Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Радиографические исследования горных пород, руд и минералов на мощном сурьмяно-бериллиевом источнике нейтронов

ВАК РФ 04.00.12, Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ле Хань Фон, 0

Введение.

Глава I. Общеметодические вопросы радиографических исследований на сурьмяно-бериллий-графитовой сборке

1.1. Вводные замечания

1.2. Выбор источника излучений для радиографических исследований в условиях Вьетнама . lfc

1.3. Изучение характеристик сурьмяно-бериллий-графитовой сборки применительно.к.проведению радиографических исследований

1.4. Выбор детекторов для проведения радиографических исследований на суръмяно-бериллий-гра-фитовой сбврке.

Выводы. цо

Глава П. Определение концентрации и выявление пространственного распределения бора, лития, урана и бериллия в горных породах, рудах и минералах на мощном источнике фотонейтронов "^Sb -Be

2.1. Определение концентрации и выявление пространственного распределения бора и лития в гор-. ных породах, рудах и минералах . чз

2.2. Определение концентрации и выявление пространственного распределения урана в минералах и горных породах

2.3. Определение концентрации и выявление пространственного распределения.бериллия в минералах и горных породах . si

Выводы. 55"

Глава Ш. Перспективы использования.активационной авторадиографии в геологии.

3.1. Вводные замечания.

3.2. Изучение свойств двухслойного пигментированного детектора применительно к задачам активационной авторадиографии

3.3. Физические основы активационной авторадиографии определения концентрации и выявления пространственного распределения ряда элементов в горных породах, рудах и минералах с использованием твердотельного детектора • . &

3.4. Определение концентрации и выявление пространственного распределения исследуемых элементов в горных породах, рудах и минералах методом активационной авторадиографии

Выводы.

Глава 1У. Применение разработанных радиографических методов для решения некоторых геологических задач во Вьетнаме.

4.1. Вводные замечания. . 7<Э

4.2. Применение разработанных радиографических методов для решения геологических задач в районе Пиаоак Каобанг.

4.3. Применение разработанных радиографических методов для решения геологических задач в районе У во Вьетнаме. gj>

Выводы. loi

Введение Диссертация по геологии, на тему "Радиографические исследования горных пород, руд и минералов на мощном сурьмяно-бериллиевом источнике нейтронов"

На У съезде коммунистической партии Вьетнама Генеральный секретарь ЦК КПВ товарищ Ле Зуан подчеркнул исключительно важное значение геологических исследований, как основы для индустриализации страны и развития ее народного хозяйства [I]. В материалах съезда обращается большое внимание на расширение минерально-сырьевой базы Социалистической Республики Вьетнам путем интенсификации и совершенствования геологоразведочных работ. Для успешного решения этих задач требуется дальнейшее совершенствование методики поисково-разведочных работ, в том числе развитие лабораторных методов исследования вещественногосостава геологических образцов. В современном комплексе методов лабораторного изучения вещественного состава геологических образований ведущую роль занимают ядерно-физические методы анализа, завоевавшие большую популярность благодаря высокой чувствительности, точности,селективности, представительности, экспрессности, возможности анализа без разрушения образцов.

Ядерно-физические методы анализа в настоящее время широко используются при поисковых и разведочных работах, для подсчета запасов полезных ископаемых, при эксплуатации месторождений. Однако для решения целого ряда геологических задач знания "валового" содержания элементов в горной породе бывает недостаточно. Возникает необходимость изучения закономерностей распределения концентрации элементов по объему образца, их расположения по отношению к зернам минералов, трещинам, включениям и другим образованиям. Значение указанных закономерностей обеспечивает решение самых различных задач, имеющих важное значение для поисково-разведочных работ, таких, например, как выявление минералов-концентраторов, определение геохимического фона, определение путей миграции элементов, изучение гадротермальных и метасоматических процессов, определение генезиса минерализации и последовательноеси минералообразования, изучение технологических свойств минерального сырья.

