Файл: Баранов, В. И. Радиогеология учебник.pdf

а-активность эталона; Уф — фоновая активность; Кг — коэффициент приведения к «трехчасовому значению» — к равновесию между ра­

В этом случае по радию можно рассчитать содержание урана. Из

коэффициента эманирования растертую в порошок пробу насыпа­ ют в стеклянную трубку с оттянутыми концами. Помещая трубку вместо барботера в описанную выше установку для определения торона, измеряют эманирование по торону. Затем концы трубки запаивают и после накопления радона его анализируют описанным выше способом.

Навеску образца переводят в раствор или извлекают из нее изотопы радия. Измеряя в растворе торон и радон, определяют их количество, образующееся из радия. Отношение первого и второго определений дает коэффициент эманирования.

Эманационные исследования превращения вещества в твердой фазе. Эманационный метод можно использовать для исследования состояний и превращений вещества в твердой фазе. Например, использовать для изучения изменений кристаллической структуры минерала при нагревании, для изучения твердофазных реакций, процессов старения осадков и т. д.

В качестве иллюстрации можно рассмотреть применение так называемого эманационно-термического метода для исследования превращений минералов при нагревании. Кривая зависимости эма­ нирования от температуры близка к экспоненте. Отклонение от экспоненциальной зависимости свидетельствует о происходящих в веществе изменениях (кристаллизации, полиморфных превраще­ ниях, плавлении, разложении и т. д.)." Для анализа используют торон-эманацию, быстро приходящую в равновесие с материнским веществом. Используют либо природные образцы с высоким содер-

жанием тория, либо искусственно полученные минералы, содержа­ щие радиоторий. Помимо этого, оказалось возможным готовить образцы любых минералов, пропитывая их порошки спиртовым раствором радиотория. Последний метод вполне доступен и дает приемлемые результаты. Минерал помещают в кварцевый сосуд, который постепенно нагревают. Через сосуд протягивают нагретый до требуемой температуры воздух или азот. Активность газа на

Температура, °С

Рис. 21. Кривые нагревания для кальцита, арагонита и СаО

выходе измеряется в специальной камере. Потенциометр или дру­ гой регистратор записывает одновременно температуру, удельный вес и активность эманации. На рис. 21 приведены эманограммы, полученные Цнменсом для кальцита и арагонита. Пик, т. е. увели­ чение эманирования при температуре 530°С, указывает на пере­ стройку структуры арагонита и переход ее в структуру кальцита. Пики при 920°С связаны с разложением карбоната кальция и вы­ делением С 0 2 и Тп. Более слабые подъемы кривых при 600 и 110°С соответствуют разрыхлению кристаллических решеток.

ся введение образца в рабочий объем детектора. В зависимости от применяемого детектора используется та или иная химическая подготовка образца.

Если в качестве детектора лрименяют пропорциональный счет­ чик, пробу переводят в газообразное состояние и вводят внутрь счетчика в виде С 0 2 , С2Н2, СН4 .

52

При использовании жидкого органического сцинтилляционного детектора из образца синтезируют органический растворитель для сцинтиллятора (бензол, толуол, этилбензол, метанол и т. д.). Де­ тектором служит раствор сцинтиллятора в образце. Р1змерения проводят на специальных установках, в которых приняты все ука­ занные выше меры для уменьшения фона.

Химические и физико-химические методы

О п р е д е л е н и е у р а н а

Методы разложения пород и минералов для переведения ура­ на в раствор отличаются большим разнообразием и зависят от химического состава пробы. Широко распространены методы раз­ ложения плавиковой кислотой или сплавления с содой. Из боль­ шинства руд и изверженных горных пород уран на 90—99% извле­ кается кипячением с концентрированной соляной кислотой и пере­ кисью водорода. Нередко пользуются разложением другими силь­ ными кислотами (HN0 3 , H 2 S0 4 ) или смесью кислот. Дальнейший ход анализа и метод определения зависят от концентрации урана. Для концентраций выше 0,02% рекомендуются объемные (титре-

Колориметрические методы применяют для концентраций от десятых до десятитысячных долей процента урана. Точность состав­ ляет 5—10%. Все колориметрические методы используют цветные реакции урана с органическими и неорганическими реагентами. Большим распространением пользуются фотометрические методы определения урана с арсеназо-Ш.

