Способ определения скоростей миграции радиоактивных элементов в горных породах

(19) .111) ОО О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ ЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт геофизики Уральскогонаучного центра АН СССР(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙМИГРАЦИИ РАДИОАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВГОРНЫХ ПОРОДАХ по установившемусясдвигу радиоактивного равновесия,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что измеряют в исследуемой пробе современное содержание двух элементов: материнского и дочернего, одного и того же естественного радиоактивного ряда,на основании которых устанавливаютсдвиг радиоактивного равновесия междуматеринским и дочерним элементами ипо величине сдвига (К) и содержаниюодного из исследуемых элементов, материнского М или дочернего И+и - определяют величину скорости миграцииматеринского 7, или дочернего 7+иэлемента по формуламЧ =а М(1-К)7;=ЫМ (К - 1 ),где а и Ь - константы, определяемыепостоянными распада материнского Ф,и дочернего %;,элементов.43 8347 гтов с учетом их миграции (привноса иливыноса) имеют, видЙБ- -=Ч -йБ иЫ=Ч + Б - 9 Б (4)г 2 ф где Б, иБ, и иЧиЧкчисла атомов, в исследуемом объеме, 10постоянные радиоактивного распада искорости миграции материнского и дочернего элементов соответственно.Решениями уравнений (3) и (4) при 15постоянных значениях Ч, и Ч и наличии радиоактивного равновесия в рядурассматриваемых элементов в начальныймомент времени (С = 0) являются выражения+ Чг(1 1 )г (6)где Бо - начальное равновесие количество материнского радиоактивногоэлемента.Отсюда скорости Ч, или Ч через коэффициент радиоактивного равновесия(К), содержание материнского элемента (Б), и время протекания геохимического процесса (С ) определяется поуравнениям:35Существо 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):Рх = - - -1 ц.Бх(1)Бх Ыгде Бх - общее число атомов элементах в объеме системы;ЙБх - доля атомов, перешедших завремя С 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 Рх = сопзС, решением уравнения (1) является выра- жение 1 пБС- 1 пБССагде БС, и БС - числа атомов элемента х в моменты времени С, и Ссоответственно.Недостатком известного способа является то, что не известна концентра.ция данного элемента в горной породе (БС,) в прошлом (С), 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. Для установившихся в земной корегеохимических процессов, т.е, при на 45личин в системе равновесия в явленияхпривноса, выноса и распада радиоактивных элементов, скорости Ч, и Чне зависят от С и определяются по уп 50рощенным формулам:,Ч= (г) Б, (1-К) ( атомов ед,. Формула в общем виде для опреде 55 ления скоростей миграции материнского (Ч, ) и любого последующего дочернего элемента (Ч+п) имеют вид:Ч 1 . а Б 1 (1-К) (11)Ч+п: Ь М(К) (2)(13) Составитель И. АвчиевТехред 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, Раушская наб., д. 4/5Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 где коэффициенты а и Ь представляют соотношения постоянных распада материнского , и других последующих дочерних элементов Ф;, и определяются решениями дифференциальных уравнений типа (3, 4) для конкретных дочерних элементов (.+и). Например, для мате.ринского элемента - урана 238 и дочернего - урана 234 а = Э -Ь = %, ; для урана 238 и радия 226126ф 238а = -----ф Т 26 + 1 238Направление движения радиоактивного элемента (привнос или вынос) определяется величиной коэффициента радиоактивного равновесия (К1 или К1), и следовательно, знаком перед Ч, или Ч.+и. Положительные значения Ч. и Ч 1+и соответствуют привносу материнского или дочернего элементов, отрицательные - выносу.П р и м е р, На границе геохимического барьера (переход от аллювиальных пестроцветных плин к "серо- цветам") 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 (Ра ) составляет 2,3 1 О г/г породы, Геохимический процесс накопления урана по геологическим данным начался в четвертичный период, т.е. при С10 ТЩ 226 (периода полураспада радия, равного 1600 лет), Эти данные свидетельствуют о наличии установившегося сдвига раДиоактивного равновесия между ураном и радием. Поэтому подставив значения К и Рв 4 ормулуЧ = а Б (1-К) = 6 0210 вкгз Р236 ъ 8 ф А решенную для случая урана-радия, гдем6,02 10 - число Авбгадро, А - атомный вес урана 238, Эи 4 в . постоян-.25 ные радиоактивного распада иония(торий 230) и радия 226 соответственно, найдем скорость привноса урана238. Она равна Ч - 1664 10 атомов/ /год х грамм породы.