bài giảng địa vật lý phương pháp thăm dò phóng xạ

THĂM DÒ PHÓNG XẠ Nội dung 5.1 Giới thiệu 5.2 Cơ sở vật lý của phương pháp phóng xạ 5.2.1 Cấu trúc vật chất 5.2.2 Hiện tượng phóng xạ 5.2.3 Qui luật phân rã – dãy phóng xạ 5.2.4 Sự cân bằng phóng xạ 5.2.5 Tương tác bức xạ phóng xạ với vật chất 5.2.6 Đơn vị đo phóng xạ 5.3 Cơ sở địa chất của phương pháp phóng xạ 5.3.1 Sự phân bố các nguyên tố phóng xạ trong đất đá, trong nước và không khí 5.3.2 Các tiền đề giải quyết các nhiệm vụ địa chất không phóng xạ Nội dung (tiếp) 5.4 Máy thăm dò phóng xạ 5.5 Các phương pháp đo phóng xạ 5.5.1 Phương pháp đo mẫu phóng xạ 5.5.2 Các phương pháp gamma tổng 5.4.3 Phương pháp phổ gamma 5.5.4 Phương pháp đo khí phóng xạ 5.5.5 Phương pháp thủy địa hóa phóng xạ 5.5.6 Phương pháp detector vết alpha 5.6 Ứng dụng của phương pháp phóng xạ 5.1 Giới thiệu • PP thăm dò phóng xạ (PX) là PP ĐVL nghiên cứu trường PX tự nhiên của đất đá hoặc nghiên cứu quá trình tương tác giữa bức xạ PX nhân tạo với hạt nhân nguyên tử của các nguyên tố tạo đá nhằm giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau. • PP PX được tiến hành trên mặt đất, trong GK, trên biển và cả trên không (trên máy bay). 5.2 Cơ sở vật lý của phương pháp 5.2.1 Cấu trúc của vật chất X - Nguyên tố Z- Số thứ tự nguyên tử A- Khối lượng nguyên tử số proton=số điện tử =Z; số notron= A-Z • Những nguyên tố có hạt nhân không bền vững, tự bị phân rã và biến đổi trạng thái năng lượng ban đầu về trạng thái năng lượng thấp hơn (bền vững hơn) được gọi là các nguyên tố phóng xạ. • Các nguyên tố phóng xạ tự nhiên có hạt nhân không ổn định (Z>83) tạo thành 3 dãy phóng xạ Uran, Thori, và Actini • Các nguyên tố có cùng số Z và khác nhau số A gọi là các chất đồng vị phóng xạ 5.2.2 Hiện tượng phóng xạ Hiện tượng phóng xạ là quá trình hạt nhân nguyên tử của một số nguyên tử tự phân rã biến đổi thành hạt nhân nguyên tử của nguyên tố khác, chuyển trạng thái năng lượng ban đầu về trạng thái năng lượng thấp hơn, bền vững hơn kèm theo sự phát ra năng lượng dưới dạng các hạt ,  và bức xạ . CLAUDE J. ALLE`GRE, 2008 • Phân rã  Z X A  (Z-2) Y (A-4) + 2 He 4 94 Pu 240  92 U 236 + 2 He 4 Bức xạ : - là dòng hạt nhân nguyên tử Heli mang điện dương. - năng lượng của hạt  khi tách khỏi hạt nhân rất lớn (8 – 10 MeV). - tốc độ chuyển động của hạt  nằm trong khoảng 1,42.10 9 cm/s đến 2,5.10 9 cm/s. - khả năng ion hoá rất mạnh vì vậy tốc độ giảm rất nhanh và khả năng đâm xuyên yếu. www.mwit.ac.th/. /applet_04/atom2/Kern2e.htm • Sự phân rã Beta () • Chùm các hạt điện tử và pozitron gọi là bức xạ (tia) . • Năng lượng của hạt nhân  thay đổi trong một phạm vi rộng. Tốc độ chuyển động của nó xấp xỉ tốc độ của ánh sáng. • Đặc điểm của bức xạ : tia  có khả năng ion hoá chất khí nhưng kém hơn so với bức xạ , riêng khả năng đâm xuyên thì lớn hơn. N 0 P + e - e + Pozitron () http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom 2/Kern2e.htm • Bức xạ gama () – Bức xạ gama là bức xạ điện từ, tần số cao, nó vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, không mang điện và không có khối lượng khi đứng yên. – Năng lượng của bức xạ gama thay đổi phụ thuộc hạt nhân của các nguyên tố khác nhau (0,05  3Mev). – Đặc điểm của bức xạ gama: Bức xạ gama có khả năng ion hoá rất kém nhưng khả năng đâm xuyên rất lớn. http://www.mwit.ac.th/~Physicslab/applet_04/atom2/Kern2e.htm [...]... thường phóng xạ do sự lan truyền của khí phóng xạ  Các thể địa chất có hàm lượng phóng xạ khác nhau, xác định hàm lượng phóng xạ của chúng là cơ sở để vẽ bản đồ địa chất  Xác định tuổi địa chất của đất đá trên cơ sở hàm lượng các nguyên tố phóng xạ biến đổi theo thời gian  Sử dụng tương tác bức xạ phóng xạ với hạt nhân các nguyên tố tạo đá để xác định thành phần vật chất của đất đá 5.4 Máy thăm dò phóng. .. phân tán phóng xạ e Tính phóng xạ của nước  Trong nước nói chung có hàm lượng phóng xạ thấp  Đối với các loại nước trên mặt như nước sông, hồ (trừ sông chảy qua khoáng sàng phóng xạ) có tính phóng xạ yếu Thực tế