Сказанное свидетельствует об актуальности развития ядерно-физических методов локального анализа состава геологических образцов, среди которых наибольшую популярность завоевали радиографические методы благодаря сравнительной простоте методики, высокой чувствительности, производительности и селективности.

Ведущая роль в развитии радиографических методов принадлежит школе советских ученых, возглавляемой академиком Флеровым Г.Н. и профессором Берзиной И.Г. Ооновные достижения в области радиографии отражены в монографии [42]. Большой вклад в развитие радиографических методов внесли Л.А.Березина, И.Б.Берман, М.;Ю.Гурвич, Д.П.Попенко и А.Н.Столярова.

В "классическом" варианте радиографические методы реализуются путем облучения образцов на мощных дорогостоящих ядерно-физических установках: ядерных реакторах, ускорителях электронов и тяжелых заряженных частиц. Подобные установки в настоящее время недоступны исследовательским и производственным геологическим учреждениям Вьетнама. Исходя из этого обстоятельства целью настоящей работы является разработка комплекса радиографических методик исследования горных пород, руд и минералов на базе дешевой простой в эксплуатации облучательной установки.

Для достижения указанной цели в рамках настоящей диссертации решались следующие задачи:

- обоснование выбора облучательной сборки;

- обоснование выбора пленочного детектора;

- разработка методик раздельного определения бора, лития, бе-рилия и урана методом трековой микрорадиографии;

- изучение возможностей определения ряда элементов методом активационной радиографии;

- выбор оптимальных условий визуализации радиографических изображений;

- демонстрация возможностей радиографических методов на примере решения некоторых актуальных для территории Вьетнама геологических задач.

Рассмотрение перечня и параметров современных источников излучения позволило автору остановить выбор на сурьмяно-бериллий-гра-фитовой облучательной сборке, разработанной и введенной в эксплуатацию на кафедре ядерно-радиометрических методов МГРИ под руководством академика Флерова Г.Н. и профессора Бурмистенко Ю.Н. [43].

В главе I настоящей диссертации показано, что указанный источник излучения наиболее полно отвечает целям настоящей работы. В рамках настоящей диссертации проведено изучение параметров облу-чательной сборки с точки зрения выбора рациональных условий для радиографических исследований геологических образцов; осуществлен выбор пленочного детектора для трековой и активационной радиографии; разработаны оптимальные режимы визуализации радиографических изображений; разработаны методики раздельного радиографического определения бора, лития, урана и бериллия; предложен новый метод активационной радиографии бета-активных радионуклидов с использованием двухслойного пигментированного пленочного детектора; на базе разработанных методик для некоторых провинций Вьетнама изучены особенности литиевого метасоматоза двуслюдяных гранитов, а также установлены генетические связи между ураном и редкоземельными элементами на рудопроявлениях последних.

В диссертации защищаются следующие научные положения:

- сурьмяно-бериллий-графитовая сборка с мощным источником сурьма-124 является рациональным источником излучения, обеспечивающим реализацию трековой и активационной модификаций радиографических исследований геологических образцов, к преимуществам которого относятся отсутствие "жесткой" компоненты нейтронного потока, создающей "фоновое" радиографическое поле; малый градиент нейтронного потока; высокий фон гамма-излучения, обеспечивающий сенсибилизацию пленочного детекторов; достаточно высокая для радиографических исследований плотность потока гамма-квантов и нейтронов;

- методика радиографического определения бора и лития с регистрацией альфачастиц и ядер отдачи трития обеспечивает их раздельное определение при любом соотношении концентраций, а также повышает чувствительность определения лития;

- с помощью сурьмяно-бериллиевого источника обеспечивается радиографическое определение бора, лития, урана и бериллия с пороговой чувствительностью д.1СГ^%, п.НГ3%, п.Ю"1^ и 0,1% соответственно что удовлетворяет требованиям рядовых радиографических исследований;

- применение различных режимов травления детектора из лавсана обеспечивает избирательную визуализацию различного типа заряженных частиц; осколков деления тяжелых ядер, ядер отдачи от бора и альфа-частиц;

