Радиоактивность горных пород и руд

Радиоактивность горных пород и руд тем выше, чем больше концентрация в них естественных радиоактивных элементов семейств урана, тория, а также калия-40. По радиоактивности (радиологическим свойствам) породообразующие минералы подраз- деляют на четыре группы.

1. Наибольшей радиоактивностью отличаются минералы урана (первичные — уранит, настуран, вторичные — карбонаты, фосфаты, сульфаты уранила и др.), тория (торианит, торит, монацит и др.), а также находящиеся в рассеянном состоянии элемен- ты семейства урана, тория и др.

2. Высокой радиоактивностью характеризуются широко распространенные мине-

ралы, содержащие калий-40 (полевые шпаты, калийные соли).

3. Средней радиоактивностью отличаются такие минералы, как магнетит, лимо-

нит, сульфиды и др.

4. Низкой радиоактивностью обладают кварц, кальцит, гипс, каменная соль и др.

В этой классификации радиоактивность соседних групп возрастает примерно на порядок.

Радиоактивность горных пород определяется, прежде всего, радиоактивностью породообразующих минералов. В зависимости от качественного и количественного со- става минералов, условий образования, возраста и степени метаморфизма их радиоак- тивность изменяется в очень широких пределах. Радиоактивность пород и руд по экви- валентному процентному содержанию урана принято подразделять на следующие группы: а) породы практически нерадиоактивные (U<10-5 %); б) породы средней радио- активности (U<10-6 %); в) высокорадиоактивные породы и убогие руды (U<10-3 %); г) бедные радиоактивные руды (U<10-2 %); д) рядовые и богатые радиоактивные руды (U>0,1 %).

К практически нерадиоактивным относятся такие осадочные породы, как ангид- рит, гипс, каменная соль, известняк, доломит, кварцевый песок и др., а также ультраос- новные, основные и средние породы. Средней радиоактивностью обладают кислые из- верженные породы, а из осадочных — песчаник, глина и особенно тонкодисперсный морской ил, обладающий способностью адсорбировать радиоактивные элементы, рас-

творенные в воде. Радиоактивные руды (от убогих до богатых) встречаются на урано- вых или ураноториевых месторождениях эндогенного и экзогенного происхождения. Их радиоактивность изменяется в широких пределах и зависит от содержания урана, тория, радия и других элементов.

С радиоактивностью горных пород тесно связана радиоактивность природных вод и газов. В целом в гидросфере и атмосфере содержание радиоактивных элементов ни- чтожно мало. Подземные воды могут иметь разную радиоактивность. Особенно велика она у подземных вод радиоактивных месторождений и вод сульфидно-бариевого и хлоридно-кальциевого типов. Радиоактивность почвенного воздуха зависит от количе- ства эманаций таких радиоактивных газов, как радон, торон, актинон. Ее принято вы- ражать коэффициентом эманирования пород (СЭ), являющимся отношением количест- ва выделившихся в породу эманаций (в основном радона с наибольшим Т1/2.) к общему количеству эманаций. В массивных породах СЭ = 5—10%, в рыхлых трещиноватых СЭ = 40—50 %.

Кроме общей концентрации радиоактивных элементов важной характеристикой радиоактивности является энергетический спектр излучения или интервал распреде- ления энергии. Как отмечалось выше, энергия альфа-, бета- и гамма-излучения каждого радиоактивного элемента либо строго постоянна, либо заключена в определенном спектре. В частности, по наиболее жесткому и проникающему гамма-излучению каж- дый радиоактивный элемент характеризуется определенным энергетическим спектром. Например, для уранорадиевого ряда максимальная энергия гамма-излучения не превы- шает 1,76 МэВ, а суммарный спектр 0,65 МэВ, для ториевого ряда аналогичные пара- метры составляют 2,62 и 1 МэВ. Энергия гамма-излучения калия-40 постоянна (1,46

МэВ). Таким образом, по суммарной интенсивности гамма-излучения можно оценить наличие и концентрацию радиоактивных элементов, а анализируя спектральную харак- теристику излучений (энергетический спектр), можно определить концентрацию урана, тория или калия-40.