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

СООЗ СОВЕТСКИХСОИГЮПМСНИ иРЕСПУБЛИК 091 ИИ 507 А 350 С 01 Н 2410 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПо ДЕЛАМ ИЗОЬРЕТЕНИй И ОТНРЫТЮОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт геохимии и физикиминералов АН Украинской ССР и Институт геологии рудных месторождений,петрографии, минералогии и геохимииАН СССР(56) 1. Каула И. и др. Факторывлияющие на определение дымчатого кварцапо термолюминесценции.Физика минералов, Сб. статей М "Мир", 1971,с, 10-50.2. Моисеева Б.М., Ракова Л.Т, Образование А 1 -0 и Е-центров в кварцах под действием природного облучения. ДАН СССР, 1975. т.223, У 5,с. 1215-1217 (прототип).(54)(57) СПОСОБ РАЗБРАКОВКИ МИНЕРАЛОВ ПО ДОЗЕ ОБЛУЧЕНИЯ, полученнойими в природных условиях, включающийрегистрацию в исходном образце минерала сигнала электронного парамагнитного резонанса электронно-дырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии, о т л и ч а ю щ и й -, 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- Е вочной кривой, производят отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно облучают образец дозой, найденной по калибровочной 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,ПО 7Изобретение относится к радиационной минералогии, а именно к способам исследования минералов, преимущественно кварцев, с использованием электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), и может быть использовано для исследования структуры природных радиационных полей, например,для изучения регионального .распределения радиоактивных минералов, для Оопределения принадлежности минераловк 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 местахурановых реакторов, для осуществления контроля за захороненными радиоактивными отходами и т.д.Известен способ раэбраковки минералов по дозе облучения, полученнойими в природных условиях, связанныйс исследованием термолюминисценции, 25а также оптических свойств минералов 1Недостатком способа является низкая достоверность и точность получаемой информации. Это обусловленотем, что пики термолюминисценции иоптические полосы поглощения от дефектов различного типа трудно дифференцировать из-за большой шириныпиков и их перекрывания.Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ разбраковки минералов по дозеоблучения, полученной ими в природных условиях, включающий регистрацию в исходном образце минерала сигнала ЭПР электронно-дырочных центров,находящихся в парамагнитном состоянии,Согласно этому способу, в образце исходного минерала регистрируютсигнал ЭПР его парамагнитных центров,по,интенсивности которого аналитически, при помощи расчетной формулы определяют дозу облучения, полученнуюв природных условиях 2Недостатком известного способа является малая экспрессность и низкая достоверчость полученных результатов. Это обусловлено тем, что для 55 расчета дозы облучения по 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 дозе радиации, зависит от условий Образования минералов, таких как состав минералообраэующей среды, скорость роста кристаллов, количество предцентров и т,д что снижает достоверность известного способа при сравнении образцов различного генетического илаЦель изобретения - повышение экспрессности и достоверности,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу разбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, включающему регистрацию в исходном образце минерала сигнала ЭПР электроннодырочных центров, находящихся в парамагнитном состОяниипроизводятоблучение исходного образца дозой,переводящей все электронно-дырочные центры в парамагнитное состояние, и повторно регистрируют сигналЭПР, из отношения сигнала до облучения к сигналу после облучения определяют долю центров, находящихся впарамагнитном состоянии в исходномобразце и соответствующую ей дозуоблучения согласно калибровочной кривой, производят отжиг образца до полного исчезновения сигнала ЭПР, повторно облучают образец дозой, найденной по калибровочной кривой, вновьрегистрируют спектр ЭПР и при восстановлении интенсивности сигнала ЭПРдо интенсивности сигнала в исходном образце по этой дозе облучения производят раэбраковку минералов.Ъ ъ.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 по интенсивности сигналов ЭПР, а по изменению интенсивности под влиянием одной и той же наперед заданной дозы облучения, которая переводит все электронно-дырочные центры в парамагнитное состояние. При этом исключается влияние таких факторов, как ско 1111507рость кристалла, состав минералаобразующей среды, количество предцентров и т,д.Известно, что интенсивность сигналов ЭПР, свидетельствующая о концентрации электронно-дырочных центровв минерале, находящихся в парамагнитнам состоянии, сложным образом зависит от дозы облучения. Для некоторых минералов эта зависимость имеет 1 Овид кривой, стремящейся при увеличении дозы к некоторой постоянной величине. Характерной особенностью этойзависимости является то, что, начиная с некоторой дозы облучения, интенсивность сигнала ЭПР практическине зависит ат дозы облучения, К таким минералам можно отнести, например, кварц, барит, апатит, циркон,полевые шпаты и т.