Способ определения скоростей миграции радиоактивных элементов в горных породах

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ МИГРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ло установившемуся сдвигу радиоактивного равновесия, отличающийся тем, что измеряют в исследуемой пробе современное содержание двух элементов: материнского и дочернего, одного и тогоже естественного радиоактивного ряда, на основании которых устанавливают сдвиг радиоактивного равновесия между материнским и дочерним элементами и по величине сдвига ('К) и содержанию одного из исследуемых элементов, материнского Ni или дочернего Ni+n - определяют величину скорости миграции материнского V, или дочернего Vi+n элемента по формулам V; с:а N1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООЯАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) .(11) (51) 4 0 01 V 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ . К АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 1 871775/26-25 (22) 16.01.73 (46) 23.09.87. Бюл. - 35 (71) Институт геофизики Уральского научного центра AH СССР (72) В.М. Ершов и P.Ê, Хайритдинов (53) 550.3 (088.8) (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ

МИГРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В

ГОРНЫХ ПОРОДАХ по установившемуся сдвигу радиоактивного равновесия, отличающийся тем, что измеряют в исследуемой пробе современное содержание двух элементов: мате— ринского и дочернего, одного и того же естественного радиоактивного ряда, на основании которых устанавливают сдвиг радиоактивного равновесия между материнским и дочерним элементами и по величине сдвига (К) и содержанию одного из исследуемых элементов, материнского М или дочернего Ni+n — определяют величину скорости миграции материнского V или дочернего Vi+n элемента по формулам

V =а Ni(1-К)

V;., =1Ni(Z -1), где а и Ь вЂ” константы, определяемые постоянными распада материнского A, и дочернего h; „элементов.

8347 г тов с учетом их миграции (привноса или выноса) имеют, вид ай< — -=V -% N u

ct (3) ан, -- -=v + и -qm (4) а 1 1 1 г где Б, HN, A,и, иЧ„иЧ числа атомов, в исследуемом объеме, 10 постоянные радиоактивного распада и скорости миграции материнского и дочернего элементов соответственно.

Решениями уравнений (3) и (4) при

15 постоянных значениях V u V и наличии радиоактивного равновесия в ряду рассматриваемых элементов в начальный момент времени (1 = O) являются выражения

-а,t

9, N 1 + Ч (1 "2 ) (5)

-а, 9,И = N, 1 + - — — N,(1 г 1

) + V (1 г. 1 + 1 1 +

9Ig Л, z г5 + V,(1-1 ), ,1 (6) где N.o< — начальное равновесие количество материнского радиоактивного элемента.

Отсюда скорости V или V через ко30 эффициент радиоактивного равновесия (К), содержание материнского элемента (m„), и время протекания геохимического процесса (t ) определяется по уравнениям:

1nNt z — 1nNt i

4 где Nt, и Nt — числа атомов элемента х в моменты времени t, и t соответственно.

Недостатком известного способа является то, что не известна концентра.ция данного элемента в горной породе (mt,) в прошлом (Ь ), поэтому точное значение величины Рх установить невозможно. .Предлагаемый способ позволяет на основе закона радиоактивного распада по содержанию в некотором объеме двух естественных радиоактивных элементов (материнскоГо и дочернего) одного и того же ряда распада, находящихся в состоянии установившегося нарушения радиоактивного равновесия, определить скорости привноса или выноса этих элементов. 4 (Н1 1 г-, () ъ, <в,.я,1 )) Aq в (8) Существо предлагаемого способа можно пояснить следующим образом.

Дифференциальные уравнения изменения во времени в некотором объеме количества атомов двух последовательно превращающихся радиоактивных элеменПредлагаемый способ предназначен для количественной оценки миграции элементов в современных геохимических процессах, происходяпдх в земной коре. Способ может применяться производственными и научно-исследовательскими организациями при геохимических исследованиях и разведке местдрождений радиоактивного сырья.

Известен способ оценки подвижности элементов в современных геохимических процессах по величине миграционной способности или доле вынесенного из какого-либо объема горной породы вещества в единицу .времени (Рх):

Px = — - — p аmx (1)

Nx Ck где Nx — общее число атомов элемента х в объеме системы;

Cmx — доля атомов, перешедших за время t в подвижное состояние.

Для решения уравнения (1) в общем виде необходимо знание закона изменения концентрации данного элемента в горных породах со временем, т.е. в течение миллионов лет.

В частном случае, при Px = const, решением уравнения (1) является выражение 1г (a -s;)mi 9,-я, Ч г г

1 1(- 1 1

40 ° (1 г г

Для установившихся в земной коре геохимических процессов, т.е. при на45 личин в системе равновесия в явлениях привноса, выноса и распада радиоактивных элементов, скорости V, и V не зависят от t и определяются по уп50 рощенным формулам:, Ч„= (+ >,)N,(1-К) (атомов ед., времени) (9) или Ч = Я, И, (К-1) — — (10) . Формула в общем виде для опреде55 ления скоростей миграции материнского (Ч, ) и любого последующего дочернего элемента (V+n) имеют вид:

V1 - à Ni (1-К) (11)

Vi+n.=b Ni(К-1) (!2) 438347 (13) Составитель И. Авчиев

Техред М.Дрык

Корректор С. Шекмар

Редактор С. Титова

Заказ 4358 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеннй и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 где коэффициенты а и b представляют соотношения постоянных распада материнского, и других последующих дочерних элементов ;,„ и определяются решениями дифференциальных уравнений типа (3, 4) для конкретных дочерних элементов (i+n). Например, для мате.ринского элемента — урана 238 и дочернего — урана 234 а = Э 8 — 3

= %,, для урана 238 и радия 226

226 1 238 а = — — — ——

9 26 + 1 238

Направление движения радиоактивного элемента (привнос или вынос) определяется величиной коэффициента радиоактивного равновесия (К> 1 или

К 1), и следовательно, знаком перед Ч, или Vi+n. Положительные значения Vi и Vi+n соответствуют привносу материнского или дочернего элементов, отрицательные — выносу.

Пример. На границе геохимического барьера (переход от аллювиальных пестроцветных плин к "сероцветам") в речных отложениях происходит осаждение урана, вследствие чего в пробах, отобранных из горизонта

"сероцветов", наблюдается сдвиг ра-. диоактивного равновесия в сторону избытка урана, т.е. средний коэффициент радиоактивного равновесия К =

= 0,66. Среднее содержание урана в пробах (Р 8 ) составляет 2,3 1О r/r породы. Геохимический процесс накопления урана по геологическим данным начался в четвертичный период, т.е. при С » 10TRQ, 226 (периода полураспада радия, равного 1600 лет). Эти данные свидетельствуют о наличии установившегося сдвига радиоактивного равновесия между ураном и радием. Поj5 ýTîìó подставив значения К и P в

1формулу

V = а.Б (1-К) = 6 02 ° 10 †-- к

Р ф g

238 8 А решенную для случая урана-радия, где м

6,02 10 — число Авогадро, А — атомный вес урана 238, h и 4 †. постоян-.

26 ные радиоактивного распада иония (торий 230) и радия 226 соответствен но, найдем скорость привноса урана 238. Она равна V„ 1664 10 атомов/

/год х грамм породы.