nước trên mặt có độ phóng xạ nhỏ hơn hàng ngàn lần so với đất đá  Trong một số điều kiện địa chất nhất định mới phát hiện được nước có tính phóng xạ Tuỳ thuộc loại nguyên tố phóng xạ nào... =2,58.10-10C/kg.h • Đơn vị đo liều hấp thụ dùng để đo năng lượng bức xạ bị hấp thụ trong 1 khối lượng đơn vị vật chất, trước đây thường dùng đơn vị Rad, hiện nay dùng Grei(Gy) 5.3 Cơ sở địa chất của phương pháp phóng xạ 5.3.1 Sự phân bố các nguyên tố phóng xạ trong đất đá trong nước và không khí a Đá magma Tính axit Thấp Cao Hàm lượng các nguyên tố phóng xạ • Các nguyên tố Uran, Thori phân bố phổ biến trong các... nhỏ và trẻ có tính phóng xạ cao, ở các vùng tiếp xúc, đai cơ, những đới biến đổi nhiệt dịch, đới cà nát đứt gãy… thường có nồng độ các nguyên tố phóng xạ cao b Đá trầm tích • Đá phiến sét, sét có tính phóng xạ cao hơn cả Các loại trầm tích thuỷ hoá như Cacbonat, than, cát, thạch anh…có tính phóng xạ yếu Cát kết có hàm lượng phóng xạ thay đổi trong một phạm vi rộng • Do đặc điểm địa hoá của Uran và... thăm dò phóng xạ 3 2 1 Sơ đồ ống đếm Geiger -Muller 1- Vỏ máy; 2- Katot; 3- Anot 4 3 E 2 7 9 11 5 12 1 6 8 10 R* 1200 B Sơ đồ nguyên tắc của detcetor nhấp nháy 1 Chất nhấp nháy; 4 phôtô katốt; 2 Chớp sáng nhấp nháy; 3 Chất dẫn sáng; 5 Thấu kính điện tử; 6-11 Các emitơ; 12 Anốt 5.5 Các phương pháp đo phóng xạ 5.5.1 Phương pháp đo mẫu phóng xạ  Nhằm xác định hàm lượng các nguyên tố phóng xạ trong các...5.3.3 Quy luật phân rã phóng xạ- Dãy phóng xạ a Quy luật phân rã phóng xạ XA  Z1YB + (Z-Z1)W(A-B) Z • Quy luật phân rã phóng xạ không phụ thuộc vào các điều kiện khách quan bên ngoài • Trong quá trình phân rã phóng xạ, số lượng nguyên tử của nguyên tố giảm dần theo quy luật nhất định • Số nguyên tử bị phân rã dN trong... nguyên tố phóng xạ trong đá biến chất khá phức tạp, phụ thuộc vào thành phần của đất đá trước khi biến chất và mức độ biến chất d Tính phóng xạ của lớp đất trồng Nồng độ các nguyên tố phóng xạ trong lớp đất trồng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như: bản chất đá gốc bị phong hoá, tính chất nứt nẻ, hình dạng địa hình, điều kiện tự nhiên và khí hậu… Trong lớp đất trồng ở gần khu vực có mỏ phóng xạ U,... của  Khi hạt  đi qua vật chất có thể gây ra hiện tượng ion hoá, kích thích tán xạ và bức xạ hãm  Sự tán xạ làm lệch hướng chuyển động của hạt , khiến cho hành trình chuyển động của hạt  lớn hơn so quãng đường xuyên qua  Bức xạ hãm làm hạt  bị cản trở, tốc độ giảm đột ngột, một phần động năng được bức xạ dưới dạng bức xạ điện từ • Tương tác  Khi đi qua vật chất, bức xạ  tương tác với nguyên... ra đó là loại nước Radon, nước Uran hay nước Radi g Tính phóng xạ của không khí  Các nguyên tố phóng xạ ở thể khí như Radon (Rn), Thoron (Tn), Actinon (An) … được tạo ra từ quặng gốc sẽ khuếch tán vào lớp đất trồng và sau đó tiếp tục khuếch tán vào không khí tạo ra những vành phân tán khí phóng xạ  Quá trình phân tán các nguyên tố phóng xạ ở thể khí vào không khí phụ thuộc vào điều kiện khí hậu,... khí phóng xạ có hình dạng, kích thước rất khác nhau tuỳ thuộc vào bản chất và quy mô của quặng gốc, cũng như đặc điểm của lớp đất trồng Thường vành phân tán của khí Rn có quy mô phân bố lớn hơn khí An và Tn do chúng có thời gian sống lâu hơn 5.3.2 Các tiền đề giải quyết các nhiệm vụ địa chất không phóng xạ  Mỏ chứa khoáng sản có ích liên quan cộng sinh với các khoáng vật chứa các nguyên tố phóng xạ . nhiệm vụ địa chất không phóng xạ Nội dung (tiếp) 5.4 Máy thăm dò phóng xạ 5.5 Các phương pháp đo phóng xạ 5.5.1 Phương pháp đo mẫu phóng xạ 5.5.2 Các phương pháp gamma tổng 5.4.3 Phương pháp phổ. gamma 5.5.4 Phương pháp đo khí phóng xạ 5.5.5 Phương pháp thủy địa hóa phóng xạ 5.5.6 Phương pháp detector vết alpha 5.6 Ứng dụng của phương pháp phóng xạ 5.1 Giới thiệu • PP thăm dò phóng xạ (PX). THĂM DÒ PHÓNG XẠ Nội dung 5.1 Giới thiệu 5.2 Cơ sở vật lý của phương pháp phóng xạ 5.2.1 Cấu trúc vật chất 5.2.2 Hiện tượng phóng xạ 5.2.3 Qui luật phân rã – dãy phóng xạ 5.2.4 Sự cân bằng phóng