Використання досягнень сучасної ядерної фізики

Єдиним нездоланним недоліком впливу радіонуклідів на організм є те, що радіоактивне випромінювання викликає іонізацію атомів і молекул усіх речовин, що утворюють організм. Отримані іони реагують із молекулами всіх тканин, у тому числі й здорових, що призводить до порушень в обміні речовин і припиняє розмноження клітин (у тому числі й здорових). Тому у випадках використання променевої терапії особлива увага приділяється тому, щоб максимально захистити здорові тканини від впливу опромінення.

Ядерна фізика в геології

Неважко припустити, що поклади мінералів, які мають природну радіоактивність, знайти нескладно. Методи їхнього виявлення зводяться до реєстрації їхніх випромінювань, причому для попередньої розвідки достатньо аналізу, проведеного з літака. Однак ядерна фізика допомагає вирішувати і складніші завдання, а саме — виявляти родовища мінералів, що не мають природної радіоактивності. У цьому випадку розвідка копалин проводиться нейтронами і у-квантами, а іноді й електронами.

Якщо породу опромінювати у-квантами, то відбуватиметься розсіювання й поглинання випромінювання породою. Поглинання у-квантів призводить до утворення нейтронів, реєструючи інтенсивність яких, можна зробити висновки про характер породи. Важливу інформацію несуть також інтенсивність розсіяних у-квантів і ступінь їхнього поглинання. Наприклад, за розсіюванням і поглинанням у-випромінювання судять про вологість і густину породи, за числом нейтронів, що утворюються — про вміст у породі Берилію, а у воді — дейтерію.

Що стосується опромінення нейтронами, то тут обсяг інформації, яку можна одержати, набагато більший, ніж у попередньому методі У породі нейтрони можуть зазнавати послідовних пружних і непружних зіткнень з атомними ядрами. Процеси, які відбуваються при цьому, істотно розрізняються, що дозволяє розробити методи розпізнавання великої кількості атомних ядер, а отже, точно визначати властивості копалин.

Розглянемо детальніше, які процеси відбуваються при взаємодії нейтронів із ядрами атомів.

У результаті непружних взаємодій ідуть реакції поглинання нейтрона з випромінюванням протона, α-частинки або антинейтрона. Це призводить до виникнення нових — радіоактивних — ядер і частинок. Нейтрон при цьому може або перейти до складу утвореного ядра, або позбавитися частини своєї енергії.Пружне розсіювання призводить до уповільнення нейтрона (тобто він втрачає свою енергію поступово) у процесі переміщення в породі. У результаті нейтрон або перетворюється на тепловий нейтрон, або поглинається ядром атома Параметрами, що характеризують середовище у цьому випадку, виступають інтенсивність розсіяних нейтронів, час уповільнення швидкого нейтрона і відстань, яку він подолає за цей час.

Тепловий нейтрон (тобто нейтрон, кінетична енергія якого в результаті зіткнень зрівнялася з енергією теплового руху атомів) переміщатиметься у породі доти, поки не поглинеться атомним ядром. При цьому властивості середовища визначають інтенсивність теплових нейтронів, час життя й шлях, пройдений ними до поглинання. Часто ці дані використовуються для визначення вмісту в середовищі Гідрогену (вода, нафта) і солей.

У результаті поглинання повільних і теплових нейтронів відбувається випромінювання γ-кванта й утворення штучно-радіоактивних ядер. Параметрами, що залежать від властивостей середовища, є характер радіоактивності ядер (β, γ), період піврозпаду, інтенсивність випромінюваних частинок і їхня енергія

У силу того, що відстань, яку частинка проходить у породі, досить мала, необхідно, щоб джерело випромінювання, детектор і досліджуване середовище знаходилися на відстані не більше декількох десятків сантиметрів Тому основною областю застосування цієї методики є дослідження нафтових, газових, вугільних, рудних та ін. свердловин. Цей метод дослідження називається радіоактивним каротажем свердловин. Для його проведення в свердловину опускають глибинний прилад, що складається з джерела й детектора випромінювання, розділених екраном. Комбінуючи джерела (γ або n) і детектори (γ або n), можна моделювати і вивчати кожен з процесів взаємодії γ-випромінювання і нейтронів із ядрами. На основі цього виділяють n-n-каротаж, γ-γ-каротаж, γ-n-каротаж і т. ін. Існує також у-каротаж, за допомогою якого можна визначати фонову радіоактивність у-радіоактивних порід.

Як джерела γ-квантів використовують штучно-радіоактивні ізотопи Кобальту, Цезію та ін . як джерела нейтронів — Ро-Ве- або Pu-Be-джерела та імпульсні нейтронні генератори.