д. 20Калибровочную кривую для конкретного минерального вида вычерчивают наосновании данных изучения зависимости интенсивности сигналов ЭПР от дозыоблучения, полученной на большом количестве образцов этого минерального вида, взятых из различных месторождений с различным радиационнымфоном,Следующее описание предлагаемогоспособа проведено на примере кварца,содержащего А 1-0 центры, которыеобразуются под действием -облученияпри наличии в образце изоморфизмаА 151 . Выбор кварца в качест 4+35ве объекта реализации способа обусловлен рядом его достоинств, основными из которых является то, чтокварц - один из наиболее распространенных минералов в земной коре и от Омечается практически повсеместно;все образцы природного кварца в большей или меньшей степени содержат парамагнитные центры А 1-0 ; кроме того,кварц механически и химически стоек, 45дешев и т,п. Экспериментальным путем установлено, чта,значения дозы облучения от нуля до 10 - 15 Мрад являются наибо 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 радиационным высвечиванием можно пренебречь,9,составляют около О Мрад,Последовательность операций впредлагаемом способе следующая,Первоначально получают образецисследуемого минерала, который приготавливают в виде порошка любым изизвестных в данной области техникиспособом (например, при помощи ступки и пестика или путем измельченияв шаровой мельнице). Затем в исходномобразце регистрируют сигнал ЭПР( Чи ), интенсивность которого соответствует концентрации электроннодырочных центров, находящихся в парамагнитном состоянии в данный моментвремени, После этого исходный образец аблучают дозой- излучения около 30 Мрад, переводящий все электронна-дырачные центры исследуемого образца в парамагнитнае состояние, иповторно регистрируют сигнал ЭПР,соответствующий теперь значениюЧ,ОК .По отношению Чц/Ч, допределяют долю электронна-дырочных центров,находящихся в парамагнитнам состоянии в исходном образце до облучения.После этого, определив координатыточки на калибровочной кривой, соответствующей отношению Ч/Чп,находят дозу облучения, полученнуюисследуемым минералом в природных условиях. Затем переводят все центры в непарамагнитнае состояние с помощью отжига или оптического отбеливания, что контролируется по исчезновению сигнала ЭПР. Далее производят повторное облучение образца дозой, соответствующей доле центров,находившихся в парамагнитном состоянии. в исходном образце, которая была найдена ранее по калибровочной кривой. Вновь регистрируют спектр ЭПР и при равенстве интенсивности сигнала ЭПР, получеН- ного 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 У 2 из Урала. Запись спектров ЭПР производится на серийном радиоспектрометре трехсантиметрового диапазона РЭпри температуре Т=7/ К. Интенсивность сигналов ЭПРСоставитель С.РыковТехред Л, Микешт Редактор А.Шандор Корректор А,Тяско Заказ 188/2 Тираж 822ВНИИПИ Государственного комитета СССРно делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, 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 МяО с примесью Мп +, В единицах, эталонного сигнала интенсивность сигналов ЭПР в исходных образцах оказывается равной Ч 1,с3,6 + 0,1, а Ч 2 иск = 4 5+ 01 относительных единиц. Затем образцы облучают дозой 30 Мрад на кобальтовой пуш О Ке ( - излучение от изотопа Со )6 а И проводят повторную запись спектров ЭПР. Интенсивность сигналов Чи Ч 2 для образцов 1 и 2 составляет 2 пзпх5.9 + О, и 15.0 + 0,1 единиц соответственно. Отношение Чс /Чщп для образцов 1 и 2 составляет 0,61 и 0,3, а доза облучения в соответствии с калибровочной кривой составляет 4 и 1 Мрад соответственно, Затем отжигают 20ообразцы 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 регионы 8 или месторождения различных генетических типов, Способнаиболее эффективен при работе именно с боль-. шими сериями образцов различного типа. Например, партию в 150 образцовудается исследовать в течение однойрабочей недели. В известном способеиспользуют расчетную формулу, содержаШую такие параметры, как радиационная чувствительность, время облучения и т,д и оперируют со значениями интенсивности сигнала ЭПР, накоторые, кроме облучения, влияют условия образования минерала количество предцентров и т,д, Поэтому исследования по известному. методу требуют привлечения других методов дляопределения факторов, что при работес большими партиями образцов различного типа представляет собой длительное и трудоемкое исследование. В рядеслучаев достоверность информации,полученной по известному способу, невелика. Это относится к сравнению образ,цов, получивших значительную дозу облучения но сигналы ЭПР, в которыхслабы (например, из-за малой концентрациипредцентров), с образцами, получившими малую дозу облучения, носигналы ЭПР в которых сильные (например, из-эа большой концентрации предцентров). Так, в приведенном вьппепримере, поскольку исходный сигналв образце 1 слабее, чем исходный сигнал в образце 2, хотя образец 1 по-лучил большую дозу облучения, чем образец 2, то исследование такого типаобразцов по известному способу затруднительно,Таким образом, предлагаемый ейособ,раэбраковки минералов по дозе облучения, полученной ими в природных условиях, характеризуюпийся отличиями позволяет существенно повысить экспрессность и достоверность получаемых результатов, что имеет большое значение при, решении как фундаментальных,так и чисто прикладных геологическихпроблем.