СТУДЕНТ ПƏНІНІҢ ОҚУ- ƏДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

Transcript

1 КАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖƏНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Қ. И. СƏТБАЕВ АТЫНДАҒЫ ҚАЗАҚ ҰЛТТЫҚ ТЕХНИКАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ Қ.Тұрысов атындағы геологиялық барлау институты Геофизика кафедрасы «РАДИОМЕТРИЯ МЕН ЯДРОЛЫҚ ГЕОФИЗИКА» пəні бойынша СТУДЕНТ ПƏНІНІҢ ОҚУ- ƏДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ «5В Геология жəне пайдалы қазбалардың кен орындарын барлау» мамандығы үшін Алматы 2011 г.

2 «Радиометрия мен ядролық геофизика» пəні бойынша Қ.И.Сəтбаев атындағы ҚазҰТУ-дың «5В070600» Геология жəне пайдалы қазбалардың кенорындарын барлау» мамандығының студенттері үшін оқу-əдістемелік кешені оқытушы Г.Г. Самарханов оқу планы негізінде құрастырылған - Алматы: Каз. ҰТУ. 2011ж. Орындаған оқытушы Г.Г. Самарханов Андатпа: Кешенде негізгі радиометрлік барлау əдістерімен тау жыныстарының табиғи радиоактивтілігін оқып зерттеуге арналған. Мұнда лабораториялық, ұңғымалық жəне далалық зерттеу əдістерінің физикалық геологиялық негіздері, жұмыс істеу əдістері мен техникасы, далалық мəліметтерді өңдеу мен талдау жазылған. Əдістермен жұмыс істегенде қолданылатын түрлері, өлшеуіш аспаптар мен құрал жабдықтар түрлері мен жұмыс істеу тəртібі жəне принциптері, радиометриялық əдістерімен шешілетін геологиялық міндеттер көрсетілген. Оқу-əдістекмелік кешені «5В070600» Геология жəне пайдалы қазбалардың кенорындарын барлау» мамандығының «Радиометрия мен ядролық геофизика» піннің оқу бағдарламасына сəйкес құрастырылған. «Радиометрия мен ядролық геофизика» пəні бойынша «5В070600» Геология жəне пайдалы қазбалар кенорындарын барлау» мамандығы үшін жұмыс бағдарламасы (SYLLABUS) мен студент пəнінің оқу əдістемелік кешені (ОƏК) туралы Қ. И. Сəтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университеті. 2011ж 2

3 1. ПƏННІҢ ОҚУ БАҒДАРЛАМАСЫ SYLLABUS 1.1.Оқытушы туралы мəліметтер: Сабақ жүргізуші оқытушы Г.Г. Самарханов. Байланыс ақпараты:8(3272) ішкі телефон 71-57; Кафедрада болатын уақыты: сағ ден ге дейін ауд. 523 БОҒ Пəн туралы мəліметтер: Аты «Радиометрия мен ядролық геофизика» Кредиттер саны: 3 Өткізілетін орны: «Геофизика кафедрасы» Мекен жайы: Алматы қаласы, Сəтбаев көшесі 22, БОҒ кесте Оқу жоспарынан көшірме Курс Семес тр Кредит тер Аптадағы академиялық сабақтар саны Дəрс Зертханалық сабақтар Практикалық сабақта р СӨЖ СОӨЖ Барлы ғы Қорыты нды бақылау түрі Емтиха н 1.3. Пререквизиттер: Жоғарғы математика (аналитикалық геометрия, дифференциалдық жəне интегралдық есептеулер, математикалық статистика). Физика (қатты денелер физикасы, жер магнитизмі, магнит құбылыстары туралы ілім, электр бөлімі биология, химия радиоактивтілік, оптика), жалпы геология Постреквизиттер: Пайдалы кенорын байлықтары мен мұнай-газ геологиясы Пəннің мақсаты мен міндеттері: «Радиометрия мен ядролық геофизика» пəнінің оқытылу мақсаты: Радиометрия жəне ядролық физика» курсынің теориялық жəне практикалық негіздерін қатал теориялық жолмен оқыту, үйрету. Міндеттері: «радиометрия мен ядролық геофизика» пəні студенттердің табиғи жəне жасанды радиоактивтілікті оқып, зерттеуге негізделген геологиялық жəне техникалық мəселелерді шешу əдістерімен таныстыруды көздейді. Пəнді оку барысында студенттердің игерген білімдерді осы əдістердің геологиялықфизикалық негіздерін түсінуге бейімделген. Студенттер «радиометрия мен ядролық геофизика» əдістерінің түпкір-түбегейі туралы түсінік алып, осы əдістермен шешілетін мəселелерді алдына қоя біліп,нəтижелерін өңдеу мен 3

4 интерпретациялауды меңгеріп, басқа да геофизика əдістерімен кешендеу принциптерін үйренулері керек Тапрсырмалардың тізімі мен түрлері жəне оларды орындау кестесі: 1. Кіріспе. Радиометриялық əдістерінің негіздері.. Курстың мазмұны мен құрылымы,жалпы теориялық түсінік. 2. Табиғаттағы радиоактивті элементтер 3. Аппаратуралары. 4. Далалық жəне лабораториялық жұмыстардың əдістері мен техникасы 5. «Радиометрия жəне ядролық геофизика» əдістерін кен байлықтарын іздеу мен барлау жұмыстарында қолдану. 6. Радиометриялық карталауды мұнай-газ геологиясында қолдану. 2 кесте. Тапрсырмалардың түрлері жəне оларды орындау Бақылау түрлері Жұмыс түрлері Жұмыстың тақырыптары. Ұсынылған əдебиеттер бойынша беттері көрсетілген сілтемелер Тапсыру мерзімі Ағымдағы бақылау Л1 1. Сцинтилляциялық интегралды радиометр 2.нег.[9-89], 3. нег.[73-84], 5. 1апта Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Аралық бақылау Аттестация Р Радиоактивтіліктің ыдырау заңдылықтары Л2 2. Радиометр дозиметр ДКСтің жұмыс істеу принциптері. Р Іздеу мен барлауда радиометриялық əдістердің физикалық негіздері Л3 3. Радиометр дозиметр РКСтің жұмыс істеу принциптері Р Уран, тори, жəне басқа радиоактивті элементтердің геохимиясы. Л4 4. Əмбебап радиометр - дозиметр РКС-01-СОЛО-мен альфа, бета, нейтрондар мен гамма-түсірулер жүргізу Р радиометриялық барлау əдістерінің аспаптары АБ Тақырыптары : 1. Радиометриялық əдістердің физикалық негіздері 2. Аспаптары мен құрал жабдықтары 1. нег. [45-63] 2 апта 2. нег. [17-26] 5. нег. [22-25] 3 апта 2 нег. [40-50] 4 апта 3. нег. [ ], 5. нег. [25-28] 5 апта 3.нег.[ ], 9. қос. [78-126] 2 нег. [ ] 3.нег.[ [,5.нег..[8-10] 7. қос. [12-17] 3.нег.[ [, 4.қос. [ ] 1. нег. [25-63] 2. нег. [12-66] 3. нег. [19-76] 6 апта 6 апта 7 апта 7 апта 8 апта 4

5 Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау Ағымдағы бақылау 2 нег.[ ] 3. нег. [ ], 5. нег.[10-12] 2 нег. [ ] 5. нег.[12-15] 7. қос.[25-27] 2. нег. [ ], 4 нег. [ ] Аралық бақылау Қорытынбақылау ды Л5 Р Л6 Р Л7 Р 5.Тасымалды гаммаспектрометрлер Радиометриялық əдістер үлгілерін талқылау 6. Энергетикалық спектрлерді алу. Радиоактивті емес пайдалы қазбаларды іздеу мен барлауда радиометриялық əдістерді қолдану. Радиометрияның есебін төте жолмен шығару Радиометриялық мəліметтерді өңдеу мен талдау. 5. нег.[16-22] 7. қос.[28-31] 2. нег.[ ], 4. нег.[ ] 8. қос. [ ] 9 апта 10 апта 11 апта 12 апта 13 апта 14 апта АБ-2 Оқу тақырыптары бойынша 15 апта емтихан 1.7. Əдебиеттер тізімі Негізгі əдебиеттер: 1. Арцыбашев В.А. Ядерно-геофизическая разведка. Учебник для вузов- М., Недра с 2. Горбушина Л.В. Зимин Д.Ф. Радиометрия и ядерная геофизика.- М., Недра с 3. Ларионов В.В. Ядерная геофизика и радиометрическая разведка.учебик для вузов- М., с. 4. Новиков Г.Ф. Радиометрия. Учебник для вузов- М., Недра с 5. Истекова С.А. Радиометрия и ядерная геофизика. Методические указания к практическим работам для студентов специальности "Геофизические методы поисков и разведки". Алматы.КазНТУ с. Қосымша əдебиет: 6. Горбушин Л.В. Радиоактивные и стабильные изотопы в геологии и гидрогеологии. М. Недра с. 7. Ким. Р. Н. Радиометрия и ядерная геофизика. Методическое пособие. Алматы. КазПТИ с. 8. Радиометрия и ядерная геофизика М.1981 Справочник геофизика. М.Недра с. 9. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (Петрофизика) справочник геофизика М.Недра с. 10. Е.М. Филиппов. Ядерная геофизика. Т. I, II. Новосибирск с. 11. Добрынин В.М., Вендельштейн Б.Ю., Р. А. Резванов, А. Н. Африкян. Промысловая геофизика. М.: Недра, с. 5

