Мод. 1. Тема 11. Радиографические методы

РАДИОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Преподаватель кафедры месторождений полезных
ископаемых Рыбин Илья Валерьевич
Радиографический анализ – это совокупность методов исследования
объектов предназначенная для определения в них пространственного
распределения и локальной концентрации элементов без разрушения
исследуемых образцов в результате воздействия ионизирующих излучений на
специальные детекторы (фотоплёнку, трековый детектор), чувствительные к этим
излучениям. Определение "радиографический анализ" включает разнообразные
способы исследования объектов, отличающиеся типом излучения, его
происхождением, способом регистрации и другими факторами. Данный тип
анализа
позволяет
получать
изображения
объекта,
отражающие
распространение в нём радионуклидов (авторадиография) или участков c разной
плотностью вещества (просвечивающая радиография). Радиографические
методы, а именно, макрорадиография, микрорадиография и осколочная
радиография (f-радиография), служащие для выявления пространственного
распределения элементов с определением их локальных и общих концентраций,
дают возможность совместно с другими методами рассматривать конкретные
геологические, минералогические, геоэкологические, геохимические вопросы.
Макрорадиография – это широко распространенный метод изучения
характера распределения, а также формы нахождения радиоактивных
минералов в горных породах и рудах, сравнивая плотность почернения
фотоплёнки от исследуемого и эталонного образца. Данный метод базируется на
характерном свойстве радиоактивных веществ влиять на эмульсионный слой
фотопленки, фотопластинки или рентгеновской пленки. Это наблюдается в
потемнении после проявления тех участков негатива, которые контактировали с
радиоактивным минералом.
Макрорадиографические исследования проводятся по нижеследующей
методике:
• Рентгеновская пленка кладется на идеально гладкую поверхность в
темном помещении.
• Шлифы располагают так, чтобы их отполированные поверхности как
можно плотно прижимались к пленке.
• Для корреляции радиографических результатов и шлифов, с которых
эти результаты будут получены, на пленке нужно обвести контуры.
Также необходимо перенести номера шлифов на пленку.
• Далее участки пленки, не прикрытые шлифами, засвечивают путем
недолгого воздействия на них слабого пучка света. В результате
данной операции контуры шлифов могут быть точно совмещены с
радиографией.
• После проведения данной процедуры засвечивания, пленку с
наложенными шлифами помещают в светонепроницаемый ящик для
экспозиции. Длительность экспозиции зависит от степени
радиоактивности минералов и продолжается от нескольких часов до
нескольких суток. По истечении определенного времени шлифы
снимают с пленки, которую в темных условиях проявляют.
Микрорадиография состоит в подсчёте следов, образуемых
ионизующими частицами в фотоэмульсии, с помощью оптического или
электронного микроскопа. Этот метод значительно чувствительнее
макрорадиографии. Используя вторичные электроны, образованные
рентгеновскими лучами, попадающими на исследуемое изделие, можно
получать замечательные картины, рисующие структуру объекта.
Различают два метода подобной съёмки: просвечивание вторичными
электронами исследуемого объекта и фиксация картины, создаваемой
отражёнными вторичными электронами. Полученные картины, похожие
несколько на микрофотографии, называют микрорадиограммами.
Рассмотрим микрорадиограммы, получаемые при помощи
отражённых вторичных электронов. Рентгеновские лучи проходят через
чёрную бумагу, через плёнку и потом падают на объект. Пленка прижата
эмульсией к объекту, и успех метода определяется тем, что воздействуют
на плёнку отражённые от объекта фотоэлектроны, а не прошедшие через
неё рентгеновские лучи. Таким образом, прежде всего, необходимо,
чтобы коэффициент поглощения рентгеновских лучей плёнкой был
ничтожно малым и, напротив, чтобы плёнка была весьма чувствительна к
электронам. Фотографический слой должен быть, поэтому очень тонким
и состоять из очень малых и нечувствительных зёрен. Рентгеновские лучи
должны быть жёсткими, следовательно, надо работать при высоких
напряжениях.
Разумеется, что в описанном методе исследуется лишь тонкий
поверхностный слой образца, так как электроны не выходят с заметных
глубин.
Главное условие — это почти идеальный контакт фотослоя и образца.
Большое поглощение и диффузия электронов в воздухе при неплотном
прилегании могут полностью испортить микрорадиограмму.