- двухслойная пигментированная пленка из нитрата целлюлозы сенсибилизированная в потоке ^ - квантов при дозе порядка мега-рада, обеспечивает возможность активационных радиографических исследований на бета-активные радионуклиды;

- разработанные методики раздельного определения урана, бора и лития обеспечивают возможность изучения процессов литиевого ме-тасоматоза-грейзенизации при образовании редкометального орудвне-ния, а также выяснения генезиса редкоземельного оруденения и выяв

Ленин поисково-разведочных критериев, что было показано на примере ряда рудопроявлений Вьетнама.

Работа выполнена на кафедре ядерно-радиометрических методов МГРИ, образцы для исследований отбирались из различных рудопроявлений Вьетнама, а также из коллекций минералогического музея МГРИ.

Результаты исследований, полученные в рамках настоящей диссертации, неоднократно экспонировались на ВДНХ СССР и докладывались на научных конференциях преподавателей, аспирантов и студентов МГРИ.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю профессору, доктору технических наук Бурмистенко Ю.Н. и научному консультант кандидату технических наук Гурвичу М.Ю. за научное руководство, всестороннюю помощь и поддержку, которые автор постоянно получал за все время работы, а также сотрудникам кафедры ядерно-радиометрических методов с.т.н.Медведеву А.А., м^н.с, Заиюльеву Н.Н. и др. за помощь в проведении облучений и полезные обсуждения результатов работы. Автор благодарит коллектив лаборатории физических методов исследования руд и минералов МГРИ за помощь и поддержку, оказанные им при обработке и интерпретации результатов исследований.

Заключение Диссертация по теме "Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых", Ле Хань Фон, 0

ВЫВОДЫ

1. Изучены закономерности распределения, миграции и рассеяния лития, бора, урана, олова, вольфрама в минералах, горных породах и рудах. На основе определения пространственного распределения элементов-индикаторов метасоматоза и образования редкоме-тального оруденения была выявлена типичная картина процесса литиевого метасоматоза - грейзенизации в районе Пивоак Као Банг.

2. Выявлено пространственное распределение лития, урана, бария, цинка, редкоземельных элементов в минералах, горных породах и рудах. На основе изучения генетической связи между ураном и редкоземельными элементами установлены поисково-разведочные критерии на рудопроявления последних.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан комплекс радиографических методик исследования горных пород, руд и минералов на базе дешевой, простой в эксплуатации сурьмяно-бериллий-графитовой облучательной сборки и выбранных автором твердотельных детекторов радиографического изображения.

Сурьмяно-бериллий-графитовая сборка с мощным источником сурьма-124, имеющая ряд ценных преимуществ, обеспечивает реализацию трековой и активационной модификаций радиографических исследований горных пород, руд и минералов при решении ряда геологических задач, актуальных для Вьетнама.

Изучены характеристики сурьмяно-бериллий-графитовой сборки применительно к проведению радиографических исследований. Доказано, что при облучении нитрата целлюлозы тепловыми нейтронами на источнике I2ZfSb - Be его собственный фон, и следовательно, статистическая ошибка в десять раз меньше по сравнению с результатами, полученными в атомном реакторе.

Применение сурьмяно-бериллий-графитовой сборки обеспечивает достаточно высокую чувствительность ( ) - радиографического анализа. При помощи источника I2ZfSb - Be активностью^ 1000 кюри пороги чувствительности определения бора, лития, урана и бериллия составляют п.Ю""3%, п.101% и 6,1% соответственно, что удовлетворяет требованиям рядовых радиографических исследований.