6 1.8. Студенттердің білімін бағалау жəне бақылау түрлері Оқудың кредиттік технологиясы бойынша Қ. И. СƏТБАЕВ атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің барлық курстарында жəне пəндерде студенттердің білімін бағалау, рейтингтік жүйе бойынша іске асырылады. «Радиометрия мен ядролық геофизика» пəнінен бақылаудың келесі түрлері қолданылады: ағымдық бақылау, аралық бқылау, қортынды бақылдау. Ағымдық бақылауға бақылау жұмыстары,рефераттар, зертханалық жұмыстарды орындау жатады. Қорытындыға емтихан белгіленген. 3 кесте вариант Қортынды Бақылау түрі % бақылау түрлері 1 эмтихан Қорытынды бақылдау Аралық бқылау Ағымдық бақылау Ағымдық бақылау нəтижелерін тапсыру уақыты пəн бойынша оқу процесінің күнтізбелік кестесімен бекітілген. Ағымдық бақылаудың саны пəннің мазмұны мен көлемімен анықталады. «Радиометрия мен ядролық геофизика» пəнінен бақылау түрлерін 4 кесте өткізу бойынша күнтізбелік кесте Апталар Апталық бақылау Бақылау түрлері Л1 Р Л2 Б Л 3 Л 4 АБ А Р Л 5 Б Л6 Р Л7 АБ Ағымдық бақылау түрлері: Л лабораториалық жұмыс, Б бақылау жұмысы АБ Аралық бақылау, Р реферат 5-кесте Студенттердің білімін бағалау Əріптік Рейтингтік балл Баллмен Баға эквивалент (процентпен %) Өте жақсы А А Жақсы В В В Қанағаттанарлық С С С D D Қанағаттанғысыз F

7 Модуль бойынша бақылау жүргізуге жəне аралық аттестацияға арналған сұрақтар 1 модульмен бақылау жұмыстарын жүргізу 1. Ядролық геофизика жəне радиометрияның мақсаты мен міндеттері. 2. Ядролық геофизика мен радиометрияның басқа геологиялық жəне геофизикалық əдістермен байланысы 3. Альфа жəне бетта ыдырауы. 4. Жартылай ыдырау периоды. 5. Радиоативті (изотоптар атомдары) ыдырауының негізгі заңдылықтары. 6. Электрон позитрондық жұптың пайда болу жағдайы. 7. Жасанды изотоптардың пайда болу жағдайы. 8. Нейтрондық əсерлі қима жөнінде түсінік. 9. Потенциальдық жəне резонанстық шашырау (таралу). 10. Серпімді жəне серпімсіз шашырау (таралу) 11. Иондандырушы сəулелердің энергиясы. Иондандырушы сəлелердің энергия ағыны. 12. Топыпақтың радиоактивтілігіне əсер ететін негізгі факторлар 13.Жекелеген геосфераларда радиоактивті элементтердің таралу заңдылықтар қандай? 14. Гипергенндік процесс дегеніміз не? 15. Тау жыныстарындағы уранның эндогендік (немесе магматогендік) көнелігіндегі кен байлықтары. 16. Таужыныстарының жасын анықтаудың Стронции əдісі. 17. Анықтаудың радиокөміртектік əдісі. 18. Фотоэлектрондық көбейткіштер. 19. Электрондық схемасы. 20. Далалық радиометрлерді жіктеу. 2 модульмен бақылау жұмыстарын жүргізу с 1. Кенбайлықтарын іздеу мен барлаудың игерудің сатылары. 2.Ядролық геофизика əдістерінде қолданылатын негізгі (модификациялар) түрлері 3. Далалық радиометрия түсірімін жүргізудің əдістері. 4.Ядролық геофизика əдістерімен шешілетін негізгі міндеттер 5.Əдістің тереңдігі. 6. Арнаулы бағытта жаяу жүргізілітін түсірілімдердің жіктелуі (классификация) 7. Гамма түсірілім мəліметтерін өңдеу жəне интерпретациялау. Автомобильдік радиометрия түсірілімінің методикаы мен техникасы. 8. Автогамма-əдісінде өлшенетін негізгі параметрлер. 9. Автогамма-əдісінің далалық мəліметтерін өңдеудің тəсілдері. 10. Топырақтағы ауаның радон концентрациясымен жəне тау жыныстарындағы ради концентрациясы арасындағы байланыстар қалай анықталады. 7

8 11. Эманациялық аномалиялардың пайда болу жағдайлары жəне олардың түрлері 12. Далалық уранометриялық түсірілім əдісі. 13. Радиометриялық əдістерді, іздеу мен барлаудың жəне радиоактивті кен байлықтарын игерудің əртүрлі кезеңінде кешенді пайдаланудың принципі. 14. Радиометрия əдістерімен мұнай, газ іздестіруде шешілетін негізгі міндеттер. 15. Радиометрия əдістердің физикалық негіздерн, тау жыныстарына литологиялық стратиграфикалық жіктеу жүргізу кезінде пайдалану. 16. Тау жыныстарының саздануы жəне қандай параметрлермен сипатталады? 17. Ұңғыманы геофизикалық зерттеулердің маңызы мен жіктеулері (классификациясы) 18. Тау жыныстарын литологиялық, стратиграфияқ жіктеуде, сəйкестендіруде қолданылатын негізгі радиометриялық əдістер. 19. Ұңғымадағы операциялардың мақсаты мен міндеттері. 20. Табиғи радиоактивтілік əдісімен кеңістікте шөгінді жатындардың сазданып таралуын зерттеу кезінде шешілетін, негізгі геологиялық міндеттер. Аралық аттестацияға дайындалуға арналған сұрақтар. 1. Радиоактивтілік туралы түсінік Ядролық геофизика мен радиометрияның негізгі даму сатылары. 2. Радиоактивті элементттердің ыдырау жылдамдығын сипаттайтын константа 3. Жасанды радиоактивтілікті туындатуға қолданылатын ядролық геофизикадағы радиоактивтіліктің көздері. 4. Жасанды изотоптардың пайда болу жағдайы. 5. Нейтрондық əсерлі қима жөнінде түсінік 6. Доза туралы жəне сəулелену дозасының қуаты. 7 Зарядталған бөлшектердің немесе нейтрондардың ағыны. 8. Көлдің өзеннің жəне жер асты суларының радиоактивтілігі. 9. Радиоактивті изотоптардың кларктік мөлшері деген не? 10. Калоид дегеніміз не олардың жоғарғы радиоавктивтілігі немен анықталады? 11. Шөгінді таужыныстарындағы органикалық қоспалар қандай роль атқарады? 12. Метаморфогендік кен байлықтары 13. Люминесценттік есептеулер (счетчики). ифрлық жəне аналогтық радиометрлер. 14. Радиометрдің блок-схемасы, Іздеуге арналған радиометриялық əдістер. 15.Ядеролық геофизика əдістерінде қолданылатын негізгі үрлері (модификациялары). 16.Кен байлықтарын іздеу мен барлауда қолданылатын радиометриялық əдістердің жіктелуі (классификациясы) 17.Гамма - əдісінің мағанасы. Өлшеу тəсілдері. 18.Аэрогамма-түсірілімнде өлшенетін негізгі параметрлер. 19. Радиометрия мен ядролық геофизиканыың негізгі даму сатылары 8

