Радиоактивные изотопы и их применение - [29]
Определение геологического возраста можно производить не только по свинцу. При переходе урана в свинец в цепи превращений выделяется 8 альфа-частиц (8 атомов гелия). За один год из одного грамма урана образуется 1,1∙10>-7 кубических сантиметров гелия. Гелий скапливается в урановой руде и может быть из нее извлечен. Определив количество гелия в руде, можно рассчитать время, прошедшее с момента образования урановой руды. Однако такой расчет менее точен, чем по свинцу, так как газообразный гелий частично теряется минералами.
Поиски полезных ископаемых. Как определить наличие того или иного вещества в земной коре? Для этого необходимо исследовать пробы, взятые с различных глубин земли, например из буровой скважины. Но анализ проб — сложная и трудоемкая работа. На помощь геологам могут прийти радиоактивные атомы.
Если в буровую скважину опустить ионизационную камеру, соединенную с прибором, записывающим активность, то можно обнаружить залегание минералов, содержащих радиоактивные элементы уран, торий, калий и др. (рис. 20).
Исследования показали, что глины, сланцы и фосфорные известняки обладают высокой радиоактивностью, а каменный уголь, песчаные образования и известняки, в которых может быть нефть, и газы — низкой. Таким образом, с помощью ионизационной камеры можно обнаружить залегание нефти.
Ценные результаты дает измерение излучения, которое появляется при спускании в скважину нейтронного источника из смеси полония и бериллия. Альфа-лучи полония взаимодействуют с бериллием с образованием нейтронов. Источник нейтронов подвешивается снизу счетчика гамма-лучей и изолируется от его излучения. Счетчик регистрирует гамма-лучи, получающиеся при взаимодействии нейтронов с элементами породы. При взаимодействии нейтронов с большинством химических элементов происходит их захват с испусканием гамма-лучей, происходят так называемые n, γ-реакции. Эти реакции сопровождаются образованием радиоактивных изотопов. Последние при распаде также испускают гамма-лучи. Ядерные реакции захвата нейтронов зависят от состава породы, через которую проходит источник нейтронов. В пористых породах, содержащих нефть, наведенная гамма-радиоактивность будет низкой, в плотных рудных породах — высокой. Нейтронным гамма-корротажем можно, следовательно, искать нефть, руды многих элементов, особенно таких как бор, марганец, вольфрам, ртуть, редкоземельные и другие элементы, сильно взаимодействующие с нейтронами. Радиоактивные изотопы нашли широкое применение в нефтяной промышленности при бурении скважин.
Для определения местоположения в скважине пористых пород, в которых можно ожидать скопления нефти и газа, при бурении употребляют раствор, содержащий некоторое количество радиоактивного изотопа натрия. Раствор накачивается в скважину и проникает в пористые легкопроницаемые породы. В этом случае при опускании в скважину счетчика повышение радиоактивности будет соответствовать пористым, легкопроницаемым породам.
Радиоактивные изотопы позволили обнаружить нефтяные пласты в толще пермских отложений, найти продуктивные горизонты среди толщи известняков и доломитов ряда нефтяных месторождений. При помощи радиоактивных изотопов удалось ввести в действие много заброшенных скважин Апшеронского полуострова и улучшить буровую разведку нефти и другого ценного сырья.
За последние годы меченые атомы нашли большое применение в металлургии и металловедении. Исследование процессов выплавки металлов и изучение свойств сплавов металлов широко проводится с применением радиоактивных изотопов. Это легко понять из описанных ниже примеров.
Движение атомов в газах. Вы сидите в комнате, а в соседней комнате пролили духи. Через очень небольшой промежуток времени вы почувствуете их запах. Как он передается?
Душистое вещество испаряется, его молекулы смешиваются с непрерывно движущимися молекулами воздуха, рассеиваются в нем и постепенно проникают во все уголки помещения.
Процесс распространения одного вещества по объему, занятому другим веществом, носит название диффузии. Если вещество имеет запах или окрашено, то за его диффузией легко проследить по запаху или окраске. Но за бесцветным газом, не имеющим запаха, проследить трудно. В этом случае можно использовать меченые атомы. С помощью счетчика легко определяется скорость движения газа.
