В настоящее время радиометрические методы прочно вошли в арсенал геофизических методов, используемых при геологическом картировании, при поисках, разведке и эксплуатации месторождений полезных ископаемых, а также при радиоэкогеологических исследованиях – как, например, оценка степени загрязненности территорий радионуклидами техногенного происхождения, выбор мест для строительства зданий и сооружений различного назначения, и т.д. В значительной мере это обусловлено внедрением в практику работ достижений метрологии ионизирующих излучений, в чем немалая заслуга ученых и специалистов «Геологоразведка» (ВИРГ-Рудгеофизика).
Специфика МО радиометрических методов заключается в том, что измерение параметров геофизических полей производят в условиях естественного залегания, когда калибровочные меры должны воспроизводить эти условия, а полезный сигнал осложнен практически не поддающимися учету помехами. Из этого следует, что роль эталонов отводится стандартным образцам (СО), более или менее адекватно отражающим условия измерений в естественном залегании.
В АО «ВНИГРИ-Геологоразведка» разработана единая система метрологического обеспечения (ЕСМО) радиометрии, которая позволяет «увязать» между собой результаты каротажных, наземных и воздушных гамма-съемок при геологических и радиоэкогеологических исследованиях. Эта система не имеет аналогов и технология ее использования позволяет получать в пределах требуемой точности информацию о составе и свойствах радионуклидов в окружающей среде, которая в состоянии обеспечить нужды производства при поисках, разведке и эксплуатации месторождений радиоактивных руд, при геологическом картировании и при радиоэкологических исследованиях территорий, загрязненных естественными радионуклидами и радионуклидами техногенного происхождения. Система призвана обслуживать следующие радиометрические методы: гамма-каротаж (ГК), спектрометрический гамма-каротаж (СГК), каротаж методом мгновенных нейтронов деления (КНД-М), гамма-опробование методом разностного эффекта, пешеходная, автомобильная и аэрогамма-съемки в интегральном и спектрометрическом режимах.
Научно-методическую основу ЕСМО составляет теоретическая проработка и математическое моделирование, которые позволили сформулировать требования к СО и методику их использования при передаче размера единиц от исходных образцовых средств измерений (ИОСИ) на СО более низкого разряда, в том числе на СО-полигоны, и на рабочие средства измерений Основная НТД по этой системе опубликована в сборнике руководящих документов «Система метрологического обеспечения и стандартизации радиометрии при изучении состава естественных радиоактивных элементов в горных породах и рудах и поверхностного загрязнения радионуклидами искусственного происхождения». Составители Хайкович И.М. и др. – НПО «Рудгеофизика», Санкт-Петербург, 1991, 250 с. Система призвана обслуживать следующие радиометрические методы: гамма-каротаж, спектрометрический гамма-каротаж, каротаж методом мгновенных нейтронов деления, гамма-опробование методом разностного эффекта, пешеходная, автомобильная и аэрогамма-съемки в интегральном и спектрометрическом режимах. В этой системе роль эталонов отводится стандартным образцам (СО), более или менее адекватно отражающим условия измерений в естественном залегании.
Материально-техническую основу ЕСМО составляют принадлежащие АО «ВНИГРИ-Геологоразведка» комплект Государственных стандартных образцов состава естественных радионуклидов ГСО СТЕРН-3 №8510-2004 (сертификат №2948) и эталонный источник гамма-излучения из 137Cs №7 (свидетельство №233/2000), имитирующие условия работ в естественном залегании, и аттестованные органами Госстандарта РФ образцовые средств измерений.
Комплект ГСО СТЕРН-3 состоит из четырех стандартных образцов калиевого (СТЕРН-3К), уранового (СТЕРН-3U), ториевого (СТЕРН-3Th) и смешанного (СТЕРН-3С) составов. Каждый экземпляр комплекта ГСО СТЕРН-3 представляет собой герметичную заполненную однородной рудной массой емкость в виде правильного параллелепипеда со стороной основания 140 см и высотой 150 см с отверстием по вертикальной оси имитирующим скважину. Комплект транспортированию не подлежит, храниться в специально оборудованном отапливаемом помещении, исключающим возможность проникновения посторонних лиц.
Аттестованные значения параметров комплекта ГСО СТЕРН-3 и дополнительные сведения приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1. Метрологические характеристики комплекта ГСО СТЕРН-3
|
Таблица 2. Дополнительные характеристики комплекта ГСО СТЕРН-3
|
Комплект ГСО располагается на базе магнитометрической станции «Геологоразведка» в пос. Мельничный Ручей Всеволожского района Ленинградской области.
Эталонный источник гамма-излучения из 137Cs представляет собой активную поверхность 60×60 см2; который хранит значение поверхностной активности А, равное по состоянию на 15 мая 2000 г.:
Технология использования ГСО СТЕРН-3 и эталонного источники из 137Cs предусматривает передачу размеров единиц от них на стандартные образцы более низкого уровня инструментальным способом с помощью образцовых средств измерений (в том числе и на стандартные образцы-полигоны для МО аэрогамма-спектрометрии) и на рабочие средства измерений – одноканальные и многоканальные радиометры (гамма-спектрометры). Образцовые средств измерений – это каротажный радиометр ПРМК 103 «Объ-М» №7 (свидетельство №162/06)и радиометр (концентратомер) РКП-305 № 503007 (свидетельство №161+06).
