Радиоактивные изотопы и их применение

Ценные результаты дает измерение излучения, которое появляется при спускании в скважину нейтронного источника из смеси полония и бериллия. Альфа-лучи полония взаимодействуют с бериллием с образованием нейтронов. Источник нейтронов подвешивается снизу счетчика гамма-лучей и изолируется от его излучения. Счетчик регистрирует гамма-лучи, получающиеся при взаимодействии нейтронов с элементами породы. При взаимодействии нейтронов с большинством химических элементов происходит их захват с испусканием гамма-лучей, происходят так называемые n, γ-реакции. Эти реакции сопровождаются образованием радиоактивных изотопов. Последние при распаде также испускают гамма-лучи. Ядерные реакции захвата нейтронов зависят от состава породы, через которую проходит источник нейтронов. В пористых породах, содержащих нефть, наведенная гамма-радиоактивность будет низкой, в плотных рудных породах — высокой. Нейтронным гамма-корротажем можно, следовательно, искать нефть, руды многих элементов, особенно таких как бор, марганец, вольфрам, ртуть, редкоземельные и другие элементы, сильно взаимодействующие с нейтронами. Радиоактивные изотопы нашли широкое применение в нефтяной промышленности при бурении скважин.

Для определения местоположения в скважине пористых пород, в которых можно ожидать скопления нефти и газа, при бурении употребляют раствор, содержащий некоторое количество радиоактивного изотопа натрия. Раствор накачивается в скважину и проникает в пористые легкопроницаемые породы. В этом случае при опускании в скважину счетчика повышение радиоактивности будет соответствовать пористым, легкопроницаемым породам.

Радиоактивные изотопы позволили обнаружить нефтяные пласты в толще пермских отложений, найти продуктивные горизонты среди толщи известняков и доломитов ряда нефтяных месторождений. При помощи радиоактивных изотопов удалось ввести в действие много заброшенных скважин Апшеронского полуострова и улучшить буровую разведку нефти и другого ценного сырья.

7. Меченые атомы в металловедении и металлургии

За последние годы меченые атомы нашли большое применение в металлургии и металловедении. Исследование процессов выплавки металлов и изучение свойств сплавов металлов широко проводится с применением радиоактивных изотопов. Это легко понять из описанных ниже примеров.

Движение атомов в газах. Вы сидите в комнате, а в соседней комнате пролили духи. Через очень небольшой промежуток времени вы почувствуете их запах. Как он передается?

Душистое вещество испаряется, его молекулы смешиваются с непрерывно движущимися молекулами воздуха, рассеиваются в нем и постепенно проникают во все уголки помещения.

Процесс распространения одного вещества по объему, занятому другим веществом, носит название диффузии. Если вещество имеет запах или окрашено, то за его диффузией легко проследить по запаху или окраске. Но за бесцветным газом, не имеющим запаха, проследить трудно. В этом случае можно использовать меченые атомы. С помощью счетчика легко определяется скорость движения газа.

Используя газы, в молекулах которых есть радиоактивные атомы, удалось проследить за движением вредных газов в вентиляционных системах на промышленных предприятиях.

С помощью радиоактивного газа радона было исследовано движение газов в доменной печи.

Для этой цели ампула с радиоактивным газом радоном вводилась в фурму доменной печи. В определенный момент ампула взрывалась и радон вместе с воздухом поступал в домну. Пробы газа, начиная с момента введения радона в печь, отбирались в колошнике доменной печи на различных расстояниях от стенок. Радиоактивность проб газа измерялась с помощью счетчика. Таким образом устанавливалось время, а следовательно, и скорость прохождения газов в доменной печи в разных ее сечениях. Этим путем было установлено, что скорость движения газов у стенок печи больше, чем в ее центре.

Как ведут себя атомы в твердых телах. Атомы в твердых телах, так же как в жидкостях и газах, находятся в непрерывном движении. Принято считать, что они прочно связаны со своими соседями и совершают только колебательное движение около определенных точек. Но это не совсем верно. Одними колебаниями движение атомов в твердом теле не ограничивается.

Если привести в соприкосновение гладкие поверхности двух кусков какого-либо металла, например золота, и нагреть их так, чтобы они не расплавились, то оказывается, что атомы золота из одного куска перемещаются в другой.

Но как об этом можно узнать? Для этого ученые бомбардировали один из кусков золота нейтронами. При такой бомбардировке идет процесс образования радиоактивных атомов золота:

Золото 198 радиоактивно, оно распадается, испуская электроны. Период полураспада золота 198 равен 56 часам.

Атомы радиоактивного золота постепенно проникают из одного куска золота во второй и тем глубже, чем дольше они соприкасаются и чем сильнее нагреты. За этим легко проследить, счищая с куска золота небольшие слои и измеряя радиоактивность полученных опилок счетчиком.