Понятие сечения взаимодействия. Лекция 12

1.

ПОНЯТИЕ СЕЧЕНИЯ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
ЛЕКЦИЯ 12

2.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
НЕЙТРОНОВ
С ГОРНЫМИ ПОРОДАМИ
ЛЕКЦИЯ 14
ПЕТРОФИЗИКА Зеливянская О. Е.

3.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ИЗЛУЧЕНИЙ С ПОРОДОЙ
Если породу облучать каким-либо видом радиоактивного
излучения, то будет иметь место взаимодействие.
При этом изменяется и порода, и излучение.
У излучения, главным образом, изменяется энергия.
Порода при этом может изменить тип взаимодействия, что тоже
является источником информации.

4.

В разведочной геофизике используются преимущественно
нейтроны и гамма-кванты. Это связано с повышенной
способностью данных незаряженных частиц проникать в глубь
породы, а также со сравнительно простым способом получения
источников гамма- и нейтронного излучения.

5.

Нейтроны взаимодействуют с ядрами атомов горной породы
Гамма-кванты – с ядрами, атомами и электронами.
Взаимодействие носит статистический характер,
т. е. на конкретном участке породы оно может произойти или
не произойти, проявиться в том или ином качестве.

6.

СХЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
На поверхность падает параллельный пучок
частиц No
Частицы, проходя через вещество,
могут рассеиваться или поглощаться.
N – поток частиц, не взаимодействовавших
с породой на расстоянии х
dN – число взаимодействующих частиц на
отрезке dx
ПЕТРОФИЗИКА Зеливянская О. Е.

7.

ЗАКОН ОСЛАБЛЕНИЯ
ИЗЛУЧЕНИЯ
dN N dx
- вероятность взаимодействия частицы с породой на
единичном расстоянии или линейный коэффициент
ослабления, см-1
Интегрирование выражения приводит к
N N 0 exp
x

8.

ЛИНЕЙНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ
ОСЛАБЛЕНИЯ
Зависит
• от свойств (энергии) излучения
• от свойств атомов в горной породе (порядковый номер
элементов)
• от количества последних в единице объема породы
(плотность породы)

9.

МАССОВЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ
ОСЛАБЛЕНИЯ m
отношение линейного коэффициента поглощения к плотности
m /
Измеряется в см2/г, м2/кг

10.

ДЛИНА СВОБОДНОГО
ПРОБЕГА величина, обратная линейному коэффициенту ослабления
1/
Тонкими слоями считаются такие, толщина которых меньше , а
толстыми – толщина которых больше .

11.

СЕЧЕНИЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
/n
где n – число атомов (ядер) в единице объема породы.
Имеет смысл вероятности взаимодействия частицы с атомом
(ядром, электроном), при прохождении через единицу площади.
Измеряется в м2, см2
Порядок составляет 10-28 м2.
Внесистемная единица измерения - барн
1 барн =10-28 м2

12.

СЕЧЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
С ЭЛЕКТРОНАМИ
Если взаимодействие происходит с электронами, то
/ n z
где z – порядковый номер элемента, равный числу электронов в
атоме.

13.

Количество атомов (ядер) в единице объема породы связано с
её плотностью ( ):
n
A
L
А – атомный вес элементов;
L – число Авогадро.
Соответственно число электронов в единичном объеме равно
z
n z L
A

14.

ФОРМУЛЫ ДЛЯ
КОЭФФИЦИЕНТОВ ОСЛАБЛЕНИЯ
– при взаимодействии с атомами и ядрами
L
A
– при взаимодействии с электронами
0,5 m L

15.

ЭЛЕКТРОННАЯ ПЛОТНОСТЬ
M -
отношение порядкового номера к атомному весу
z
m 2
A
Для многих элементов горных пород m постоянно и равно 0,5
или мало отличается от этого значения. Для тяжелых элементов
это соотношение нарушается.

16.

ГАММА-ПАРАМЕТРЫ ГОРНЫХ
ПОРОД И МИНЕРАЛОВ
Порода, минерал
ср, г/см2
m
zэф
, см-1 (Е = 0,5 МэВ)
Галенит
7,5
0,895
77,62
0,577
Гематит
5,1
0,946
23,0
0,415
Магнетит
5,05
0,946
23,55
0,411
Пирит
5,05
0,967
21,6
0,419
Хромит
4,55
0,943
22,0
0,369
Барит
4,45
0,892
45,0
0,340
Халькопирит
4,2
0,955
24,6
0,345
Диабаз
3,0
0,989
15,92
0,260
Известняк
2,75
1,0
15,3
0,237
Гранит
2,75
0,987
13,64
0,236
Доломит
2,67
0,997
13,8
0,229
Мергель
2,4
0,997
14,74
0,206
Песчаник
2,3
1,02
12,39
0,198

17.

ВЫВОД ПО ЛЕКЦИИ
При облучении породы радиоактивными излучениями имеет
место взаимодействие, интенсивность взаимодействия зависит
как от свойств излучения, так и от свойств породы.