Способ разбраковки минералов по дозе облучения,полученной ими в природных условиях Советский патент 1984 года по МПК G01N24/10 

1 Изобретение относится к радиационной минералогии, а именно к способам исследования минералов, преимущественно кварцев, с использованием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), и может быть использовано для исследования структуры природных радиационных полей, например для изучения регионального .распределения радиоактивных минералов, для определения принадлежности минералов к тому И.ПИ иному гранитному массиву, для разбраковки минералов различного генетического типа, для установления корреляции между свойствами минералов и полезными ископаемыми, для изучения радиационных воздействий в труднодоступных местах урановых реакторов, для осуществления контроля за захороненными радио активными отходами и т.д. Известен способ разбраковки мине ралов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, связанньй с исследованием термолюминисценции, а также оптических свойств минералов р 1 . Недостатком способа является низ кая достоверность и точность получаемой информации. Это обусловлено тем, что пики термолюминисценции и оптические полосы поглощения от дефектов различного типа трудно дифференцировать из-за большой ширины пиков и их перекрывания. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ разбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, включающий регистрацию в исходном образце минерала сиг нала ЭПР электронно-дырочных центров, находящихся в парамагнитном сое тоянии. Согласно этому способу, в образце исходного минерала регистрируют сигнал ЭПР его парамагнитных центро по.интенсивности которого аналитиче ки, при помощи расчетной формулы оп ределяют дозу облучения, полученную в природных условиях 2 . Недостатком известного способа я ляется малая экспрессность и низкая достоверность полученных результатов. Это обусловлено тем, что для расчета дозы облучения по формуле и пользуются такие трудно и неточно о . ределяемые параметры, как радиацион 507 ная чувствительность образца, время облучения и т.д. Кроме того, интенсивность сигнала ЭПР, по KoropONry судят о дозе радиации, зависит от условий образования минералов, таких как состав минералообразугащей среды, скорость роста кристаллов, - количество предцентров и т.д., что снижает достоверность известного способа при сравнении образцов различного генетического типа. Цель изобретения - повьпиение экспрессности и достоверности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу разбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, включающему регистрацию в исходном образце минерала сигнала ЭПР электроннодырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии/ производят облучение исходного образца дозой, переводящей все 1лектронно-дырочные центры в парамагнитное состояние, и повторно регистрируют сигнал ЭПР, из отношения сигнала до облучения к сигналу после облучения определяют долю центров, находяи1 1хся в парамагнитном состоянии в исходном образце и соответствующую ей дозу облучения согласно калибровочной кривой, производят, отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно облучают образец дозой, найденной по калибровочной кривой, вновь регистрируют спектр ЭПР и при восстановлении интенсивности сигнала ЭПР до интенсивности сигнала в исходном образце., по этой дозе облучения производят разбраковку минералов. N , Предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным повысить экспрессность разбраковки минералов, что достигается путем исключения применяемой в известном способе расчетной формулы, в которой используются такие неточно и трудно определяемые эмпирические параметры, как радиационная чувствительность, время облучения и т.д., а также-за счет того, что различные образцы сравниваются не по интенсивности сигналов ЭПР, а по изменению интенсивности под влиянием одной и той же наперед заданной дозы облучения, которая переводит все электронно-дырочные центры в парамагнитное состояние. При этом исключается влияние таких факторов, как ско3 . рость кристалла, состав минералообразующей среды, количество предцентров и т.д. Известно, что интенсивность сигналов ЭПР, свидетельствующая о концентрации электронно-дырочных центро в минерале, находящихся в парамагнит ном состоянии, сложным образом зависит от дозы облучения. Для некоторых минералов эта зависимость имеет вид кривой, стремящейся при увеличе нии дозы к некоторой постоянной вели чине. Характерной особенностью этой зависимости является то, что, начиная с некоторой дозы облучения, интенсивность сигнала ЭПР практически не зависит от дозы облучения. К таким минералам можно отнести, например, кварц, барит, апатит, циркон, полевые шпаты и т.д. Калибровочную кривую для конкретного минерального вида вычерчивают н основании данных изучения зависимости интенсивности сигналов ЭПР от доз облучения, полученной на большом количеЪтве образцов этого минерального вида, взятых из различных месторождений с различным радиационным фоном. Следующее описание предлагаемого способа проведено на примере кварца содержащего А1-0 центры, которые образуются под действием Y-облучения при наличии в образце изоморфизма А1 - Si . Выбор кварца в качестве объекта реализации способа обусловлен рядом его достоинств, основными из которых является то, что кварц - один из наиболее распространенных минералов в земной коре и отмечается практически повсеместно все образцы природного кварца в боль шей или меньшей степени содержат парамагнитные центры кроме того кварц механически и химически стоек .дешев и т.п. Экспериментальным путем установлено, что .значения дозы облучения о нуля до 10 - 15 Мрад являются наиболее характерными дозами радиации, по лученными минералами в природньк условиях. Доза облучения для кварца, при которой все алюминиевые центры переходят в парамагнитное состояние и соответствующая максимальному значению сигнала ЭПР, составляет- около 30 Мрад, а дозы, при которых радиаци 507 - 4 онным высвечиванием можно пренебречь, составляют около 10 Мрад. Последовательность операций в предлагаемом способе следующая. Первоначально получают образец исследуемого минерала, который приготавливают в виде порошка любым из известных в данной области техники способом (например, при помощи ступки и пестика или путем измельчения в шаровой мельнице).Затем в исходном образце регистрируют сигнал ЭПР ( V(; ), интенсивность которого соответствует концентрации электроннодырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии в данный момент времени. После этого исходный образец облучают дозой Jf - излучения около 30 Мрад, переводящий все электронно-дырочные центры исследуемого образца в парамагнитное состояние, и повторно регистрируют сигнал ЭПР, соответствующий теперь значению ак Но отношению определяют долю электронно-дырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии в исходном образце до облучения. После этого, определив координаты точки на калибровочной кривой, соответствующей отношению V.jj находят дозу облучения, полученную исследуемым минералом в природных условиях. Затем переводят все центры в непарамагнитное состояние с помощью отжига или оптического отбеливания , что контролируется по исчезновению сигнала ЭПР. Далее производят повторное облучение образца дозой ,соответствующей доле центров,находившихся в парамагнитном состоянии. в исходном образце, которая была найдена ранее по калибровочной кривой.Вновь регистрируют спектр ЭПР и при равенстве интенсивности сигнала ЭПР, -полученного при этой записи интенсивности сигнала в исходном образце, по этой дозе облучения производят разбраковку минералов. Способ осуществляют следующим образом. Проиллюстрируем способ на примере двух образцов: образец № 1 из Волыни и образец .№ 2 из Урала.Запись спектров ЭПР производится на серийном радиоспектрометре трехсантиметрового диапазона РЭ-1301 при температуре К. Интенсивность сигналов ЭПР I исследуемых дбразцов нормируется на интенсивность сигнала ЭПР эталонного образца,в качестве которого ис,пользовался MgO с примесью Мп . В единицах .эталошгого сигнала интенсивность сигналов ЭПР в исходных образцах оказывается равной V 1 3,6 + 0,1, а относительных единиц. Затем образцы облучают дозой 30 Мрад на кобальтовой пушКе ( - излучение от изотопа Со ) И проводят повторную запись спектров ЭПР. Интенсивность сигналов и образцов 1 и 2 составляет 5.9 + 0,1 и 15.0 + 0,1 единиц соответственно. Отношение V / rviait ДЛ образцов 1 и 2 составляет 0,61 и 0,3 а доза облучения в соответствии с ка либровочной кривой составляет А и 1 Мрад соответственно. Затем отжигают образцы при Т 350с в течение 15 мин Контролируют отсутствие сигналов ЭПР в отожженных образцах. Облучают образцы i и 2 дозами 4 и 1 Мрад соответственно. Вновь производят запись спектров ЭПР. Интенсивность сигналов ЭПР для образцов 1 и 2 в единицах эталонного сигнала составляет 3.7 + 0,1 и 4.6 + 0,1 соответственно что в пределах точности опыта совпадает с интенсивностью сигналов ЭПР в исходных образцах и подтверждает пригодность способа для исследованных объектов. . При решении геологических задач п тем разбраковки минералов необходимо работать со значительными количества образцов (десятки или сотни образцов 1 оторые представляют различные регион или месторождения различньгх генетических типов. Способ/наиболее эффективен при работе именно с большими сериями образцов различного

