникної здатності з речовиною 154 2.7.1. Взаємодія мюонів з речовиною 154 2.7.2. Взаємодія нейтрино з речовиною 156 РОЗДІЛ 3. Методи вимірювання та детектори радіоактивних випромінювань 161 3.1. Іонізаційний метод вимірювання радіоактивності 161 3.1.1. Газорозрядні детектори 162 3.1.2. Напівпровідникові детектори 169 3.2. Сцинтиляційний метод 175 3.3. Трековий метод 178 3.4. Фотографічний метод 179 3.5. Реєстрація радіоактивних випромінювань 182 3.5.1. Радіометри для інтегральних вимірювань 182 3.5.2. Спектрометри радіоактивних випромінювань 187 3.6. Похибки радіометричних вимірювань. Чутливість і фон радіометрів 191 РОЗДІЛ 4. Принципи і методи розрахунку ядерно-геофізичних полів 196 4.1. Наближені аналітичні методи розрахунку полів радіоактивних випромінювань 199 4.1.1. Променеве наближення 200 4.1.2. Наближення однократної взаємодії 200 4.1.3. Дифузійно-вікове наближення 205 4.2. Елементи математичної теорії пошукових гамма-методів 214 4.2.1. Гамма-поле точкового джерела 214 4.2.2. Інтенсивність випромінювання елементарних джерел 216 4.2.3. Гамма-поле поверхневих джерел 218 4.2.4. Гамма-поле об'ємних джерел з рівномірним розподілом випромінювачів 219 4.2.5. Деякі закономірності розподілу гамма-поля за розрахунковими даними 224 4.3. Елементи математичної теорії еманаційного методу 224 4.3.1. Активний пласт, закритий наносами 225 4.3.2. Емануюче тіло циліндричної (або сферичної) форми в середовищі безмежного простягання 233 4.3.3. Апроксимація емануючого тіла сукупністю елементарних джерел 235 РОЗДІЛ 5. Класифікація родовищ радіоактивних руд 242 5.1. Загальні відомості 242 5.2. Основні мінерали, що містять уран і торій 245 5.3. Основні технологічні типи уранових руд 248 5.4. Промислові типи родовищ урану 251 5.5. Класифікація родовищ уранових руд за величиною запасів, умістом урану та за складністю геологічної будови 263 5.6. Вимоги до геологічного вивчення родовищ урану 264 ЧАСТИНА 2. РАДІОМЕТРИЧНІ МЕТОДИ 269 РОЗДІЛ 6. Польові радіометричні методи 269 6.1. Польові гамма-методи 270 6.1.1. Пішохідний гамма-метод 275 6.1.2. Автомобільна гамма-зйомка 277 6.1.3. Аерогамма-зйомка 278 6.1.4. Радіометрична документація гірських виробок і радіометричне опробування 285 6.2. Еманаційний метод 292 6.2.1. Методика еманаційних досліджень 294 6.3. Геохімічні методи пошуків родовищ радіоактивних руд 300 6.3.1. Літогеохімічні методи 300 6.3.2. Радіогідрогеохімічний метод 303 6.3.3. Радіобіогеохімічна зйомка 305 РОЗДІЛ 7. Радіоекологічні дослідження 310 7.1. Біологічна дія радіоактивних випромінювань 310 7.1.1. Техніка безпеки при лабораторних і польових ядерно-геофізичних дослідженнях 318 7.2. Радіоекологічне обстеження і картування забруднених територій 323 7.3. Радіоекологічні дослідження ділянок нового будівництва 327 7.3.1. Радонова складова радіоактивного опромінення 327 ЧАСТИНА 3. АКТИВНІ ЯДЕРНО-ГЕОФІЗИЧНІ МЕТОДИ 336 РОЗДІЛ 8. Джерела радіоактивних випромінювань 338 8.1. Джерела альфа-випромінювання 339 8.2. Джерела бета-випромінювання 341 8.3. Джерела гамма-випромінювання 344 8.4. Джерела рентгенівського випромінювання 346 8.5. Джерела нейтронів 349 РОЗДІЛ 9. Ґамма-гамма-метод 356 9.1. Фізичні основи методу 356 9.2. Густинна модифікація гамма-гамма-методу 361 9.3. Селективнийгамма-гамма-метод 366 РОЗДІЛ 10. Рентгенорадіометричний метод 374 10.1. Фізичні основи методу 375 10.2. Рентгенорадіометричний флуоресцентний аналіз 378 10.3. Рентгеноабсорбційний аналіз 390 РОЗДІЛ 11. Гамма-активаційний аналіз 394 РОЗДІЛ 12. Метод ядерного гамма-резонансу 401 12.1. Фізичні основи методу .' 