Выбраны твердотельные детекторы для проведения радиографических исследований на сурьмяно-бериллий-графитовой сборке:

- лавсановая пленка, отличающаяся хорошей эффективностью и контрастностью, пригодная для регистрации осколков деления урана на сурьмяно-бериллий-графитовой сборке;

- двухслойная пигментированная пленка (красная пленка), представляющая собой универсальный детектор для регистрации

- частиц, ядер отдачи при ( ) - и ( t) < ) - радиогра-фиях и для регистрации потоков излучений бета-активных радионуклидов при активационной радиографии. Применение красной пленки, чувствительной не только к «=< - частицам, но и к ядрам отдачи трития, позволяет раздельно определять бор и литий при любом соотношении их концентраций, а также повысить чувствительность определения лития. Для определения бериллия ( ) - радиографией применен специальный метод травления, обеспечивающий выявление треков низкоэнергетических - частиц с учетом увеличения скорости эрозии поверхности детектора в результате его сенсибилизации i - квантами источника . Установлено, что сенсибилизация детектора V - квантами дозой выше определенного предела ("пороговой" дозы) становится возможной регистрация радиографических изображений, создаваемых J5 - излучением искусственных радионуклидов, возникающих в образце в процессе активации возбуждающим излучением;

- изучена возможность регистрации различных излучений одним детектором и роль избирательных режимов облучения и травления. В результате выбраны оптимальные режимы визуализации радиографических изображений. При 40$ КОН, "t° = 60°С с увеличением времени травления на детекторе из лавсана сначала выявляются треки осколков деления ( "tTpaB~ 5-20 мин), затем треки ядер отдачи от бора ( "t Трав ~ 30 мин) и наконец, греки от °<- - частиц ( "t Трав~ 40 мин). При облучении комплекса исследуемого образца с детектором тепловыми нейтронами и последующем травлении в 20% l\lftOH ,t°= 40°С на красной пленке выявляются треки - частиц и ядер отдачи от бвра ( t трав ~ 20-40 мин), треки -частиц и ядер отдачи от лития ( t Трав ~ 40-100 мин, в частности ядра трития выявляются при -fc Трав £ 50 мин). При облучении - квантами источника *2ZfSb без Be и последующем травлении специальным методом на красной пленке выявляются треки низкоэнергетических ос - частиц от бериллия.

Разработаны методики раздельного радиографического определения бора, лития, урана и бериллия при любом соотношении их концентраций на основе подбора режимов облучения и режимов травления.

Доказано, что красная пленка, сенсибилизированная в потоке V - квантов при дозе порядка мегарада, обеспечивает возможность активационных радиографических исследований на бета-активные радионуклиды. Определены активности и соотношение активностей вольфрамита, касситерита, халькопирита, сфалерита и барита. Предложена методика определения исследуемых элементов в горных порорах, рудах и минералах методом активационной авторадиографии на бета-активные радионуклиды.

Разработанные автором радиографические методики были использованы автором при решении ряда конкретных геологических задач:

- определены закономерности распределения бора, лития, урана, вольфрама, олова в горных порорах, рудах и минералах в районе Пиаоак Каобанг. Изучены процессы литиевого метасоматоза - грейзе-низации при образовании олово-вольфрамового оруденения указанного района;

- выявлен характер распределения лития, урана, редкоземельных элементов, бария, цинка в горных породах, рудах и минералах в районе У Вьетнама. Выяснен генезис редкоземельного оруденения. Установлено, что редкоземельные минералы тесно связаны с ураном. В результате установлены поисково-разведочные критерии редкозе

10 s малъного оруденения данного района.

Дальнейшее развитие радиографического метода исследования горных пород, руд и минералов, по мнению автора, должно идти по пути расширения перечня анализируемых элементов, привлечения новых типов источников возбуждающего излучения, комплексирования трековой и активационной разновидностей анализа, разработки методов и средств метрологического обеспечения радиографических исследований.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата технических наук, Ле Хань Фон, 0, Москва

1. Политический отчет У съезда КПВ, Ханой, 1982.

2. Активационный анализ. Рига, Изд-во "Зинатне",1976, с.165.

3. Альбуи Ж. и Фарагги Г. Регрессия скрытого изображения в ядерных эмульсиях. В кн. Фотографическая регистрация ионизирующих излучений. М., ИЛ, 1953, с.223-231.