Комплект ГСО СТЕРН-3 и Эталонный источник гамма-излучения из 137Cs воспроизводят и хранят размеры величин массовых долей ЕРН и поверхностной активности 137Cs и предназначены для передачи размера единиц этих величин на стандартные образцы более низкого уровня инструментальным способом с помощью образцовых средств измерений (в том числе и на стандартные образцы-полигоны для МО аэрогамма-спектрометрии методом «разностного эффекта».) и на рабочие средства измерений. Основное достоинство этого метода заключается в том, что измеряемый сигнал пропорционален γ-излучению участка, расположенного непосредственно под экраном, и не зависит ни от γ -излучения фона, в том числе от космического излучения, ни от радона в приповерхностном слое атмосферного воздуха и фона самого прибора. Действительно, если обозначить измеренную без экрана скорость счета в i-м канале радиометра через и записать ее в виде n1 = n + nф, где ni – скорость счета от участка, ограниченного размерами экрана, а через nф – то же от γ -излучения окружающих пород и фонового γ -излучения, то результат измерения с экраном можно записать в виде n1 = (1-p)n + nф, где р – доля γ -излучения, поглощенная экраном. Отсюда следует, что разностный эффект Δn=n1 – n2 = pn равен γ -излучению, поглощенному свинцовым экраном в телесном угле, под которым детектор «видит» излучающий объект. Если использовать свинцовые экраны диаметром 20 см и толщиной 5 см, то «насыщение» по γ -излучению на уровне 98 % в 2π-геометрии наступает, если использовать СО в виде куба со стороной 50 см. А это означает, что поверку (калибровку) радиометров (γ-спектрометров) для опробования стенок поверхностей можно проводить на боковых стенках ГСО СТЕРН-3.
В настоящее время в РФ для МО радиометрических и спектрометрических исследований функционируют следующие ГСО: ФГУП «Березовгеология» (г. Новосибирск) - СУРТ-1 №3160-85/01 (урановый СО), СТЕРН-Т2 № 6398-92 (ториевый СО) и СТЕРН-К2 № 6399-92 (калиевый СО); ФГУП «Сосновгеология (г. Иркутск) – комплект ГСО СТЕРН-1 №7250-96 из трех СО- соответственно калиевого, уранового и ториевого составов, ФГУП «Зеленогоркгеология» комплект из четырех ГСО СТЕРН. Значения массовых долей ЕРН в этих комплектах были получены в том числе и методом передачи размера единиц от исходных образцовых СИ «Геологоразведка».
Для аэрогаммагамма-спектрометрии в качестве ГСО методом передачи размера единиц от комплекта ГСО СТЕРН-3 аттестован полигон, расположенный на полуострове Пусун-Саари (Карелия).
Опыт аттестации СО-полигонов инструментальным способом был широко использован для МО аэрогамма-съемки по программе "Атлас" в 1990-1991 гг., при обследовании Европейской части территории России, загрязненной вследствие аварии на Чернобыльской АЭС. Всего было аттестовано в качестве ГСО три полигона – один на территории Ленинградской области, и два в Тульской области.
Для калибровки аппаратуры метода КНД-М «Геологоразведка» располагает стандартным образцом состава и свойств уранового рудного тела, пересеченного скважиной (СО СОСВУРТ). Конструкция и размеры этого СО аналогичны ГСО СТЕРН-3, но его отличительная особенность состоит в том, он заполнен материалом с большим водородосодержанием. Аттестуемыми характеристиками СО СОСВУРТ являются массовые доли в нем урана, коэффициент влажности и плотность.
Параметры СО СОСВУРТ приведены в табл. 3.
Таблица 3. Метрологические характеристики комплекта ГСО СОСВУРТ
|
В состав ЕСМО входят также ГСО, которые представляют собой рудные интервалы специально оборудованных контрольно-поверочных скважин (КПС), аттестованные методом передачи размера величин от ГСО СТРН-3U. Такие рудные интервалы в скважинах, расположенных в стабильной геологической и гидрогеологической обстановке, сохраняют свои параметры неизменными в течение достаточно длительных интервалов времени – по нашим наблюдениям более 20 лет. Метрологические характеристики аттестованного в качестве ГСО рудного интервала КПС приведены в табл. 4. Эта скважина, у которой на глубине 450,25 м расположен аттестованный рудный интервал, находится вблизи пос. Новопетропавловское Курганской области и принадлежит Уральскому филиалу «Зеленогорскгеология» ФГУГП «Урангео».
Таблица 4. Метрологические характеристики комплекта ГСО СОСВУРТ-КПС
|
В настройках компонента не выбран ни один тип комментариев