402 12.2. Методичні особливості досліджень ядерного гамма-резонансу 405 12.3. Застосування ядерного гамма-резонансу при геологічних дослідженнях 411 РОЗДІЛ 13. Гамма-нейтронний метод 417 13.1. Фізичні основи гамма-нейтронного методу 417 13.2. Польова гамма-нейтронна зйомка 420 РОЗДІЛ 14. Нейтрон-нейтронний метод 429 14.1. Фізична суть стаціонарного нейтрон-нейтронного методу 429 14.2. Нейтронні вологоміри 431 14.3. Нейтронні борметри 437 14.4. Лабораторні дослідження нейтрон-нейтронним методом 442 14.5. Імпульсний нейтрон-нейтронний метод 446 РОЗДІЛ 15. Нейтронний гамма-метод 454 15.1. Фізичні основи стаціонарного нейтронного гамма-методу 454 15.2. Визначення елементного складу гірських порід за допомогою стаціонарного нейтронного гамма-методу 458 15.3. Особливості імпульсного нейтронного гамма-методу 463 РОЗДІЛ 16. Нейтронно-активаційний метод 469 16.1. Фізичні основи методу 469 16.2. Нейтронно-активаційна зйомка на фтор 473 16.2.1. Пішохідна зйомка 474 16.2.2. Автомобільна зйомка 480 16.3. Спеціалізовані активаційні установки для експедиційних лабораторій 483 16.3.1. Багатоелементний активаційний аналіз у пересувній лабораторії 489 16.4. Багатоелементний активаційний аналіз порід в умовах природного залягання 490 РОЗДІЛ 17. Ядерно-геофізичні методи контролю якості руд у гірничодобувній промисловості 494 17.1. Ядерно-геофізичні методи опробування руд у вибоях гірничих виробок 495 17.1.1. Вибійне рентгенорадіометричне опробування 496 17.1.2. Ядерно-геофізичні методи при контролі меж зрудніння в експлуатаційно-розвідувальних свердловинах 497 17.2. Застосування ядерно-геофізичних методів при радіометричному збагаченні руд 500 17.2.1. Технологічні схеми радіометричного збагачення 502 17.2.2. Промислова класифікація способів радіометричного збагачення 504 17.2.3. Методика радіометричного великопорційного сортування 506 17.2.4. Радіометрична сепарація 17.3. Рентгенорадіометричний контроль якості вихідної сировини і концентрату на транспортерах збагачувальних фабрик 526 ЧАСТИНА 4. ЯДЕРНА ГЕОТЕРМІЯ ТА ЯДЕРНА ГЕОХРОНОЛОГІЯ 530 РОЗДІЛ 18. Ядерна геотермія 530 18.1. Енергія радіоактивних перетворень і первинний склад Землі 531 18.2. Тепловий потік і закономірності його розподілу 542 18.3. Термічна еволюція Землі та роль радіогенного тепла 545 РОЗДІЛ 19. Ядерна геохронологія 552 19.1. Основні принципи ядерної геохронології 554 19.2. Визначення віку давніх геологічних утворень 558 19.2.1. Свинцевий метод 558 19.2.2. Гелієвий метод 563 19.2.3. Визначення віку порід за треками спонтанного поділу урану 565 19.2.4. Калій-аргоновий метод 567 19.2.5. Рубідій-стронцієвий метод 570 19.2.6. Самарій-неодимовий метод 574 19.2.7. Реній-осмієвий метод 576 19.2.8. Лютецій-гафнієвий метод 577 19.3. Визначення віку молодих геологічних утворень 578 19.3.1. Радіовуглецевий метод 578 19.3.2. Іонієвий метод 582 19.3.3. Іоній-протактинієвий метод 584 19.3.4. Тритієвий метод 586 19.3.5. Берилієвий метод 587 19.3.6. Визначення віку швидкоплинних процесів сучасної геологічної епохи 589 19.4. Оцінка віку Землі методами ядерної геохронології 590 19.5. Оцінка віку космічних об'єктів методами ядерної хронології 594 Список літератури 599 Предметний покажчик 604