9 20. Нейтрондық нəтижелі қима жөнінде түсінік. Потенциалды разонантсы сəулелену Курстың саясаты мен процедурасы. Студент дəрістерге, зертханалық сабақтарға жəне студенттердің оқытушымен бірге орындайтын өзіндік жұмыстарына (СОӨЖ) қатысуға міндетті. Сабақтардың əр түрінен студенттерге сұрақтар мен тапсырмалар беріледі. Олар есептеме түрінде тапсырлуы керек. Зертханалық жұмыстар оқу үрдесі кестесіне сəйкес қорғалуы тиіс. Курс оқылатын тараулардың логикалық ретін сараптай отырып құрастырылған. 2. БЕРІЛЕТІН МАТЕРИАЛДАРДЫҢ МАЗМҰНЫ 6- кесте 2.1 Курстың тақырыптық жоспары Пəннің мазмұны Тақырыптың аты 1.Кріспе. Радиометриялық зерттеулердің методикасы мен теориясынан жалпы мəліметтер..табиғи радиоактивтілік радиоактивті ыдыраудың негізгі заңдары Дəрістер Зертқаналық. Сабақтар СОЖ СОӨЖ Сцинтилляциялық интегральды радиометр Л Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңдылықтары. Радиоактивті элементтер мен изотоптар. Сəулеленудің заттармен əрекет- тесуі. Элементтердің жасанды радиоактивті -лігі изотоптары Радиометр-дозиметр ДКС-тің жұмыс істеу принципі 2 3. Сəулеленудің заттармен əрекеттесуі. Элементтердің жасанды радиоактивті изотоп -тары. 4. Нейтрондар жəне олардың заттармен əрекеттесуі. Радиометрия мен ядролық геофизикада» қолданылатын өлшем бірліктер Тау жыныстарының, су мен атмосфераның радиоактивтілігі 10.Радиоактивті элементтердің Жер қабатында таралуы.. Радиометр - дозиметр РКС тің жұмыс істеу принципі Л 3 6. Шөгінді тау жыныстарындағы уран, ради жəне торидың неізгі концентраторлары. Уран кенорнының басты генетикалық жəне өндірістік түрлері Əмбебап радиометр-дозиметр РКС-01-СОЛО-мен əль фа, бета, нейтрон-дар мен гамма-түсірулер жүргізу Л Радиоактивті изотоптарды абсолютті жасты анықтауда пайдалану. Ионизациялаушы сəулелердің детокторлары

10 8. Радиометриялық аппаратураның негізгі бөлімдері Далалық ұңғымалық жəне лабораториялық радиометрлер. 9. Далалық ұңғымалық жəне лабораториялық радиометрлер. Радиометриялық жəне ядролық геофизика əдістерін пайдалы кенбайлықта -рын іздеу мен барлау саласында қолдану. Рудалар мен таужыныстарының құрамын талдаудың ядролық -физикалық əдістері Тасылмалы гамма-спектрометрлер Л Тау жыныстарының радиоактивтілігін анықтауға арналған лабораториалық əдістер. Пайдалы кенбайлықтарын іздеу мен барлауға арналған радиометриялық əдістер. 11. Аэрогаммаспектрометриялық түсіру. Жаяу түсіру. Автомобильдік түсіру. Энергетикалық спектрлерді түсіру. Л Аэрогаммаспектрометриялық түсіру Эманациялық түсіру. Уранометриялық түсіру Радиометриялық жəне басқа геофизикалық əдістермен іздеу мен барлаудың жəне радио -активті руданың кенбайлықтарын əртүрлі сатыларында зерттеу. Геологиялық карталау. Дизъюнктивтік жарылымдарды анықтау жəне бақылау Радиометрияның тура есесбін шешу. Л Таужыныстарын литологиялық стратиграфиялық жіктеу жəне оларды сəйкестендіру. 15. Тау жыныстарының саздану дəрежесін бағалау Ұңғымада радиометриялық зерттеулер. Барлық сағаттар Пəннің əдеби методикалық материалдары 1 дəріс. Əдістердің теориялық негіздері Негізгі түсінік жəне радиометрия мен ядролық геофизиканың міндеттері Радиометриялық жəне ядролық геофизика əдістері геофизикалық əдістер кешенінде негізгі басты əдістердің бірі болып саналады. Бұл əдістер жоғарғы концентрациялы радиоактивті элементтерді тауып алынған үлгіде жəне алынған руда мен атаcу орнында сандық бағалау жұмыстарын жүргізеді. Əр түрлі əдістерді тиімді пайдалану үщін жəне алынған нəтижелеріне дұрыс геологиялық талдау жасау үщін əдістердің теориялық негіздерін, жұмыстың методикасы жəне нəтижелерін интерпретациялауды білу қажет. Əдіспен шешілетін негізгі міндеттер: 1. Жер бетіне шығатын уран кен орындарын айқындау. Ол үшін тау жыныстарының радиоактивтілігі жоғары жерлерді іздеп табу. 10

11 2. Жер бетіне шығатын жері жоқ, тереңде жер үстінен (10-100м) орналасқан сирек жəне шашыраңқы элементтерді, радиоактивті кен байлықтарын іздестіру, 3. Радиоактивті кен байлықтарын іздеу мен барлау. 4. Радиоактивті элементтердің концентрациясын жəне радиоактивті элементтердің шығу тегін анықтау. 5. Жер бетіне жақын орналасқан мұнай мен газ кен орындарын іздеу мен барлау кезінде радиометриялық зерттеулерді қолдану. Қажетті курсты меңгерген инженер геофизиктер, нақты геологиялық жақтарын ескере отырып, жоғарғы жазылған міндеттерді орындай білулері қажет. - Аппаратура мен тіркеулерді сауатты пайдалану; - Аномалияны жете тексеру (детелизациялау). - Радиометриялық сынақтар өткізу - Геохимиялық үлгілерді жинап жеке кешенді зерттеу - Далалық өңдеу жұмыстарын орындау, есептеу, графиктер тұрғызу - Далалық бақылау нəтижелеріне алғашқы геологиялық интерпретация жасау. Бұдан да басқа геофизик, дала жұмыстарын ұйымдастырушы, операторлардың жұмысын үнемі қадағалап, жұмысшылар мен операторларға көмектесу, қажет болса нұсқау да беріп жəне аппаратураларға жеңіл-желпі ремонт жұмыстарында жасай білу қажет. Француз ғалымы А.Беккерелдің 1896 жылы радиоактивті құбылысты ашып, XIX ғасырдың аяғында ғылымға қосқан өте үлкен елеулі еңбегі еді. Ал XX ғасырдың ғалымдары микродүниенің құрылымын физиканың көмегімен түсіндіріп кванттық механиканы ғылымға енгізді. Радиоактивті заттарды зерттеу кезінде, алғашқы жылдары, уранның табиғи қосылғандары (мысалы уран рудалары) үлкен радиооптилігінен белгілі болған, тең мөлшерлі таза уранмен салыстырғанда П.Кюри мен М.Кюри екі жаңа элементті бөліп алып полоний жəне радий деп атайды. Бұл элементтер үлкен атомдық салмақпен ерекшеленді. Өйткені олар уранмен не торимен байланысты еді. Сондықтан олар Менделеев таблицасында 84-орыннан ары қарай орналасады. Ядролық күштердің табиғатын 1935 жылы Жапон физик ғалымы Х.Юкавой айтқан еді. Ол ядроның, протон мен нейтрондардың, электрондардан есе көп, үлкен массалы бөлшектермен ауысу моделін ұсынған. Осындай бөлшектер кейінірек ашылып мезон деп аталған. Англияның физигі 1947 жылы электроннан 273 есе көп бөлшектерді ашып П-мезон деп атаған. Атап айтқанда Х.Юкавойдың болжамы дəл осы П-мезоны еді. Ядролық ауыспалы күштің, яғни ядродағы нуклондар толассыз П-мезондармен ауысып тұрады. Табиғи радиоактивтілік. Заттардың уран мен ториға ұқсас сəулеленуін М.Кюри радиоактивті заттар деп атаған жəне осы атау жалпыға бірдей қабылданды. Радиоактивтілік кейбір атом ядросының өздігінен физикалық, химиялық қасиеттері өзгеше басқа ядроға айналуын айтады. Радиоактивтілік ыдырау 11

