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.

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.

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 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.

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.

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.

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.

Источники радиационного загрязнения. Методы определения загрязняющих радионуклидов.

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.