12.2 Основні теоретичні положення

Ідентифікація певного радіоактивного ізотопу і визначення його концентрації необхідна для визначення: хіміко-мінералогічного складу порід; умов осадконакопичення; типу глин в породі; залежністі вмісту радіоактивного елемента від глинистості; зв’язку між концентрацією радіоактивного елемента і фаціальною характеристикою породи та ін..

Гамма-промені при радіоактивному розпаді мають дискретний спектр енергії, який являється ознакою самого радіоактивного ядра. По спектру енергії можна встановити склад і концентрацію радіоактивного ізотопу. На енергетичному спектрі гамма-кванти природнього гамма-випромінювання осадових порід характерними значеннями радіоактивності І відрізняються: радій в енергетичних інтервалах 0,6; 1,8 МеВ; торій – 0,9; 1,6; 2,62 МеВ; калій – 1,46 МеВ.

Для оцінки вмісту в породах радію, торію і калію необхідні результати вимірів І порід в трьох визначених енергетичних діапазонах. Енергетичні інтервали спектра гамма-випрмінювання вибирають таким чином, щоб на кожному із них переважало гамма-випромінювання енергії одного із виділених елементів.

Реєструюча інтенсивність І являється сумою інтенсивності випромінювання окремих радіоактивних елементів в даному інтервалі енергії:

, (12.1)

де а_і- спектральний коефіцієнт, який рівний інтенсивності гамма-випромінювання, що зареєстрована в даному інтервалі енергій від одиничної концентрації і-го радіоактивного елемента; С_і - концентрація -того елемента у взірці породи.

Ідентифікація радіоактивних елементів здійснюється по енергіях піків зареєстрованого спектру гамма-випромінювання, а градуювання енергетичної шкали спектрометра здійснюють по енергії декількох еталонних випромінювань: Со-60 (Е =1,4 і 1,32 МВ), Zn-65 (Е =1,12 МеВ), U(Ra) (Е =0.607 МеВ), К⁴⁰(Е =1.46 МеВ), Th (Е =2.62 МеВ).

Для кількісної оцінки вмісту різних радіоактивних елементів вирішують систему рівнянь, число яких дорівнює числу елементів, що визначаються. Для осадових гірських порід - система з трьох рівнянь:

де N_П1, N_П2 N_П3 - число імпульсів, що визначаються, в трьох енергетичних діапазонах γ-спектру; С_К, С_Ra, С_Th - вміст калію, радію і торію в об'єкті дослідження; а_іЈ - градуювальні коефіцієнти, що є швидкостями рахунку в і-му каналі „вікні" спектрометра на одиницю вмісту К, Ra та Th.

Значення градуювальних коефіцієнтів визначаються при гамма-спектрометрії еталонів з відомим вмістом К, Ra та Th, а також фону:

, (12.5)

де N_{(ет+ф) іЈ} - інтенсивність гамма-випромінювання і-го еталону в кожному з Ј-х енергетичних інтервалів; Nф_Ј - фонова інтенсивність гамма-випромінювання в тих же енергетичних інтервалах; m_п та m_ЕТі -маси породи і відповідних еталонів; С_Еті - концентрація відповідного радіоактивного елементу в і-му еталоні.

Розв'язок системи рівнянь (12.2 -12.4) записується наступним чином:

, (12.6)

, (12.7)

, (12.8)

де ∆ - визначник, складений з коефіцієнтів а_іЈ системи рівнянь (12.2 -12.4):

. (12.9)