12 əркезде бірталай мөлшерде энергия бөлумен жалғасады жəне табиғи жағдайда қайталанбайтын процесс. Радиоактивті сəулеленудің қасиеттері. Иондану əсері. Радиоактивті сəулелер заттардан өткенде өзінің энергиясының бір бөлігін осы заттардың атомының иондануына шығындайды. Осының салдарынан қатты заттарда зарядтардың өзгеріп орналасуы, сұйықта химиялық реакцияның қарқындылығы артады; газдар, əдетте электр тогын өткізбейтін газдар өткізгіш болып саналады. Қазірде қолданылып жүрген газбен толтырылған жəне синтилляциялық немесе кристалдық санаушылардың (детекторлардың) негізінде иондану құбылысы орын алады. Фотохимиялық ықпал. Фотография пластикасының бетіндегі жарық сезгіш, бромды күміске күн сəулесі қалай əсер етсе, радиоактивті сəуледе дəл солай əсер беретіндігін Беккерел кезінде зерттеп радиоактивтілік құбылысын ашты. Бұл құбылыс қазіргі кезде тау жыныстарындағы радиоактивті Уран кен орындарын іздеуге қолданылады. Люминесценциялық жарықтану. Бұл құбылысты да алғашқы зерттеуші А.Беккерел болған. Радиоактивті препараттардың маңайында орналасқан алмаздың, күкіртті цинктің, кейбір уран тұздарының жəне басқа заттардың жарықтануы, тағы да люминесценцияның көптеген органикалық заттардада қоздырылатынын анықтаған. Өте жоғары өтімділік қасиеттері: Радиоактивтілік сəулелену кезкелген заттардың, бойынан кез-келген қалпында (қатты, сұйық, газға ұқсас) өтуі басқа сəулелерге қарағанда əлдеқайда күшті. Мысалы сəуледе катодтың ренгеннің сəулесінен т.б. Бұл радиоактивті g сəулеленудің қасиеттері. Радиоактивті рудалар мен кендерді іздестіруге, тіпті тау жыныстары см, радиоактивті сəулелерді сіңіретін жабындармен көмкерілсе оларды жердің үстінде, ауада да өлшеп табуға болады. Көп мөлшерде энергия бөлуі. Радиоактивті элементтер заттардың бойынан өткенде, сəулелену энергиясының жұтылуы орын алады. Ең ақырында сəулеленудің барлық энергиясы жылу энергиясына айналады. Бұл көрсетілген құбылыстар жердің геологиялық өмірінде өте маңызды орын алады. Өйткені жердің жоғарғы қабатының жылу бөлу қабілеті өте жоғары (1г ураннан (U) 0,83 кал/жылына. жылу мөлшері бөлінеді). Физиологиялық əсері. А.Беккерель кезінде, қалтасына салып жүрген Уран тұзы салынған пробирканың əсерінен денесін күйдіріп, содан радиоактивті сəулеленудің тірі тканға əсер ететіндігі (ашқан) белгілі болған. Қазіргі кезеңде радиоактивті элементтердің белгілі мөлшерде ғана медицина саласында қолданылатындығы белгілі. Көптеген ғалымдардың радиоактивті сəулеленуді тынбай зерттеулерінің нəтижесінде оның құрамының өте күрделі екендігін анықтады. Алдымен Э.Резерфорд сəулеленулің құрамын екі түрге бөледі: олардың біріншісін Альфа сəулесі, бұл компонент заттармен оңай жұтылады жəне b сəулесі белгілі мөлшерде заттарға өту, таралу қабілетімен белгілі. Кейіннен П.Виллард, өтімділік қабілеттілігін бөліп қарастырып g сəулелену компонентін бөледі. Əрбір радиоактивті заттар өзінің өзгеру түрімен жəне жартылай ыдырау периодымен сипатталады. Қазіргі кезде өзгеріп басқа түрге айналатын тұрақсыз 12

13 ядроның мынадай түрлерін айтуға болады. Альфа-ыдырау ядродан екі протоннан жəне екі нейтроннан тұратын бөлшектер үлкен жылдамдықпен тарайды. Уран ядросының a ыдырауын былай жазуға болады: U Th+a +Е. Химияның периодтық система кестесінде, екі протонын жоғалтып жаңа изотоп тізбектің 90 торынан орын алады. (өйткені z=92-2=90) жəне тағыда дəл осылай ол химиялық қасиеті басқа элементке ауысады. Бета ыдырау атом ядросында бір нейтрон протонға айналады. Бұл акт электронның құрылуына əсер етеді. Əйтпегенде зарядтардың сақталу заңы бұзылар еді. Пайда болған электрон өте үлкен жылдамдықпен ядродан арылып шығады, яғни ядро біраз энергиясынан айырылады. b - ыдырау реакциясын төменгі формуламен көрсетуге болады: n p+e +E. Бұл реакция массаның сақталу заңына кері əсерін тигізбейді. Протонның массасы нейтрон массасының мөлшеріне тең болады. Ыдыраудан кейінгі массаның сақталу заңы қатал есептеу жұмысымен жоғары дəлдікпен дəлелденген жəне зарядтардың сақталу заңы - протондар мен электрондар зарядтарының жиынтығы нөлге тең) дəл осындай нейтрондарда. Бір нейтронның протонға ауысу кезінде элементтің рет номері бір санға көбейеді, ал массаның саны өзгеріссіз қалады. Мысал ретінде мына ыдырауды көруге болады Th Pa + e + E Жаңа элемент протактаний, торидан химиялық қасиетімен өзгеше жəне химиялық кестеде 91 орында орналасқан. Электронды тартып алу. Ядро өзінің атомының бір электронын тартып алу сирек кездесетін құбылыс. Негізінде ядроға жақын орналасқан қабаттың электроны тартылады. Оны физикада К- əріпімен белгілейді, К- (захват) тартып алу деп атайды. Бұл реакцияның нəтижесінде ядро қоздырылып, γ кванты түрінде энергия бөлініп шығады. Ядроның спонтанды бөлінуі - өте сирек табиғи жағдайда кездесетін құбылыс. Егерде ядро ішкі жағдайларға байланысты өздігінен (спонтанды) екіге (бөлінді) айырылса, көптеген жағдайда бірдей емес, ал массалар шамасы бір-біріне жақындау. Спонтандық бөліну U изотобында байқалады. Ядроның бөлінуі əр түрлі варианттарға байланысты. Бөлінгенде ядро өнімдері заряд массаларының жиынтық саны 92-ге тең. Ядро өнімдерінің жиынтық масса саны əруақытта 235, тек азырақ, өйткені спонтандық бөліну кезінде бірнеше бос нейтрондар пайда болады. Сонымен радиоактивті элементтер өзінің салыстырмалы ыдырау түрімен жылдамдығына байланысты əр түрлі болады. Мысалы, уран, радий a - бөлшектерін таратушы болғандықтан a - активті деп аталады. Жартылай ыдырау периоды - уақыт, осы уақыт мезгілінде радиоактивті изотоптың алғашқы атом санының жартысы өзгерсе жартылай ыдырау периоды деп аталып, Т-мен белгіленеді. Əдебиеттер. 2 нег.[5-17], 3 нег.[9-16], 4 нег.[11-19], 8 қос.[15-31] 1 нег.[3-15], 2 нег.[3-31], 8 қос.[5-11] Бақылау сұрақтары: 1. Радиоактивтілік жайлы түсінік. 13

14 2. Радиоактивтіліктің негізгі түрлері. 3. Радиоактивті сəулеленудің қасиеттері. 4. Радиометрия мен ядролық геофизиканыың негізгі даму сатылары 5. Радиометрия мен ядролық геофизиканың мақсаты мен міндеті 2 дəріс. Радиоактивті ыдыраудың негізгі заңы Əртүрлі радиоактивті элементтер əр алуан жолдармен ыдырауы мүмкін. Ыдырау процесінің белгілі өзгеру заңдылықтары бар. -lt Радиоактивті изотоп атомының негізгі ыдырау заңы: N = N 0 e Мұнда N t уақытында қалыптасқан радиоактивті элементтің атом саны; N 0 радиоактивті (p/a) элементінің бастапқы мөлшері, уақыттың алғашқы мезгіліндегі атом саны; l ыдырау тұрақтылығы. Өлшем бірлігі уақыт өлшеміне кері шама. Ыдырау ықтималдылығының уақытқа тəуелділігін сипаттайды. Радиоактивті элементтерінің өзгеру жылдамдығын сипаттайтын константтар. 1. l ның мөлшерін біліп, радиоактивті ядроның көнелігін (жасының ұзақтығын) есептеуге болады: 1 t = l 2. Радиоактивті элементтер жасының ұзақтығы негізіен оның жартылай ыдырау периодымен сипатталады Т 1/2 = 0,693t. Радиоактивті ыдырау өнімінің қорымдануы: lм N М -lдt N Д = (1 - e ) l N Д туынды заттар атомының ыдырау өнімдері, N М - аналық заттар атомының ыдырау өнімдері: lм Радиоактивтіліктің тепе-теңдік заңы: N Д = N М l - l Радиоактивті элементтердің тізімі Жартылай ыдырау периоды аз радиоактивті элементтер (мысалы Ra, Rn) рудаларда, кейде (геоалогиялық көзқараспен) өте көне таужыныстарында кезде седі. Бұл мəселені, радиоактивті басқа элементтердің толассыз ыдырауы мен деп түсіндіріледі. Алғашқы бақылаудың нəтижесі радонның, радидың ыдырауынан таралатындығы дəлелденген. Алғашқы кездерде радонды радийдың эмманациясы деп есептеп, 1913 жылы ғалымдар Ф. Содди мен К.Фаянсанның бір бірімен байланыссыз ығысу ережесін тұжырымдаулары, химиялық элемент тердің тізбек номерінің қалыптасып, жəне α мен b ыдырау өнімдерінің массалар саны анықталып ығысу ережелері тұжырымдалады. Бұл ережелердің көме - гімен радиоактивті заттарды системалау əлде қайда жеңілдеді жəне сол кездегі белгілі радиоактивті изотоптар үш топқа бөлініп, тегіне үйлестіріп, тізбекке бөліну деп аталды. Үйлесудің негізі ретінде, яғни тізбектің басында жартылай ыдырау периоды өте үлкен, Жердің жаратылуынан бастап,(4-5 млрджылдан) 14 Д Д М

