رادیو ایزوتوپ ها و زمین شناسی
مقدمه:
به دلیل ویژگی رادیو ایزوتوپ ها و برتری خاص آنها به ایزوتوپ های پایدار، استفاده و کاربردهای بسیار متنوعی در زمینه های غیر پزشکی پیدا کرده اند. این ویژگی ها تا اندازه زیادی مدیون روش های تولید رادیو ایزوتوپ ها می باشد. که خود سبب شده است، تولید ایزوتوپ های مصنوعی از تقریباً تمامی عناصر جدول تناوبی، با بهره گیری از تکنیک های راکتور اتمی،شتاب دهنده ها،چشمه های رادیو اکتیو و سایر چشمه های مولد نوترون میسر گردد.
لذا این رادیو ایزوتوپ ها،با طول عمر ها و شاخصه های فیزیکی و شیمیایی متفاوت و در عین حال منحصر به فرد، هر یک می توانند متناسب با محدوده ها و حوزه های مورد نیاز و مورد مطالعه، در دسترس و مورد استفاده قرار گیرند. قابلیت وجود این رادیو ایزوتوپ ها به صورت مختلف از نظر شیمیایی و مخصوصاً به صورت ترکیبات نشاندار شده و یا به سبب امکان تولید سهل و ساده آنها در محل مورد مطالعه با مولد های نوترون و الکترون باعث شده است که به تدریج دامنه کاربرد آنها افزایش یابد.
چاه پیمایی هسته ای
برخی از روش های ژئو فیزیکی که با ارسال ابزار های اندازه گیری به درون چاه یا گمانه که همراه با ثبت پارامتر های مورد نظر می باشد، اصطلاحاً چاه پیمایی نامیده می شود. به عبارت دیگر چاه پیمایی هسته ای به گروهی از روش های چاه پیمایی که توأم با اندازه گیری اندر کنش های هسته ای و همچنین پرتوهای حاصله از مواد پرتو زا باشد اطلاق می گردد.
روش های چاه پیمایی هسته ای کاربرد های گسترده ای را در صنایع نفت و گاز، اکتشاف معادن، مسایل دریایی و هیدرولوژی و زمین شناسی ارائه می کند.
از میان ذرات و پرتوهای ناشی از مواد پرتو زای نوترون و گاما با توجه به ماهیت خنثی و بدون بار الکتریکی خود دارای برد زیاد در مواد مختلف بوده و می توانند برای آنالیز نمونه های حجیم مورد استفاده قرار گیرند. نوترون ها از شکافت هسته های سنگین نظیر اورانیم و یا در اندر کنش های هسته ای مانند (n و a) که در چشمه های رادیو ایزوتوپی صورت می گیرد تولید می شوند. اندر کنش های نوترونی را که کاربرد های زیادی در روش های چاه پیمایی دارند می توانند به پراکندگی های کشسان و غیر کشسان جذب پرتو زا و شکافت تقسیم بندی کرد. نوترون های تولید شده از چشمه های مختلف معمولاً دارای طیف انرژی زیاد و سریع می باشند که در برخورد به هسته های محیط از طریق پراکندگی کشسان با هسته های سبک نظیر هیدروژن یا پراکندگی غیر کشسان با هسته های سنگین که توأم با گسیل یک یا چند پرتو گاما می باشد انرژی خود را از دست می دهند و به انرژی های حرارتی در تعادل با دمای محیط می رسند. نوترون های حرارتی از طرف دیگر میتوانند توسط عناصر مختلف موجود در محیط جذب شوند. جذب نوترون در هسته های محیط با گسیل پرتوهای گاما ی آنی همراه است. همچنین در صورتی که محیط حاوی عناصر شکافت پذیر باشد، شکافت هسته همراه با آزاد شدن تعداد نوترونهای ثانویه صورت می گیرد. پرتوهای گاما نیز با سه فرآیند فتو الکتریک، پراکندگی کامپتون و جفت زایی(الکترون-پزیترون) انرژی خود را از دست می دهند.چاه پیمایی هسته ای مشتمل بر روش هایی است که توسط آن یا رادیو ایزوتوپ های ناپایدار موجود در حفره های حفاری شده اندازه گیری می شوند و یا چنین ایزوتوپ هایی را در اطراف نمونه یا مغزه برداشت شده بوجود آورده و سپس اندازه گیری می شوند.
روش های چاه پیمایی هسته ای
غیر فعال:
در این روش پرتو زایی طبیعی ناشی از وجود اورانیم، توریم و پتاسیم 40که در اکثر کانی ها و خاک ها وجود دارند اندازه گیری می شود.
فعال:
در این روش از یک چشمه پرتوزا که ساطع کننده نوترون و یا گاما است استفاده می شود که از آن به عنوان محرک ویا عامل ارتباط با یک محیط مورد نظر استفاده می شود.