Второй из методов — это получение микрорадиограмм
просвечиванием вторичными электронами. На пути рентгеновских лучей
ставится лист чёрной бумаги, затем лист свинца толщиной 4,1 мм. Этот
свинец является источником фотоэлектронов, которые проходят через
очень тонкий (тысячные доли миллиметра) образец. За образцом
находится фотоплёнка. На плёнку попадают как фотоэлектроны свинца,
так и электроны, вырванные из просвечиваемого образца. В этих
условиях при напряжении такого же порядка, как и в первом методе
число
фотоэлектронов
оказывается
вполне
достаточным,
а
рентгеновские лучи как первичные, так и вторичные характеристические
не дают заметного следа на фотоплёнке. Этот метод применялся с
успехом для просвечивания бумаги, крыльев насекомых, животных и
растительных тканей. В особенности интересно применение этих
радиограмм для образцов, непрозрачных для видимого света
Осколочная радиография
(f-радиография). Мониторинговые
исследования радиационной обстановки играют важную роль в контроле
экологического состояния окружающей среды. Для её корректной оценки
необходимо получение большого количества данных по содержанию
радиоактивных элементов, формах их нахождения и ряда других
параметров в различных объектах природной среды.
Для определения уровня накопления радионуклидов в объектах
окружающей среды, характеризующихся как высокими, так и достаточно
низкими концентрациями, необходимо применять высокоточные
методы. Достаточно полную информацию о характере распределения
радиоактивных элементов в исследуемых объектах дают методы
радиографии. Среди известных радиографических методов особое место
занимает метод осколочной радиографии (f-радиографии). Осколочная
радиография является уникальным методом анализа делящихся
радионуклидов в самых различных объектах. Метод осколочной
радиографии (f-радиография) базируется на явлении деления ядер
тория, урана, плутония и др. при влиянии тепловых нейтронов в ядерном
реакторе и регистрации осколков деления (треки) на детекторе. При этом
на детекторе, в качестве которого используется, например лавсановая
пленка, фиксируются следы от осколков деления (треки), которые можно
наблюдать в электронный микроскоп, а после соответствующей
обработки и в оптический микроскоп.
Осколочная радиография позволяет с высокой точностью определять
количественное содержание делящихся радионуклидов, пространственное их
распределение, а также формы нахождения в исследуемом объекте. Этот метод
позволяет точно и с высокой чувствительностью фиксировать пространственное
размещение тория, урана, плутония и др. при синхронном определении
концентраций, как в общем плане, так и в локальном. Осколочная радиография
используется для качественных и количественных определений радиоактивных
элементов в минералах и породах с содержаниями равных кларку и
внекларковой области. Метод является инструментальным и позволяет
выполнять анализ без химической подготовки и разрушения пробы.
На первых этапах метод f-радиографии использовался для решения
геологических задач (изучение содержания и характера распределения урана и
тория в минералах, рудах и горных породах, выявление особенностей
рассеивания и концентрирования урана в процессе развития рудномагматических систем и др.) В настоящее время метод f-радиографии находит
применение и в решении экологических задач.
Использование метода f-радиографии для исследования таких природных
объектов, как растительность, почва, торф и др. позволяет вести мониторинговые
исследования радиоэкологической обстановки на любой территории. При этом
индикаторным показателем радиоактивного загрязнении окружающей среды
будут являться делящиеся радионуклиды.
Уран и трансурановые элементы относятся к высокотоксичным
радионуклидам, которые имеют очень длительный период полураспада, и,
следовательно, их нахождение в окружающей среде представляет длительно
действующую радиологическую опасность. Во-вторых, трансурановые
радионуклиды относятся к числу наименее изученных искусственных
радиоактивных веществ, которые поступают в окружающую среду, т.к. для их
идентификации и количественного определения необходимы специфичные и
дорогостоящие методы. Между тем, эти радионуклиды присутствуют в составе
практически всех выбросов и сбросов, которые произошли в результате активной
деятельности человека по использованию атомной энергии. Использование
метода f-радиографии для изучения стратифицированных природных
образований (годичных колец деревьев, донных отложений и др.) оказывается
особенно
перспективным
для
решения
задач
ретроспективного
радиоэкологического
мониторинга.
Стратифицированные
природные
образования, образуясь последовательно во времени, консервируют в себе
элементный состав текущего окружения и, поэтому, представляют огромный
интерес в качестве объектов для ретроспективного экологического мониторинга.
Таким образом, применяя метод f-радиографии для исследования, например,
элементного состава годичных колец деревьев, можно изучить уровень и
характер накопления делящихся радионуклидов в различные промежутки
времени, и тем самым восстановить динамику радиоэкологической ситуации на
любой территории произрастания деревьев за длительный период.
Это позволит оценить возможные дозы облучения и прогнозировать
состояние здоровья населения, проживающего на этих территориях.
Благодарю за внимание!