15 бері, Ядро элементтерінің ыдырауы жекелеген жағдайларда болғандықтан, қазіргі жағдайда таужыныстарының құрамында сақталған негізгі құраушы элементтер (Заттардың) бірі болып саналды. lм N Д = N М l - l Д Осындай элементтердің қатарына Tһ, U, U, жартылай ыдырау периодтары 14; 14,5 млрд. жыл жəне 713 млн. жыл. 1. Радиациалық активтілігі радиоактивті изотоптардың таужыныстарындағы мөлшері (таужыныстарындағы радиоактивті заттар) 1 секундта 1- ыдырау. Өлшем бірлігі: Си. сист. Беккерель 1 Бк = 1 ыдырау сек. 2. Ионизациялаушы сəулесінің энергисы (Е) Джоулмен өлшенеді (Дж). 3. Ионизациялаушы сəуленің тасқын энергиясы (Ф). D t мезгілінде жер бетіндегі ионизацияландырушы бөлшектер жиынтығының энергиясы de осы уақыт кесіндесіне қатынасымен анықталады. Ионизациялайтын Ф=dE/ D t, Дж/сек=Вт 4. сəулеленудің белсенділігі (қарқындылығы) j ионизациялаушы бөлшектердің энергия ағынының тығыздығы. j ионизациялаушы энергия тасқынының (dф) осы ионизацияланушы сфераның көлденең қимасының ауданына ds қатынасымен анықталады. j =dф/ds, Bт/м 2 5.g квант өрісінің белсенділігі экспозициялық қуат мөлшерімен сипатталып, ал сəуле тасқын тығыздығымен осы ортамен жұтылу дозасының мөлшерімен бейнеленеді. γ сəулелерінің тасқын тығыздығының өлшем бірлігі 1/сек см 2 6. Жұтылған доза D сəулелену энергиясының кез келген түрімен əртүрлі заттардың массаларының бірлігімен жұтылуын сипаттайды. Д=dE/dt Өлшем бірлігі Дж/кг Грей 7. Жұтылған дозаның қуаты деп жұтылу дозасының уақыт бірлігінде туындауын атайды. Жұтылған дозаның қуаты P=dD/dt, Өлшем бірлігі Гр/с немесе Вт/кг Ауадағы сəулелердің сипаттамасы: 8. Экспозициялық доза (Д 0 ). Бір таңбалы иондар, яғни электр зарядтарының dq жиынтығы кейбір ауа массаларымен жұтылуынан пайда болған сəулелену, осы ауа массасының dm мөлшеріне қатынасымен бейнеленеді. Д 0 =dq /dm. Өлшем бірлігі Кулон/кг Рентген (Р). Рентген, g сəулесінің физикалық дозасы 1см 3 құрғақ ауада t 0 =0 0 С жəне қысымы 760мм. сын. бағ. иондардың (қалыптасып), 1электростатикалық əртүрлі таңбалы электр мөлшерін туындатып, тасымалдауы. 1Р = кл/кг. 9. Эспозициялық доза қуаты (Р 0 ) деп уақыт бірлігінде сəулеленуді туындату шы дозаны атайды. М 15

16 Р 0 =dd/dt өлшенеді Ампер/кг (А/кг немесе Рентген/сағ, Р/сағ, мкр/сағ). 1мкр/сағ= А/кг (геофизикада). Қазіргі əдебиетте үлес бірлігі СИ-жүйесінде пикоампердің кг-ға қатынасын қолданады пикоампер/кг. 1мкР/сағ =0, па/кг. 1пА/кг=13,95мкР/сағ. Биологиялық заттардың сəулелену сипаттамасы: 10. Эквиваленттік доза доза сəулелерінің биологиялық заттармен жұтылған дозаның сəулеленуі. Өлшем бірлігі: Зиверт 1зв/сек. 11. Ионизациялаушы сəуленің экспозициялық доза қуатын Р эк деп белгілейді. Өлшем бірлігі Дж/кг, Зиверт/сек, Зв/сек. Радиоактивті элементтнр мен изотоптар. Радиометриялық əдістер көмегімен радиоактивті жəне радиоактивті емес пайдалы кен орындарын іздеу мен барлауда байланысы бар негізгі радиоактивті элементтер мен изотоптарға қысқаша сипаттама. Уран (U), Z=92. Жартылай ыдырау периоды негізгі изотоптың T=4, жыл жылы Г.М. Кланотром, тотық түрінде 1842 жылы Е.М. Пелиго бөліп шығарған. Сырттай металды уран күміс өңдес жұмсақ металл. Үлкен тығыздығымен (19 г/см 3 ), химиялық өте активтілігімен сипатталады. Химиялық элементтердің периодтық системасында алтыншы топта орналасқан жəне алты валентті электрондарға ие болады. Бұл оның максимальді валенттілігінің 6 + екендігін айқындайды. Ал валенттілік электрондар əртүрлі қабаттарда орналасқандықтан, табиғатта уран алты валентті (6 + ) жəне төртвалентті (U 4+ ) түрлерінде кездеседі. (U 4+ ) валентті химиялық қоспасы суда нашар ериді. Оттегі болған жағдайда алты валентті түріне ауысады суда өте жақсы еритін өте жоғары химиялық активтілігі жəне ауыспалы валенттілігі уранның табиғи химиялық қоспасының көп екендігін айғақтайды. Олар тотықтар мен силикаттарда, кешенді қоспаларда, минералдардың құрамында Ti, Ta жəне Ne бар, тағыда шашыраңқы орналасқан жерлерде. Табиғи уран үш изотоптың қосындысы (ерітіндісі) болады: U, (99,271 % уранның толық құрамынан), U (0,728 %) жəне U (0.001%). ХХ ғасырдың 30 жылдарына дейін уранның қолданысы өте аз шектеулі мөлшерде ғана болды. Атом электр станциясында қолданылатын 1 кг уран 1000т көмірді ауыстырады. Мұндай энергия сиымдылығы уранды теңдесі жоқ энергия көзіне айналдырады. Торий (Тh) Z=90. Негізгі изотобының жартылай ыдырау периоды 1, жыл 1818 жылы И.Я. Берцелиус ашқан. Таза түрінде жеңіл өңделетін, қақтауға төзімтал, созылмалы металл. Тығыздығы 11,5 г/см 3. Химияның периодтық системасында төртінші топта (группада) орналасқан. Сондықтан ол өзін төрт валентті элемент түрінде табиғатта таужыныстардың құрамында тұрақты орналасқан. Суда нашар еритін ThO 2 түріндегі қоспа болып кездеседі. Табиғатта тории тектес өз минералдарымен, тағы да изоморфты араласқан уранмен кездесетін Ta, Ti, Ne жəне сирек металды элементтермен тағыда 232 шашыраңқы түрде кездеседі. Табиғи тории тəжірибе бойынша таза изотоп 90 Th, қалған басқада табиғи изотоптары ториидің 90 Th, 90 Th, 90 Th жəне басқалары 16