در سیستم های نوع فعال معمولاً سه روش نوترون-نوترون،گاما-گاما و نوترون-گاما استفاده می شود.
این سیستم سنجش یا اندازه گیری هسته ای یک وسیله بسیار ویژه به شمار می رود،چراکه توانایی نفوذ ذرات یا فوتون ها، تشخیص آنها را از درون قالب و مواد حلقه ای اطراف چاه حفاری میسر می سازد. تکنیک ها یا روش های چاه پیمایی هسته ای مبنی بر گاما-گاما اسپکتروسپکی یا انواع مختلف سیستم های نوترونی می باشد. رادیو اکتیویته اندازه گیری شده از تبدیل ذرات یا فوتون ها به علائم الکترونیکی ممکن می گردد. این علائم بر حسب ماهیت و انرژی ذرات،شمارش و دسته بندی می گردند. تشخیص و اندازه گیری پرتو بر مبنای یونیزاسیون مستقیم و غیر مستقیم مسیر عبور پرتو از فضا و محیط حساس صورت می گیرد.در حال حاضر سه نوع آشکار ساز یا محیط حساس در چاه پیمایی هسته ای مورد استفاده قرار می گیرند. کریستال های سنتیلاسیون، لوله های گایگر مولر و شمارنده های گاما.
آشکار سازهای سنتیلاسیون یا چشمک زن کریستال هایی هستند که هنگام عبور پرتو، تولید جرقه یا چشمک می کنند.
بدیهی است این چشمک زدن ها به صورت یک اسپکتر جهت منظورهای زیادی می تواند تعبیر و تفسیر شود. تعداد علائم آشکار شده در میدان پرتوهای موجود تقریباً با حجم کریستال متناسب می باشد. بنا بر این حساسیت دتکتور یا آشکار ساز با تغییر اندازه کریستال تغییر می کند.
گرچه از کریستال های سنتیلاسیون استفاده گسترده ای در دتکتور های چاه پیمایی هسته ای به عمل می آید، ولی کریستال های یدور سدیم هم برای گاما، و کریستال های یدور لیتیم و گاز هلیم?3 برای خیلی از سنجش گر های نوترونی استفاده می شوند.
پارامتر های دیگری هم می توانند در اندازه گیری در روش های چاه پیمایی هسته ای حائز اهمیت باشند مانند چگالی،رطوبت،تخلخل،تعیین منابع گاز،خاکستر موجود در زغال سنگ،شناسایی منابع نفتی و شناسایی عناصذ موجود در منابع معدنی.
سایر کاربرد های مربوط به زمین شناسی
استفاده از رادیو ردیاب های طبیعی و مصنوعی در مطالعات اکتشافات ژئو شیمیایی در آب،خاک،گیاه،هوا و...
استفاده از سیستم های سنجش رادیو اکتیویته در اکتشافات هوایی،زمینی جهت اندیس یابی مواد رادیو اکتیو
استفاده از دستگاه های اشعه ایکس فلورانس،(XRF) پخش اشعه ایکس (XRD) دستگاه های میکروسکوپ الکترونی،رقیق سازی به روش ایزوتوپی و سیستم های آنالیز به روش فعال سازی نوترونی.
این دستگاهها به صورت ثابت در آزمایشگاه یا متحرک در صحرا نظیر سیستم چاه یابی هسته ای،مجهز به چشمه نوترونی جهت فعال سازی و دتکتور جهت تشخیص عناصر مورد علاقه، استفاده های بسیار گسترده ای را از مطالعات اولیه زمین شناسی تا بررسی های عمیق شناخت کانی ها و مینرال ها،مشتمل می گردد.
نصب پروب های محتوای چشمه نوترونی و دتکتور مناسب در نقاط مختلف کار خانه هایدرو متالورژی و یا واحدهای مشابه دیگر برای اندازه گیری فلزات مواد معدنی و درجه پیشرفت فرآیند و یا خلوص و ارسال آن به اطاق کنترل.
کاربرد چشمه های رادیو اکتیو برای اندازه گیری رطوبت و دانسیته خاک
کاربرد رادیو ایزوتوپ های به عنوان ردیاب در فرآیند های شیمیایی ویا گرفتگی و تست سیستم لوله های پیچیده و یا طولانی مثل خطوط فرایندی ویا انتقال مایعات و نفت.
کاربرد ردیاب های رادیو اکتیو در بررسی و تأیید طراحی سیستم های مخلوط کننده،جداکننده و یا ...
استفاده از رادیو ایزوتوپ ها،برای مطالعات آب وهیدرولوژِی به ویژه برای آبهای زیر زمینی و سدها.
گردآوری:مژده اصولی