типа.

45 проблем. 7 Например, партию в 50 образцов удается исследовать в течение одной рабочей недели. В известном способе используют расчетную фор1-1улу, содержащую такие параметры, как радиационная чувствительность, время облучения и т.д., и оперируют со значениями интенсивности сигнала ЭПР, на которые, кроме облучения , влияют условия образования минерала, количество предцентров и т.д. Поэтому исследования по известному- методу требуют привлечения других методов для определения факторов, что при работе с большими партиями образцов различного типа представляет собой длительное и трудоемкое исследование. В ряде случаев достоверность информации,полученной по известному способу, невелика. Это относится к сравнению образцов, получивших значительную дозу облучения но сигналы ЭПР, в которых слабы (например, из-за малой концентрации предцентров) , с образцами, получившими малую дозу облучения, но сигналы ЭПР в которых сильные (например, из-за большой концентрации предцентров) . Так, в приведенном вьш1е примере, поскольку исходньй сигнал в образце 1 слабее, чем исходный сигнал в образце 2, хотя образец 1 получил большую дозу облучения, чем образец 2, то исследование такого типа образцов по известному способу затруднит Ельно. Таким образом, предлагаемый способ разбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, характеризующийся отличиями позволяет суш,ественно повысить экспрессность и достоверность получаемых результатов, что имеет большое значение при. решении как фундаментальных, так и чисто прикладных геологических

СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ МИНЕРАЛОВ ПО ДОЗЕ ОБЛУЧЕНИЯ, полученной ими в природных условиях, включающий регистрацию в исходном образце минерала сигнала электронного парамагнитного резонанса электронно-дырочных центров, находяпщхся в парамагнитном состоянии, отличающий-, с я тем, что, с целью повышения експрессности и достоверности, производят облучение исходного образца дозой, переводящей все электронно-дырочные центры в парамагнитное состояние, и повторно регистрируют сигнал электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), из отношения сигнала до облучения к сигналу после облучения определяют долю центров, находившихся в парамагнитном состоянии в исходном образце и соответствующую г (Л ей дозу облучения согласно капибровочной кривой, производят отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно облучают образец дозой, найденной по калибровофюй кривой, вновь регистрируют спектр ЭПР и при восстановлении инте1 сивности сигнала ЭПР до .интенсивности сигнала в исходном образце, по этой дозе облучения производят разбраковку минералов. vl Сл