17 жаратылыста өте аз. Тории (Th) табиғи таза түрінде жəне қоспалары прибор лардың экрандарында, жарықтандырушы түрінде, көбінен қолданылады. Қазіргі кезеңде Th ядролық отын көзінің туындысы ретінде қолданылады. Радий (Ra), Z=88. Жартылай ыдырау периоды негізгі изотоптың Т=1600 жыл М. Кюри жəне П.Кюри 1898 жылы ашқан. Бос күйінде ақ-күміс түсті метал 6 г/см 3 тығыздығымен. Химиялық қасиеттері оның элементі химиялық период тық таблицада екінші қатардан орын алуымен сипатталады. Бұл əдеттегі сілтілік металдар қатарына жататын элемент. Өте жоғары гомолог (гомолог қасиеттері бариға ұқсас элемент). Белгілі химиялық қоспалары +2 валентті металды радий ауада тұрақсыз, таза күйінде вакумда сақтайды. Табиғатта, суда жақсы еритін тұздар күйінде кездеседі: RaBr 2 немесе RaCl 2 (жерасты суларын да). Оттегі қышқылдарымен- тұздар түрінде RaSO 1, RaCO 3 тағыда RaF 2 жəне Ra(IO 3 ) 2 суда нашар еритін тұздар, қоспалар ретінде таныс. Радий өте үлкен мөлшерде жылу энергиясын бөліп шығарады-137кал/г. 1г. шаққанда (есептеген де); Оның тұздары түнде жарықтанады (автомолюминесценцин құбылысы). Бұл элемент ашылғаннан кейін көп көлемді өте танымал элементке айналды Көптеген уақыт бойы жеке, негізгі радиоактивті элемент болып саналды. Ғылымда, лабораторияларда, медицинада, оқу орындарында. Радон (Rn) Z=86. Жартылай ыдырау периоды. Негізгі изотоптың 3,825. Бұл химиялық элемент, элементтердің периодтық системасында, нөлдік топтан 1900 жылы ашылған. Əдеттегі жағдайда біратомды газ, С кондициялана ды, С қатты күйге айналады. Радон суда жəне басқа сұйықтарда жақсы 222 ериді. Табиғатта үш изотобы бар əрқайсысы жеке өз атауларымен: радон 88 Rn, торон 86 Th жəне актинон 86 An. Алғашқы кездерде радон эмманациялану деп аталған (эмманация латынша (emanatio-истенениз; өту: уақыт, ай мерзімі) газға ұқсас өнім радийдан пайда болатын, одан шығып бөлінетін деп есептелген). Радон аздап медицинада қолданылады, өте аз техника саласында, негізінен өте үлкен жылдамдығы, газдың қасиеті (герметизацияны тексеру кезінде). Кең көлемде геологияда қолданылады. Негізінен уран кен байлықтарын іздеп барлау кезінде. Полоний (Po)=84 жартылай ыдырау периоды 138, 4тəулікке тең, кең таралған 1898 жылы М.Кюри жəне П.Кюри ашқан. Элементтердің период тық таблицасында полоний алтыншы қатарда орналасқан. Химиялық қасиеттерімен өте жоғарғы теллурдың гомологы болып саналады, валенттілігі -2, +2, +4 жəне +6. Таза күйінде күміс сияқты метал. Тығыздығы 9,32 г/см 3, өте радиоактивті 1мг. Po-дің (жеке меншікті) a - сəулеленуі 4,5 г радиға эквивалентті. Полоний a - сəулеленудің, көп энергетикалық көзі, қоры ретінде қолданылады. (E=5,3MЭВ) нейтрондарды алу үшін.пайдаланылады. Əдебиеттер. 2 нег.[13-15], 3 нег.[29-35], 4 нег.[11-19], 8 қос.[12-13] 2 нег.[17-23], 4 нег.[19-28], 8 қос.[19-23] Бақылау сұрақтары: 1. Уранның, Ториидің, Радидің, Радонның негізгі қасиеттері 17

18 2. Радиоактивті изотоп атомдарының негізгі өзгеру заңдылығы 3. Р/а элементтерінің өзгеріс жылдамдығын сипаттайтын константалар 4. Радиоактивті тепе-теңдік заңы 5. Радиоактивті элементтерінің тізімі 3 дəріс. Сəулелердің заттармен əрекеттесуі Радиоактивтілікті зерттеудің негізгі тəсілі, өздігінен ыдырайтын атомдар ядроларының сəулеленуін тіркеуге болады. Бұл сəулелер заттардан өткенде, олардың біраз түрленіп, өзгеруіне əсерін тигізеді. Олардың ішіндегі ең тартым дыларының бірі газдардың иондануы фотосезімтал эмульсияның қараюы жəне көптеген заттардың люминесценциялануы. Əрбір элементтің ерекшелігі,қарқын дылығы əртүрлі болғандықтан, сəулелердің басқа заттармен өзара əрекеттесуі де əрқилы. Жоғарыда айтылғандай α сəулесі оң зарядталған гелий атомының ядросы ( 2 He 4 ++) массасы 6, »(4, атом бірлігінің массасы).α сəу лесі заттардан өткенде α бөлшектерінің энергиясы негізінен иондануға жəне атомдарды қоздыруға шығындалады. Алғашқы жылдамдығы өте үлкен болған дықтан, газдардың молекуласымен қақтығысқанда a - бөлшектері, атомның электрондық қабаттарынан электрондарды тартып алып, өзінің өткен жолында жүздеген, мыңдаған қосалқы иондар туындатады. Сонымен электрондар жиі осынша үлкен энергияны қабылдап, өз жолдарында бірталай атомдарда ионда лады (туынды поляризациялану құбылысы). α бөлшектерімен ионизациялану кезінде артылған энергия молекулаларды қоздыруға жұмсалады. Өйткені α бөлшектерінің массалары электрон массасынан əлдеқайда көп болғандықтан, α бөлшектері энергиясын бергенде (α бөлшектері) алғашқы бағытынан ығыспайды. Оның траекториясы заттарда түзу болады. α бөлшектерінің өзге ше ерекшелігі, оның заттардан өтімділігінің аздығы. Ионизациялану жəне α бөлшектерімен əртүрлі заттардың атомының қоздырылуы олардың химиялық өзгерістерімен қоса жүреді, кристалдық структураларының бұзылуы (қатты зат тардың), жылудың бөлінуі, фотографиялық пластинканың қараюы, люминессен циялануы. Ақырғысының қарқындылығы, күкіртті цинкте, өте көп байқалады b сəулесі электрондармен позитрондардың үздіксіз тасқыны, массасы 0, г болатын жəне электрон заряды 4, электростатикалық бірлік. Бұл элементарлы бөлшектердің қоздырылған ядрода пайда болуы нейтрондар мен протондардың өзара əрекеттесуінде яғни, нейтрондар санының, протондар ға қарағанда көбірек болуында. Сондықтан нейтрондар пртонға ауысып элек трон пайда болады. (р n + e ++ 1). Екі жағдайда да ыдырау кезінде неитрино мен электрондар пайда болып, ядролық реакция кезінде ядро басқа бір тұрақты жағдайға келді. Бөлінген бөлшектер өздерінің өте аз мөлшердегі массаларымен жəне өте үлкен өтімділіктерімен сипатталады. (неитрино) a бөлшектеріне қарағанда b бөлшектері кейбір жеке радиоактивті элементтерде өзінің алғашқы энергиясының тұрақсыздығымен, толассыз энергия спекторымен, мүмкіндігінше минимумнан максимумға дейінгі мөлшерімен Е max сипатталады. Табиғи радиоактивті элементтердің b сəулесі заттардан өткенде, оларда a - бөлшектері сияқты негізінен иондануға жəне олардың атомдарын қоздыруға 18