4. Атлас нейтронных эффективных сечений. М., Изд-во АН СССР, 1955.

5. Березина Л.А., Бурмистенко Ю.Н., Железнова Е.И., Конев А.С., Кузьмин В.И., Феоктистов Ю.В. "Геохимия", 1977, № I, с. 141- 147.

6. Берзина И.Г. Диссертация на соискание уч.степ.доктора Ф.-м. наук, М., 1972.

7. Берзина И.Г., Берман И.Б., Гурвич М.Ю. "Атом.энергия", 1967, т.22, № 6, с.504.

8. Берзина И.Г., Берман И.Б., Гурвич Ю.М., Флерова Г.Н., Шиме-левич Ю.С. "Атом.энергия", 1967, т.23, № 6, с.520.

9. Берзина И.Г., Гурвич М.Ю. "Докл. АН СССР", 1972, т.207, № 6, с.1441-1444.

10. Берзина И.Г., Берман М.Б., Назарова А.С. "Докл.АН СССР", 1971, т.201, № 3, с.686-689.

11. Берзина И.Г., Киевский В.Я. В кн. "Ядерная геофизика". Тр.ВНИИЯГГ, вып.9, "Недра", 1971, с.153-158.

12. Берзина И.Г., Малинко С.В. "Докл. АН СССР", 1969, т.189, № 4, с.849-851.

13. Беркурц К., Виртц К. Нейтронная физика. М., Аюмиздат, 1968, с.300.

14. Берман И.Б., Гурвич М.Ю., Попенко Д.Н., Столярова А.Н. В кн. Современные ядерно-физические методы определения элементного состава горных пород, руд и минералов в лабораторных условиях. Тр. ВНИИЯГТ, М., 1981, с.89-95.

15. Берман И.Б., Столярова А.Н. "Докл.АН СССР", 1977, т.237, № 4, с.932-933.

16. Блинов В.А., Гаврилов В.М., Гедеонов Л.И., Егоров Ю.С., Кри-вохамский А.С., Савоненков В.Г., Скирда Н.В. Активация горных пород различных типов под действием нейтронов. В кн. Прикладная ядерная спектроскопия. М., Атомиздат, 1972, с.270-290.

17. Бохвар А.А., Грузин П.Л. Определение углерода в сетчатой субструктуре урана методом активационной авторадиографии. "Атомная энергия", 1969, т.27, № 3, с.193-196.

18. Бурмистенко Ю.Н., Замятнин Ю.С., Тетерев Ю.Г. ОИЯИ, 18-81171, Дубна, 1981.

19. Власов Н.А., Нейтроны. М., Гостехиздат, 1955.

20. Выропаев В.Я., Бурмистенко Ю.Н. ОИЯИ, 18-80-584. Дубна,1980.

21. Гинзбург А.И., Берхин С.И. О составе и химической конституции литиевых слюд. Тр. минералог.музея АН СССР, вып;5, 1953, с с.90-131.

22. Гинзбург А.И., Берзина И.Г., Берман И.Б. О процессе лепидоли-тизации мусковита. Геол.рудных месторождений, № 2, 1973,с.90-94.

23. Гурвич М.Ю. Диссертация на соиск.уч.степ.канд.техн.наук, М., 1975.

24. Гурвич М.Ю. "Геохимия", 1978, № II, с.1732-1736.

25. Довжиков А.Е. Геология Северного Вьетнама. Ханой, Изд-во "Наука и техника", 1971.

26. Зиен Д.В. Диссертация на соиск.уч.степ.доктора геологоминер. наук, М., 1982.

27. Калнач Л.П., Граудиня Л.Я., Озолс А.Э. Исследования распределения золота в лентойодобных дендритах германия методом нейтроно-активационной авторадиографии. "Изв.АН СССР, сер. Неорганические материалы", 1968, тЛ, № 5, с.643-649.

