Способ разбраковки минералов по дозе облучения,полученной ими в природных условиях

 

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

COOS СОВЕТСКИХ

СО.И ЛЮ

РЕСПУБЛИК

O9} (11) 507 А

З(511 01 N 24710

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО1-РЕТЕНИй И ОТ 1РЫТ1Ф !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ „,, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3524019/18-25 (22) 15.12,82 (46) 07. 10.84. Бюл. И 37 (72) А.Б.Брик, Л.В.Бершов, И.В.Матяш и И.Д. Рябов (7l) Институт геохимии и физики минералов АН Украинской ССР и Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии

АН СССР (53) 538.69.083 (088 ° 8) (56) I. Каула И. и др. Факторы, влияющие на определение дымчатого кварца по термолюминесценции.Физика минералов. Сб. статей М,, "Мир", 1971. с. 10-50.

Моисеева Б.М., Ракова Л.Т. Образование А1 -О и Е-центров в кварцах под действием природного облучения. ДАН СССР, 1975. т.223, И 5, с. 1215-1217 (прототип). (54)(57) СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ МИНЕРАЛОВ ПО ДОЗЕ ОБЛУЧЕНИЯ, полученной ими в природных условиях, включающий регистрацию в исходном образце минерала сигнала электронного парамагнитного резонанса электронно-дырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии, о т л и ч а ю щ и и - . 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 парамагннтном состоянии в исходном образце и соответствующую ей дозу облучения согласно калибро- I вочной кривой, производят отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно облучают образец дозой, найденной по калиброво 1ной кривой, вновь регистрируют спектр Я

ЭПР и при восстановлении интенсивности сигнала ЭПР до .интенсивности сигнала в исходном образце, по этой дозе облучения производят разбраковку минералов.

1117507

Изобретение относится к радиационной минералогии, а именно к способам исследования минералов, преимущественно кварцев, с использованием электронного парамагнитнаго резонанса (ЭПР), и может быть использовано для исследования структуры природных радиационных полей, например, для изучения регионального .распределения радиоактивных минералов, для 10 определения принадлежности минералов к тому или 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 - 20 активными отходами и т.д.

Известен способ раэбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, связанный с исследованием термолюминисценции, 25 а также оптических свойств минералов (1 j

Недостатком способа является низкая 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 состоянии, Согласно этому способу, в образце исходного минерала регистрируют сигнал ЭПР его парамагнитных центров, по,интенсивности которого аналитически, при помощи расчетной формулы определяют дозу облучения, полученную в природных условиях (2)

Недостатком известного способа яв-. ляется малая экспрессность и низкая достоверность полученных результатов. Это обусловлено тем, что для расчета дозы облучения па формуле используются такие трудно и неточно определяемые параметры, как радиационная чувствительность образца, время облучения и т.д. Кроме того, интенсивность сигнала ЭПР., по которому судчт с даэе радиации, зависит от условий образования минералов, таких как сoсTÿâ минералаабраэующей среды, скорость роста кристаллов, количества предцентров и т.д., что снижает достоверность иэвестнога способа при сравнении образцов различного генетического типа.

Цель изобретения — повышение экспрессности и достоверности.

Поставленная цель достигается тем, что согласна способу разбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, включающему регистрацию в исходном образце минерала сигнала ЭПР электроннодырочных центрав,находящихся в парамагнитном состоянии, производят облучение исходного образца дозой, переводящей все . лектронна-дырочные центры в парамагнитное состояние, и повторно регистрируют сигнал

ЭПР, из отношения сигнала да облучения к сигналу после облучения определяют долю центров, находящихся в парамагнитном состоянии в исходном образце и соответствующую ей дозу облучения согласно калибровочной кривой, производят. отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно аблучают образец дозой, найденной по калибровочной кривой, вновь регистрируют спектр ЭПР и при восстановлении интенсивности сигнала ЭПР да интенсивности сигнала в исходном образце„ па этой дозе облучения производят разбракавку минералов.

Ъ r

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 па интенсивности сигналов ЭПР, а по изменению интенсивности под влиянием одной и той же наперед заданной дозы облучения, которая переводит все электронна-дырочные центры в парамагнитное состояние. При этом исключается влияние таких факторов, как ска1117507 рость кристалла, состав минералаабразующей среды, количество предцентров и т.д.

Известно, что интенсивность сигналов ЭПР, свидетельствующая о концентрации электронно-дырочньгх центров в минерале, находящихся в парамагнитнам состоянии, сложным образом зависит ат дозы облучения. Для некоторых минералов эта зависимость имеет !О вид кривой, стремящейся при увеличении дозы к некоторой постоянной величине. Характерной особенностью этой зависимости является то, что, начиная с некоторой дозы облучения, ин- t5 тенсивнасть сигнала ЭПР практически не зависит ат дозы облучения. К таким минералам можно отнести, например, кварц, барит, апатит, циркан, полевые шпаты и т.д. 20

Калибровочную кривую для конкретного минерального вида вычерчивают на основании данных изучения зависимости интенсивности сигналов ЭПР от дозы облучения, полученной на большом ко- 25 личестве образцов этого минерального вида, взятых из различных месторождений с различным радиационным фоном.