Люминесцентный метод анализа урана — самый распростра­ ненный метод определения его малых (концентраций. Порог чувст­ вительности метода может достигать Ю - 9 г U. Обычно им поль­ зуются для анализа концентраций от 1 -1 С - 2 до Ы 0 ~ 4 % . В этих пределах точность метода меняется от 5 до 20%.

Метод основан на способности многих соединений уранила люминесцировать в ультрафиолетовых лучах и активировать лю­ минесценцию ряда соединений. Уран определяют по яркости лю­ минесценции плавов фтористого натрия, активированных ураном. Интенсивность люминесценции пропорциональна концентрации урана. Ее измеряют на специальных люминесцентных фотометрах, предварительно проградуированных плавами с эталонными кон­ центрациями урана.

О п р е д е л е н и е т о р и я

Разложение пробы для анализа тория зависит от ее состава. Наиболее обычны методы разложения пород плавиковой кислотой, сплавлением с едкими щелочами и перекисью натрия. Для неко-

53

торых минералов достаточно кипячение с кислотами: серной, азот­ ной, соляной или смесью кислот. Химические методы анализа тория (весовой и объемный) могут быть использованы для опреде­ ления высоких его концентраций (десятые доли процента). Они трудоемки и применяются редко.

Среди разнообразных физико-химических методов наибольшей популярностью пользуется колориметрический метод с примене­ нием цветного реагента арсеназо-III. Методом пользуются для определения тория в разнообразных геологических объектах в ин­ тервале концентраций от 0,5 до 5 • 10- 4 %. Допустимая точность анализа для этих концентраций находится в пределах 4—30%.

При непосредственном сжигании в пламени дуги чувствительность определения не превышает 0,1—0,01%, относительная ошибка до­ стигает 15% для обоих элементов.

Рентгеноспектральные методы позволяют определять уран и торий в породах и минералах разнообразного состава при содер­ жании от 0,001 до 5%. Расхождения между .параллельными ана­ лизами могут достигать 6—11%. Мешающими элементами явля­ ются иттрий, стронций и рубидий. Методы не требуют химической

пробу известного количества другого изотопа исследуемого эле­ мента. Вводимый изотоп называют трассером. Трассер может быть стабильным или радиоактивным. Стабильный трассер применяют при анализах с масс-спектральным окончанием, радиоактивный — при радиометрическом окончании. Главное требование к вводи­ мому изотопу — он не должен мешать определению основного изо­ топа.

Метод изотопного разбавления позволяет учесть потери изо­ топа при химической обработке образца и количественно опреде­ лять элемент при неполном его выделении. Простейшим случаем является введение радиоактивного изотопа, весовое количество которого ничтожно мало по сравнению с анализируемым изотопом. Количество искомого изотопа в этом случае определяют с поправ­ кой на полноту выделения:

л2

54

нию других естественных изотопов тория как по измерению сум­ марного а-излучения, так и методом а-спектроскопии.

При а-спектралы-юм анализе урана в качестве трассера при­ меняют 2 3 2 U , энергия а-излучения которого (5,29 мэв) значи­ тельно больше энергии излучения природных изотопов (4,18; 4,39; 4,76 мэв).

Радиоавтографические методы

Радиоавтографические методы основаны на химическом воз­ действии излучения на фотографические эмульсии. Считают, что механизм образования скрытого изображения в эмульсии под дей­ ствием ионизирующего излучения не отличается от его возникно­ вения под действием света. Существуют два варианта радиографи­ ческих методов: макрора­ диография (или радиоавто­ графия) и микрорадиогра­ фия.

Микрорадиография исследует микроскопическое распределе­ ние следов отдельных а-частиц в минералах. Метод разработан В. И. Барановым и др. в 1935 г. и позволяет определять природу

55