Файл: Филиппов, Е. М. Ядерные разведчики земных и космических объектов.pdf

Эффект Мессбауэра для подавляющего большинства элемен­ тов с большой шириной уровней возбуждения проявляется при низких температурах, близких к абсолютному нулю, в отсутствии электрических и магнитных помех. Все это создает определенные трудности в применении этого метода. Эффект проще наблюдать на олове и железе.

Для регистрации излучения при реализации эффекта Мессбауэра обычно используют сцинтилляционные счетчики. Кроме то­ го, для выявления некоторых элементов с помощью этого эффекта применяются специальные резонансные счетчики, созданные на основе газоразрядных. Отличие их от обычных газоразрядных заключается в катоде, который изготовляется из материалов, со­ держащих изотоп определяемого элемента. Проявление эффекта Мессбауэра на ядрах атомов катода приводит к образованию электронов внутренней конверсии, по регистрации которых и ве­ дется определение искомого элемента в пробах.

§ 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ГА;ЧМА-КВАНТОВ

Принципиальная схема установки для измерения мессбауэровского спектра резонансного поглощения гамма-квантов пока­ зана на рис. 8.1. Осуществляя регистрацию гамма-лучей, прохо­ дящих через поглотитель, двигающийся относительно источника с переменной скоростью, можно получать зависимость регистри­ руемой скорости счета от скорости перемещения поглотителя. Эта зависимость схематически также показана на рис. 8.1. Из­ менение частоты гамма-излучения в аналогичных установках мо­ жет быть достигнуто с помощью различных мембран, вращаю­ щихся дисков с источниками, пьезодатчиков, а также магнитных и гравитационных полей.

Измерения проб производят при нулевой скорости Na и неко­

где р — концентрация изучаемого элемента в пробе.

Операция по получению функции (8.2) может быть автома­ тизирована при одновременном облучении двух идентичных проб,

■у- и с т о ч н и к

76

рита, показанный на рис. 8.3). Пульт этого прибора может экс­ плуатироваться поочередно с головками, основанными на погло­

ванной на использовании явления поглощения гамма-лучей, оце­ нивается равным 0,05%- С помощью приборов на резонансных счетчиках порог чувствительности к олову можно понизить до 0,01%. Производя замеры проб с мессбауэровскнм прибором и рентгенорадиометрпческим анализатором, можно определять олово, связанное в касситерит, и общее олово.

Методика резонансного поглощения гамма-лучей использует­ ся также для определения соединений железа в пробах. Так, в США такие приборы использовались для определения соедине­ ний железа в образцах лунных пород, доставленных на Землю экипажами «Аполлона-11» и «Аполлона-12».

§ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСНО-РАССЕЯННЫХ ГАММА-ЛУЧЕЙ

Принципиальное устройство головки датчика, основанного на рассматриваемом эффекте, показано на рис. 8.4. Оптимальными значениями углов являются величины а = 0 и В= 60°.

Рис. 8.4. Схема измерении по гамма-методу резонансного рассеяния гамма-лучей:

Фотография головки мессбауэровского прибора МАК-1, осно­ ванного на эффекте рассеяния гамма-лучей, показана на рис. 8.3.

Спомощью этого прибора содержание касситерита определяют

вкоренных выходах пород: обнажениях и стенках горных выра­ боток. Порог чувствительности прибора к олову оценивается рав­

ным 0,1 %• Внедрение этого прибора в производство дает эконо­

мию 14 тыс. руб. в год на один прибор.

На этом принципе созданы также приборы для определения

касситерита в стенках сухих скважин.

Комплексируя измерения мессбауэровских приборов с рент­ гено-радиометрическими, можно определять содержание в рудах касситерита и общего олова.

78

9.ЯДЕРНЫИ БИЛЬЯРД

§1. ЭФФЕКТ СОУДАРЕНИЯ НЕЙТРОНОВ С ПРОТОНАМИ

Нейтроны и протоны имеют примерно одинаковую массу. Уп­ ругие соударения нейтронов с протонами подчиняются обычным законам механики, классическим примером которых является со­ ударение бильярдных шаров. Нейтрон при ударе передает часть своей энергии протону. При лобовом ударе нейтрон может пере­ дать протону всю свою энергию.

При аналогичных взаимодействиях нейтронов с ядрами ато­ мов других химических элементов нейтрон при соударениях бу­ дет передавать в среднем значительно меньшую энергию по срав­ нению с энергией, передаваемой протону. Причем чем больше будет масса ядра, тем в среднем меньшую энергию нейтрон бу­ дет передавать этому ядру.

Таким образом, протоны — весьма эффективные замедлители быстрых нейтронов, испускаемых источниками. Поэтому водород­ содержащие среды и используются в качестве элементов защит­ ных материалов от нейтронов. Это свойство водорода использу­ ется геофизиками также для определения влажности горных по­ род и грунтов.

На рассматриваемом принципе взаимодействия нейтронов с протонами созданы нейтронные установки для определения вла­ жности проб в лаборатории и непосредственно в коренных выхо­ дах горных пород и грунтов.

§ 2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ВЛАГОМЕРЫ

Устройство одной из установок, созданных в Институте геоло­ гии п геофизики СО АН СССР, которая может применяться для определения влажности проб, показано на рис. 9.1. Установка

79

нейтронов. Устройство установки показано на рис. 9.2. Для сме­ щения спектра быстрых нейтронов в область 0,8—1,0 МэВ ис­ точник располагается в стальном цилиндре с толщиной стенок 5 см (с торца). Между стальным цилиндром и пробой распола­ гается воздушный зазор в 2 см. Проба весом 550 г засыпалась в цилиндрическую кассету высотой 10 см и диаметром 6 см. Для устранения потока медленных нейтронов между пробой и лю­ минофором быстрых нейтронов располагается слой парафина и бора. С целью защиты детектора от тепловых нейтронов, иду­ щих из замедлителя, датчик снаружи окружается слоем кадмия. Для размещения и извлечения пробы нижний блок замедлителя поворачивается относительно верхнего блока.

80