Геофизические исследования каротажа основанные на изучении естественной и искусственно вызванной радиоактивности

Лекция 3

Геофизические исследования каротажа основанные на изучении естественной и искусственно вызванной радиоактивности.

Согласно большинства геологических гипотез планета Земля и все другие планеты сформировались из первичного холодного вещества. В начале произошло сжатие пылеобразного облака в шар за счет сил гравитации. Далее внутри этого шара, за счет энергии радиоактивного распада, возникло внутреннее тепло. Логично, что в данной лекции не обсуждаются гипотезы формирования космических планет.

Ключевое слово лекции – радиоактивность. Что такое радиоактивность? Как уже вполне понятно из вышесказанного это способность вещества за счет распада, длительное время выделять значительные объемы тепла. Всему человечеству известно, что Земля внутри сильно разогрета – вулканическая деятельность.

Таким образом понятно, что в радиоактивном веществе законсервирована огромная энергия и оно неравномерно рассеяно по всей планете. Радиоактивное вещество также присутствует во всех уголках вселенной. Называют такие радиоактивные вещества в концентрированном виде ядерным топливом. Изготавливается ядерное топливо из урановой руды.

Впервые явление самопроизвольного радиоактивного излучения от урановой руды открыли и доказали французские ученые супруги Кюри и Беккерель Анри, за что в 1903 году были награждены Нобелевской премией.

За счет труда многих выдающихся ученых от Эйнштейна до Резерфорда человечество смогло использовать радиоактивную энергию. В начале в разрушительных целях – создание атомного оружия, далее в мирных целях: АЭС – атомные электростанции, атомные реакторы на судах различного назначения, в медицине для лечения раковых опухолей и также в многих других областях практического применения. На рис.1. приводится схематический пример ускорения цепной реакции деления ядер урана, внизу рисунка пояснение.

Радиоактивное излучение имеет сложный состав, оно состоит из излучений различного типа: альфа, бета, гамма и нейтронного излучений. Это перечислены только основные типы. Самое слабое альфа излучение, оно не может преодолеть даже лист бумаги, поэтому моментально затухает. Посильнее бета, задерживается миллиметровым стальным листом. Самое интенсивное гамма и нейтронное излучения. О гамма излучении уже упоминали, когда рассматривали электромагнитные волны. Это седьмая группа электромагнитных волн.

Рис. 1. Схема цепной реакции деления ядер урана.

Основными источниками радиоактивного естественного излучения на поверхности Земли являются:

1.Инертный газ-радон, который образуется в недрах Земли, просачивается на верх и легко растворяется в воде. Объем в общей массе радиации на поверхности -49.5%

2.Радиоактивный изотоп калия,  К-40. Из  почвы,  через  корневую  систему растений, присутствует в зерновых, овощах, фруктах, грибах и т. д. . Объем – 15%.

3.Радиоактивные  руды  урана:  Уран-238  и  Торий-232.  Концентрируется в рыбах, моллюсках, накапливается в лишайниках поэтому есть в мясе оленей.Объем–20.2%

4.Космическое излучение – 15%.

Уран – U-238, Калий – К-40 и Торий – Th-232 самые долгоживущие радиоактивные химические элементы на Земле, поэтому они в основном и дожили до наших дней. Период их полураспада составляет: Уран-4.5 млрд. лет, Торий-14 млрд. лет, Калий-1.3 млрд. лет. Большинства других радиоактивных элементов уже нет, они распались. Вот такая краткая история изучения и освоения радиоактивности человечеством. Геофизики также нашли применение явления радиоактивности в своих методах каротажа.      

Различают методы основанные на изучении естественной радиоактивности: ГК или ГМ; СГК или СГМ и методы основанные на искусственно вызванной радиоактивности: ГГК-П, ГГК-ЛП (ГГК-С), НГК, ННК-Т, ННК-НТ, ИННК, ИНГК, ИНГК-С, ЯМК. Подробно рассмотреть все методы в рамках одной лекции нереально. ДА и в этом нет необходимости. Надо качественно уяснить суть методов, а при необходимости можно самостоятельно разобраться детально.

Чем и в каких величинах измеряется радиоактивность? Измеряется радиоактивность дозиметрами, счетчиками Гейгера, радиометрами и другими приборами. Упрощенно это - запаянная колба, внутри тонкая металлическая нить по толщине человеческого волоса под постоянным напряжением. В колбе находится в разряженном состоянии благородный инертный газ. При попадании фотона – единичного импульса гамма излучения в металлическую нить происходит ионизация инертного газа и счетчик считывает импульс, одновременно гася ионизацию и подготавливаясь к приему следующего фотона. Таким образом радиоактивность измеряется количеством импульсов в минуту. Также естественную радиоактивность измеряют в микрорентгенах в час. Употребляются и импульсы в минуту и микрорентгены в час. Переходим к конкретному рассмотрению методов каротажа.