Следующее описание предлагаемого способа проведено на примере кварца, содержащего Al-0 центры, которые образуются под действием -облучения при наличии в образце изоморфизма

Al Si . Выбор кварца в качест4+

35 ве объекта реализации способа обусловлен рядом его достоинств, основными из которых является то, что кварц — один из наиболее распространенных минералов в земной коре и от- 40 мечается практически повсеместно; все образцы природного кварца в большей или меньшей степени содержат парамагнитные центры Al-0 ; кроме того, кварц механически и химически стоек, 45 дешев и т.п.

Экспериментальным путем установлено, чта,значения дозы облучения от нуля до 10 — 15 Мрад являются наибо- 50 лее характерными дозами радиации, полученными минералами в природных условиях. Доза облучения для кварца, при которой все алюминиевые центры переходят в парамагнитнае состояние 55 и соответствующая максимальному значению сигнала ЭПР, составляет. около

30 Мрад, а дозы, при которых радиацианным высвечиванием можно пренебречь, 9, са ставляют акала 0 Мрад .

Последовательность операций в предлагаемом способе следующая.

Первоначально получают образец исследуемого минерала, который приготавливают в виде парашка 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 (Чи „ ), интенсивность которого соответствует концентрации электроннодырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии в данный момент времени. После этого исходный образец аблучают дозой — излучения около 30 Мрад, переводящий все электронна-дырачные центры исследуемого образца в парамагнитнае состояние, и повторно регистрируют сигнал ЭПР, соответствующий теперь значению

Ч„ак .

По отношению Vö „ /V д „ определяют долю электронно-дырочных центров, находящихся в парамагнитнам состоянии в исходном образце до облучения.

После этого, определив координаты точки на калибровочной кривой, соответствующей отношению Ч„ /Ч „п, находят даэу облучения, полученную исследуемым минералом в природных условиях. Затем переводят все центры в непарамагнитнае состояние с помощью отжига или оптического отбеливания, что контролируется па исчезновению сигнала ЭПР. Далее производят повторное облучение образца дозой, соответствующей доле центров,находившихся в парамагнитном состоянии. в исходном образце, которая была найдена ранее па 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 образам.

Праиллюстрируем способ на примере двух образцов: образец У 1 из Волыни и образец l! 2 из Урала. Запись спектров ЭПР производится на серийном радиоспектрометре трехсантиметрового диапазона РЭ-1301 при температуре

IÒ=77 К. Интенсивность сигналов ЭПР

Составитель С.Рыков

Техред Л, Микеш т

Редактор А.Шандор

Корректор А,Тяско

Заказ 7188/27 Тираж 822

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород. ул.Проектная, 4 исследуемых образцов нормируется на интенсивность сигнала ЭПР эталонного образца,в качестве которого ис,пользовался Mg0 с примесью Мп + . В единицах. эталонного сигнала интен- Б: сивность сигналов ЭПР в исходных образцах оказывается равной Ч с„

3,6 + 0,1, а Ч2!с„= 4.5+ О, относительных единиц. Затем образцы облучают дозой 30 Мрад на кобальтовой пуш- Ю

Ке (g — излучение от изотопа Со )

6а

И проводят повторную запись спектров

ЭПР. Интенсивность сигналов Ч! и

V для образцов 1 и 2 составляет

2 IYIO X

5.9 + О,! и 15.0 + 0,1 единиц соответственно. Отношение Ч с /Чщд для образцов 1 и 2 составляет 0,6! и 0,3, а доза облучения в соответствии с калибровочной кривой составляет 4 и 1

Мрад соответственно. Затем отжигают о образцы при Т=350 С в течение 15 мин.

Контролируют отсутствие сигналов ЭПР в отожженных образцах. Облучают образцы 1 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.

35 . При решении геологических задач путем разбраковки минералов необходимо работать со значительными количествами образцов (десятки или сотни образцов) которые представляют различные регионц 1п или месторождения различных генетических типов. Способ, наиболее эффективен при работе именно с боль-. шими сериями образцов различного типа. Д

Например, партию в !50 образцов удается исследовать в течение одной рабочей недели. В известном способе используют расчетную формулу, содержаШую 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 образ,цов, 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-эа большой концентрации предцентров). Так, в приведенном выше примере, поскольку исходный сигнал в образце 1 слабее, чем исходный сигнал в образце 2, хотя образец 1 по- лучил большую дозу облучения, чем образец 2, то исследование такого типа образцов по известному способу затруднительно. làKHì образом, предлагаемый ейособ, раэбраковки! минералов по дозе облучения, полученной имн в природных условиях, характеризуюшийся отличиями позволяет существенно повысить экспрессность и достоверность получаемых результатов, что имеет большое значение при, решении как фундаментальных, так и чисто прикладных геологических проблем.