28. Ковалев В.П. Вторичные излучения ускорителей электронов. М., Атомиздат, 1979.

29. Краткий справочник по геохимии. 2-е изд. перераб. и доп. М., Недра, 1977.

30. Кузнецов Р.А. Активационный анализ. 2-е изд., перераб* и доп. М., Атомиздат, 1974.

31. Кы Л.В. Основные черты металлогении территории Северного Вьетнама и поисковые предпосылки для обнаружения новых месторождений полезных ископаемых. "Геология", Ханой, I96I-I.

32. Миз К., Джеймс Т. Теория фотографического процесса. Л., "Химия", 1973, 573 с.

33. Основные параметры линейных ускорителей электронов (приложение к "Каталогу по ускорителям на высокие энергии"). М., 1974.

34. Радиационная безопасность при геологоразведочных работах. М., Недра, 1983, 192 с.

35. Разведочная ядерная геофизика (Справочник геофизика). М., Недра, 1977, 296 с.

36. Смирнов В.И. Геология полезных ископаемых. 4-е изд. перераб. и доп. М., Недра, 1982, 669 с.

37. Столярова А.Н. Диссертация на соиск.уч.степ.канд.техн.наук.1. М., 1979.

38. Тетерев Ю.Г., Замятин Ю.С., Кучер A.M. ОИЯИ, 18-80-599, Дубна, 1980.

39. Филиппов Е.М. Ядерная разведка полезных ископаемых. Справочник. Киев, "Наукова думка", 1978, 586 с.

40. Хай В.Н. Диссертация на соиск.уч.степ. доктора геологоминера-лог.наук. М., 1980.

41. Флерова Г.Н., Берзина И.Г. Радиография минералов, горных пород и руд. М., Атомиздат, 1979, 222 с.

42. Флеров Г.Н., Бурмистенко Ю.Н., Дядин Ю.В., ЗамятиинЮ.С., Медведев А.А., Сальников А.А., Тетерев Ю.Г. Атом.энергия,1982, т.53, вып.4, с.255-260.

43. Эрто А., Залесский П. Измерение плотности нейтронов при помощи радиографирования детекторного слоя металла. В кн. Фотографическая регистрация ионизирующих излучений. М., ИЛ.1953,с.223-231.

44. Юлдашев Г.Ф., Усманова М.М., Водаков Ю.А. Авторадиографический вариант активационного анализа для исследования растворимости примесей в полупроводниках. Атомная энергия, 1972, т.33, № I, с.592-593.

45. Юлдашев Г.Ф., Водаков ЮД., Мохов Е.Н., УЙнова М.М., Сандбе-ков Д.Т. Характер распределения и растворимость некоторых примесей в монокристаллах карбида кремния. Изв.АН УзССР. Сер; физ.-мат., 1973, №4, с.90-91.

46. Якубович А.Л., Зайцев Е.И., Пржиялговский С.М. Ядерно-физические методы анализа минерального сырья. 2-е изд.перераб. и-доп. М., Атомиздат, 1973, 392 с.

47. НаиЛ<пгок on Nut-^tvi ActiVotfon . CaoSS- S-e.ctwms Nl 156 , Vienna , 191

48. HW&ch E.I. 19И, tf-231, N£ 530^ P. ц

49. Ккан НлювеЛ ДкпялЛ An Attempt of HijU

50. T. oj. Nutf Sv Vcf i3 / Ni2 / P. loo loi51. ккаи АЬуихЛ e* ^ kyfc ^Лжтл ои ^j- f&jtft. "bucK оЫгсЬед.ttMui-CtftA Cnjt/VMfM«Ht$ tH^tk.-Cs" iW, Vrf. Nfi1. P. lor

51. V. 6. , Ws С. C. ElLm^AS ^ 1W , V f. 68 3.53. \/ллаь.л^ M . a. u Nut^s TmsW»vi tot+V, V.U9 ,N5.3, P.54.VftA**^ M. e*. Italy». 9. to, oU Ц83