19 шығындалады. Үлкен энергиямен əсер еткенде b бөлшектерінің энергия жоғалту механизмі əлдеқайда өзгеше болады. Бұл кезде энергияның негізгі бөлігі иондануға емес, электромагниттік сəуле бөлуге шығындалып,тежеулік деп аталады. Соңғысында a бөлшектерден ерекшелігі b сəулесі заттардан өткенде, олардың электрондық қабаттарымен ғана əрекеттеспей, ядроға да əсер ететіндігіне байланысты. Сонымен b сəулесінің əрекеттесуші массасымен атомдардың электрондары тең болғандықтан, b бөлшектері энергиясын жоғалтып, өзінің алғашқы бағытынан ауытқиды. Сəулелену процесінде b сəулелері алғашқы бағытынан 90 0 қа дейін ауытқуы мүмкін. Көптеген сəулеленуден кейін b сəулелері бұрынғы бағытына қарсы жылжуы да мүмкін. b - сəулесінің өтімділігі айтарлықтай көп (100) таман a сəулесіне қарағанда. Дегенмен абсолюттік мөлшері онша үлкен емес. Тау жыныстарында. Табиғи радиоактивті элементтердің b сəулесі толығымен 8 9 мм. қалыңдықта жұтылады. Бір b сəуле шоғырын 2 есе бəсеңдету үшін тау жыныстарының қалыңдығы 5 мм. болу керек. Ал ауада толық жұтылу 10 мм. болады. Жартылай бəсеңдету үщін 110 см. қажет. g сəулесі жоғары жиіліктегі электромагниттік сəулелер өте жоғары өтімділік қабілетімен ерекшеленеді. b сəулесі таужыныстарымен, толық жұты луы үшін, қалыңдығы см.-мен өлшенсе, g сəулелерінің толық жұтылуы үшін таужыныстарының қалыңдығы метрлермен анықталады. Ауада табиғи радиоактивті элементтердің g сəулелерінің толық жұтылуы м. Бас қа да электромагниттік сəулелену сияқты g сəулесіде жеке кванттар түрінде таралады. Олардың энергиясы (һn ) көбейтіндісімен анықталады. Һ-Планка ның тұрақтылығы 6,62*10 27 эрг сек, жиілігі n = l с ; с жарық жылдамдығы, l толқын ұзындығы, n сəулелену. Табиғи радиоактивті элементтерде n -сəулесінің энергиясы 0,05-3 Мэв. шегінде өзгереді. Жоғарыда айтылғандай g сəулесінің пайда болу механизмі элементтер дің ядросының түрлену процесіне байланысты, бір тұрақсыз энергетикалық түрінен екінші негізгі тұрақты түріне ауысуы. Сондықтан, энергетикалық дең гейлері əртүрлі элементтердің бірдей еместігінен, радиоактивті элементтерден таралатын g сəулелері əртүрлі энергетикалық спекторлармен сипатталады. Элементтердің жасанды радиоактивті изотоптары 1934 жылы Ирэн и Фредерик Жолио Кюри деген француз ғалымдары мынадай жаңалық ашқан: кейбір тұрақты элементтерді ά-бөлшектермен сəулелендірсе, оның алдында тұрақты деп саналған жаңа элементтердің радиоактивті изотоптары пайда болады. Содан кейін тұрақты элементтерді ά-бөлшектермен, протондармен, дейтрондар жəне нейтрондармен сəулелендіргенде барлық химиялық элементтердің радиоактивті изотоптары алынды, яғни сутегіден бастап, ураннан аяқтап жəне де көп жағдайда əрбір элемент бір емес, бірнеше радиоактивті изотоптары анықталған. Жасанды деп аталатын, қайта алынған элементтердің радиоактивті изотоптары табиғи элементтерден айтарлықтай, 19

20 ешқандай айырмашылығы жоқ. Олардың барлығы экспоненциальды заңға -lt сəйкес N = N o е ыдырайды, ақыры соңында басқа тұрақты элементтерге ауысады. Ядролық геология мен геофизикада жасанды радиоактивті изотоптар кеңінен қолданылады. Олардың көмегімен таужыныстарды сəулелендірудің нəтижесінде элементтерге сəйкес құрамын анықтауға болады. Зарядталған бөлшектермен немесе нейтрондармен берілген затты сəулелендіргенде жасанды радиоактивті изотоптардың пайда болуы оның ядросының өзгеріуімен байланысты Ai + He [ P ] + n сұлбасы бойынша пайда болған фосфордың радиоактивті изотобы позитрон шашыратуы арқылы жəне Т 1/2 = 2,5 мин жартылай ыдырау периодымен ыдырап, кремнийдің Si 30 тұрақты изотобына айналады. Электрлік зарядталған бөлшектің ядросына өту үшін ядроның электростатикалық күшінен асатын жеткілікті энергияға ие болу қажет. Осының нəтижесінде керекті мөлшерде жасанды радиоактивті изотоптарды алу мақсатында, жылдам a -бөлшектермен, дейтрондар немесе протондармен алдын ала арнайы жасалған жылдамдатқыш құрылғымен жылдамдатушы құбырлар: түзу бойымен жылдамдатқыштар, циклотрондар жəне т.б-мен жүргізіледі. Осылардың ішінде жиі қолданылатыны дейтрондар. Себебі олар жоғарғы энергияға жылдам жетеді жəне протондарға қарағанда ядролық реакциялардың көптеген түрлерін туындатады. Нейтрондар зарядталған бөлшектерден өзгеше электрлік нейтралды бөлшектер болғандық тан, энергияларына тəуелсіз ядроларға еркін түрде өтеді. Осының нəтижесінде ядролық геология мен геофизикада жасанды радиоактивтілікті туындату үшін нейтрондарды қолданады. Нейтрондардың көзі ретінде табиғи α-сəулеленудің (радий немесе полоний) лердің бериллиймен қоспасын пайдаланылады. Əдебиеттер. 2 нег.[[10-17], 3 нег.[ 37-40], 8 қос.[25-29] 2 нег.[26-39], 4 нег.[19-28], 8 қос.[14-23] Бақылау сұрақтары: 1. Табиғи жəне жасанды радиоактивті изотоптар 2. Жасанды изотоптарының пайда болуының шарттары 3. Тау жыныстарының құрамын анықтауда пайдаланылатын жасанды радиоактивті изотоптар 4. Ядролық геофизикада жасанды радиоактивтілікті туындататын көздер 5. Сəулелердің заттармен əрекеттесуінің негізгі түрлері. 4. дəріс Нейтрондар жəне олардың заттармен əрекеттесуі Нейтрондар табиғатта бос күйінде, тəжірибиеден белгілі, кездеспейді. Тым аз мөлшерде космос сəулелері құрамында кездеседі: тағыда ауыр элемент ядросы өздігінен бөлінгенде 238 U, 235 U, 232 Th тау жыныстарын табиғи радиоактивті элементтерді a -бөлшектермен сəулелендіргенде. Жартылай ыдырау периоды 238 U спонтанды бөлінумен болжамдалып жылға тең. Алғашқы анықтаған 20

21 1940 жылы К.А.Петражак жəне Г.Н.Флеров. Сонымен бір акт ыдырау кезінде 2,2 таман нейрон бөлінеді. Нейрондар энергияларына байланысты топтасып, төменгі жылдамдықты баяу (Е<1 кэв), орташа энергиясы (1эв<Е>500 кэв) жылдам (0,5 мэв<е<50мэв), өте жылдам (10мэв<Е<50Мэв), жəне аса тым жылдам Е>50Мэв. Бұл топтардың энергетикалық шекаралары шартқа немесе жағдайларға байланысты болады. Ядролық геология мен геофизикада қолданылатын нейрондардың энергиясы 15 Мэв аспайды. Баяу нейрондар төмендегідей бөлінеді: 1. Суық нейрондар. (Е<0,02 эв) аномальды үлкен өтімділігімен сипатталады 2. Жылулық нейрондары. Сіңімділігі өте төмен ортада диффузия кезінде Максвелдік жылдамдықтың бөлініп орналасуымен сипатталады: v=2200 м/сағ. жылулық нейрондар энергиясына 0,025 эв тең болады; 3. Жылулық үсті нейрондары > - 0,05 эв энергиясымен; 4. Резонансты нейрондар эв энергиясына тең Нейрондардың заттармен əрекеттесуі басқа бөлшектерге қарағанда өте күрделі өтеді. Сонымен бұлардың ерекшеліктері атом ядроларымен өзара əрекеттесуінде. Нейтрондардың жəне атом электрондарының арасындағы əрекеттесуші күш өте аз болғандықтан, нейтрондар заттармен əрекеттесу ерекшеліктеріне ешқандай əсерін тигізе алмайды. Нейтрондардың заттармен əректтесу ықтималдылыық реакциясының сан дық сипаттамасы нейтрондардың нəтижелі қимасы а, мөлшері барнамен (1 барна=10 ~24 см 2 ) бір ядроға арналнып анықталады. Tап осы процесстің нəтижелі қимасы бір ядроға арналса микроскопиялық немесе элементтің ядролық қимасы деп аталады. Нəтижелі қиманың, заттардың көлем бірлігіне қатынасы макроскопиялық қима деп аталады. Нейтронның ядромен соқты ғысып, алғашқы бағытынан ауытқуымен ғана бітпейді, немесе нейтронды ядромен қағып алып (тартып), орта-аралық құрама ядроның пайда болуы жəне келесісі өз кезегінде қандайда болмасын элементар бөлшектерді таратады. Алғашқы процесстің өту ықтималдылығы, серпімді потенциалды шашыран дану деген атпен ядроның геометриялық мөлшері мен анықталады. Нейтрон энергияларының артуынан (көбейуінен) қарастырып отырған жағдайлар бүлінеді (бұзылады). Нейтрондардың толқын ұзындығы ядро мөлшерімен шамалас болып, тіпті олардан кіші болған жағдайда шашырандану құбылысы, сфералық денедегі жазық толқынның диффракциясы деп қарастырылады. Нейтрондарды қағып (тартып) алу процесі алғашқы жуықтау кезгінде екі кезеңге бөлінеді: 1. Құрастырылған (құрама) ядроның пайда болуы 2. Өз кезегінде ыдырауы. Сонымен əртүрлі элементтердің ядросы белгілі бір қатал энергетикалық күйде болады жəне олар осы деңгейде қалыптасады. Нейтрондарды (тартып) қағып алу (тартып) ықтималдылығы, құрама ядроның пайда болып, қоздыру энергиясының Е *, ядроның Е энергетиеалық деңгейіне қаншама жақын екенді гіне байланысты болады. Ақырғы қатынасқа байланысты құрама ядроның уақыты «кең (диапазонда) көлемде» аз сондықтан оның ыдырау ықтималды 21

