Радиометрия скважин. Радиоактивные параметры вещества. Законы радиоактивного превращения

2 РАДИОМЕТРИЯ СКВАЖИН

2.1 Радиоактивные параметры вещества

Радиометрия скважин – совокупность методов, основанных на изучении радиоактивного излучения горных пород или реакции вещества горной породы на облучения гамма-квантами и нейтронами.

Строение атома. Ядерно-физические и радиометрические методы исследований основаны на изучении ядерных реакций. В связи с этим следует знать строение атома химического элемента. В настоящее время известно 105 химических элементов.

Атом– наименьшая частица элемента. Атом имеет положительно заряженное ядро. Атомное ядро состоит из протонов (положительно заряженных) и нейтронов – элементарных частиц, называемых нуклонами (табл. 2.1). Вокруг ядра вращаются отрицательно заряженные электроны. Их число равно заряду ядра. Чем ближе электрон к ядру, тем выше энергия связи с ним и наоборот. Поэтому электроны с орбит внешних электронных слоев сорвать значительно легче, чем с орбит внутренних электронных слоев. Этим и определяются свойства элементов. Ядро имеет размер около 10^-12  см и в нем сосредоточено 99,97% всей массы атома, хотя объем, занимаемый ядром, ничтожно мал в сравнении с объемом всего атома.

Самым легким атомом является атом водорода. Его масса равна 1,66 10^{-24 г., радиус атома – 5 10-9 см. Атом водорода: ядро (протон), вокруг которого вращается один электрон по одной из -}n- орбит. Переход электрона с одной орбиты на другую происходит с излучением или поглощением одного кванта энергии.

Протон – положительно заряженная (+1) частица. Число протонов в ядре определяет физико-химические свойства элемента.

Нейтрон– электрически нейтральная частица. При определенных условиях он может превратиться в протон и электрон.

Электрон– отрицательно заряженная (-1) частица. Электроны вращаются вокруг ядра атома по электронным оболочкам. Число электронов в атоме соответствует числу протонов в ядре атома.

Одноименно заряженные частицы ядра атома - протоны - отталкивают друг друга, но эта сила нейтрализуется ядерными силами притяжения, действующими на очень близких расстояниях. По мере возрастания числа протонов, силы отталкивания увеличиваются и могут превзойти ядерные силы сжатия. Нейтрализовать силу отталкивания протонов помогают нейтроны. Поэтому по мере увеличения в ядрах протонов число нейтронов растет быстрее, чем число протонов. Например, ₉₂U²³⁹ имеет 92 протона и 147 нейтронов.

Таблица 2.1. Характеристика элементарных частиц

Электроны располагаются на оболочках упорядоченно. Каждая оболочка, за исключением внешней, полностью заполнена и имеет свой энергетический уровень, в котором может находиться строго определенное число электронов. Энергетические уровни по порядку от ядра заполняются электронами в количестве 2, 8, 18, 18, 32, 32, 18, до 8. За исключением первого, остальные энергетические уровни состоят из подуровней. На внешнем энергетическом уровне не может быть более 8 электронов, на предпоследнем - более 18. Химические свойства элементов зависят от общего количества электронов и их количества на внешней оболочке, так как они взаимодействуют при химических реакциях. Атомы с заполненными электронными внешними оболочками химически наиболее устойчивы. Например: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, радон.

Не следует представлять, что элементарные частицы - это какие-то кусочки вещества, которые можно было бы увидеть под микроскопом, переместив с одного места в другое. Увы, так их обозначают только графически. На самом же деле частица – это волновое, энергетическое состояние материи. Каждая частица обладает одновременно волновыми и корпускулярными свойствами. Заряд электрона и протона не может быть ни больше, ни меньше единицы. Частицы могут поглощать и испускать порции (кванты) света (электромагнитной энергии) определенной частоты.

Все известные химические элементы объединены в периодическую систему Менделеева, согласно их химико-физическим свойствам. Каждый элемент занимает строго определенное место и номер, величина которого равна заряду ядра, то есть количеству протонов. Сумма чисел протонов и нейтронов равна массовому числу элемента в атомных единицах массы. Но один и тот же химический элемент может иметь разное количество нейтронов в ядре, незначительно отличаясь по химическим свойствам.