22 лығы өте жоғары. Егер ыдырау нейтронының сəулеленуімен жалғасса, онда өзгеріс болмайды. Өйткені ақырғы ядро «ядро-өнім» (бомбы) соққылаушыдан ешқандай айырмашылығы жоқ. Сырттан бұл процесс сəуленің шашыранyына, таралуына ұқсас. Потенциалдыдан өзгешелігі оны резонансты шашырану деп атайды. Нейтронмен қоздырылған қосымша ядро өздігінен тұрақты күйге өтеді немесе алдымен төменгі энергетикалық деңгейде, одан ары қосымша g - квантының сəуле таратуы күйіндегі негізінде қалыптасады. Бірінші жағдайда резонансты тарауды серпімді деп атап, екіншісін серпімді емес деп атаған. Серпімді емес күйіндегі сəулелену кезінде нейтронның кинетикалық энергиясы ның негізгі бөлімі сəулеленуші (ядромен соқтығысқанда ядроны қоздыруға жұмсалады. Егер ыдырау кезеңі ядродан басқа элемнтарлы бөлшектердің таралуымен сəулеленсе, онда ядролық өзгеу процесін нейтрондардың жұтылуы деп атайды. Радиометрия мен ядролық физикада қолданылатын өлшем бірліктері. Табиғи жəне жасанды радиоактивті заттармен жұмыс істегенде радиоизотоптар дың (толық саны) жалпы мөлшері, концентрациясы, зарядталған бөлшектердің жəне нейтрондардың тығыздығы, заттардың активтілігі, дозасы жəне g -мен рентген сəулелері дозасының қуаты есепке алынады. СИ жүйесінде (системасыда) радиоизотоптардың мөлшері (кг)-мен өлшенеді тағы да олардың туындылары (г, мг). Бұл өлшем бірліктері ұзақ өмір сүретін радиоизотоптардың мөлшерін айқындайды (U, Th, Ra т.б.). Заттардың g -сəулелену мөлшерін радидің миллиграмм-эквивалент (мгэкв. Ra) немесе радидің грамм-эквивалентімен (г-экв. Ra) (мөлшерін білдіреді) өлшенеді. Радиоактивті заттардың (мөлшерін) өлшем бірліктерін анықтау үшін Ra үлгісі алынады мг-экв. Ra, зерттелетін үлгініңg -қарқындылығы (I пр ), g -қарқын дылығы (I эт ) эталонға (тең) парапар үлгімен салыстырылып анықталады. I nr q пр = qэт ; I пр; I эт прибордың көрсетуі (им/мин, ). I Эт Радиоизотоптардың активтілігі əсіресе аз өмір сүретін атомдарының сек ундына ыдырау (ыдырау /сек) - мен сипатталады немесе минутына (ыдырау /мин). Заттың активтілігінен n (ыдырау/сек), оның q (г) мөлшеріне өту төменгі формуламен анықталады q PR n A = l q - үлгінің мөлшері. l - радиоизотоптың ыдырау тұрақтылығы сек -1 А - атомдық салмағы; 6, Авагадро саны. Активтіліктің (системаға кірмейтін) негізгі алғашқы, негізгі өлшем бірлігі Кюри. 1- Кюри, бұл радон саны. Бір қалыпты жағдайда теңдікте болатын 1г радийдің; 1 Кюри радонның (760 мм сын. бағ. жəне 0 0 С) 0,66 мм 3 -ге жақындау жəне 6, г салмаққа ие болады

23 Қазіргі уақытта Кюри кез-келген радиоактивті препараттың, табиғи, жасанды болсын активтілігінің өлшем бірлігі. 1 кюри радиоактивті заттардың 1 секундта 3, , ыдырау активтілігін айтады. Кюри өлшем бірлігінен, 1 секундтағы ыдырау активтілігіне өтуге мына формула қолданылады: n= An. Кюримен бірге заттардың активтілігін сипаттау үшін сирек қолданылсада тең 1 Резорфорд өлшемі ұсынылады. Таужыныстары мен тағы басқа қатты заттардың радиоактивті концентрация сын анықтау үшін, əдеттегідей салмақтық концентрация қолданылады. Пайыз бен немесе граммен өлшенеді, радиоактивті элементтерді 1 г таужынысына не месе басқа кіріктіруші заттарға шаққанда. Тағыда көлемдік концентрация 1 г радиоактивті элементтің 1 л суға немесе басқа да сұйықтарға жəне сирек қатты заттарға қолданылады. Радидің концентрациясы суда, газда 1сек. ыдырау санымен өлшенеді [ыдырау/(сек-л)] жəне Кюридің литрге қатынасы (Кюри/л). Кюри активтілігі өте үлкен шама болғандықтан оның туындысы қолданылады. Радон концентра циясының өлшем бірлігі эман: 1 эман= Кюри/л=3,7 ыдырау/(сек-л). Торон мен актионның концентрациясы эквивалентті эманмен (экв.эман) өлшенеді. Эквивалентті эман деп қысқа өмірлі эманациаланудың эманация лық камерадағы нəтижелілігі 1 эман радидің концентрациясына тең. Гамма жəне ренген сəулелерінің қоршаған ортаға тигізер əсерін сиппаттау үшін, сəулеленудің дозасы, доза қуаты сияқты түсініктер енгізілген. Доза (экспозициялық доза) электромагниттік сəулелену энергиясының мөлшері, сəулелеу кезінде басқа заттарға берілген энергия мөлшері.экспозиция лық дозаның өлшем бірлігі рентген (Р). Рентген (Р) экспозициялық доза гамма жəне рентген сəулелері мен заттардағы корпускулярлық сəулелердің туындысынан пайда болған дозалармен бірге 760 мм сын.бағ. құрылған иондар, 1см 3 құрғақ ауада t 0 =0 0 С жəне қысымы 760мм. сын. бағ. иондардың 1электростатикалық əртүрлі таңбалы электр мөлшерін туындатып, тасымалдайды. 1Д=2, Кл/кг мөлшері (1 СГСЭ). Электрон заряды 4, ~СГС құрайды. Экспозициялық доза кезінде, 1Р-ген 1см 3 ауада 2, (қос) жұп ионға тең болады. Дозаның қуаты Р. Дозаның уақыт бірлігіне қатынасымен анықталады. Доза қуатының өлшем бірлігі Рентген секундқа тең (Р.с.). Өндірісте тəжірибе жүзінде миллирентген (мр/сағ), микрорентген сағат (мкр/сағ), қолданылады. Микрорентген сағатына стандартты доза мөлшері, геологияда радиометрия лық жұмыстарда қолданылады. Далада жұмысын жүргізгенде «дозаның қуаты» - терминінің орнына «g -сəулесінің қарқындылығы» (интенсивность) қолданыла ды. Дегенмен физикада сəулеленудің қарқындылығы деп белгілі бір уақыт мезгілінде беткей бірлігінен өткен энергия тасқынын (будасын, тобын) айтады. Доза қуаты энергия тасқынының кейбір бөлігін ғана құрайтын болғандықтан, нақты жұмыс кезінде детекторлармен өлшенген фотондар толық жұтылмайды. Ядролық геофизикада дозиметриялық жұмыс жүргізгенде, «зарядталған бөлшектер тасқыны мен нейтрондар» деген түсінік қолданылады. Тасқын бөлшектерінің саны немесе нейтрондар, қордан (сəулелену көзінен) секунд 23