Этап. Знакомство с методами люминесцентного анализа

В зависимости от способа возбуждения выделяется несколько видов люминесценции, различающихся также характером протекающих в минерале физических процессов:

фотолюминесценция - возбуждение производится электромагнитным излучением оптических частот;

катодолюминесценция - возбуждение осуществляется за счет энергии падающих электронов;

радиолюминесценция - возбуждение возникает под действием различных видов радиоактивного излучения;

хемилюминесценция - возбуждение возникает за счет энергии химических реакций;

термолюминесценция - свечение, возникающее при нагревании; триболюминесценция - свечение, возникающее при трении.

Разные виды люминесценции требуют для своего изучения применение различной аппаратуры, что позволяет получить разные данные о составе и структуре минерального вещества.

Наиболее широко распространены фото- и термолюминесценция из-за относительной простоты интерпретации получаемых данных и их применения для решения практических задач, не требующих сложной и дорогостоящей аппаратуры.

Для исследования люминесцентных свойств радиоактивных минералов, в частности, минералов урана, в основном, используют метод фотолюминесценции. Фотолюминесцентные свойства урановых минералов хорошо изучены в длинных волнах с X ~ 300...400 мц. Короткие ультрафиолетовые лучи возбуждают еще более яркую фотолюминесценцию урановых минералов, затушевывая при этом оттенки спектра люминесценции.

 

Этап. Исследование минералов методом фотолюминесценции

На втором этапе подробно рассматривается метод фотолюминесценции в ультрафиолетовых лучах. Для исследования берутся различные вторичные минералы урана, шеелит, органические вещества, денежные знаки, которые исследуются в пучке ультрафиолетового света, получаемого с помощью лю-миноскопов ЛСП-101, ЛСП-103, Шеелит и др. Исследуются минералы с характерными цветами интерференции: шрекингерит, отенита, уранофан.

После просмотра минералов с характерным спектром люминесценции предлагается самостоятельно исследовать какой-либо образец. Сначала рекомендуется просмотреть люминесценцию при нормальных условиях, затем при 77 К (температура жидкого азота, °С) наблюдать криолюминесценцию. Для этого образец опускается в сосуд с жидким азотом, охлаждается и исследуется в ультрафиолетовых лучах. Охлаждение часто позволяет выявить минералы, при обычных условиях не люминесцирующие (яркожелтое свечение касситерита, свечение тонковкрапленных гидроокислов и силикатов уранила, зеленое свечение данбурита, синее свечение датолита).

Классификация урановых минералов по фотолюминесцентным свойствам в длинных волнах производится согласно цвету спектра люминесценции (голубовато-зеленый, желтовато-зеленый, желтый и т. д.) и интенсивности люминесценции (очень сильная, сильная, умеренная, слабая, очень слабая, отсутствует). В каждой группе однотипно люми-несцирующих минералов отдельные их виды расположены в порядке убывания интенсивности свечения.

При прекращении возбуждения люминесценции, у урановых люминес-цирующих минералов исчезает послесвечение (фосфоресценция), но, в отличие от других люминесцирующих минералов, для них характерно наличие полос в желто-зеленой и голубой части спектра за исключением уранопилита и Р-уранопилита, у которых наблюдается сплошной спектр люминесценции.

 

Содержание и оформление отчета

Отчет о лабораторной работе выполняется в печатном виде (приложение 1) на листах белой бумаги формата A4. Объем текста - 3...5 с. Работа должна содержать:

1. Титульный лист (приложение 2).

2. Цель работы.

3. Методические основы люминесцентных методов.

4. Описание проводимых операций.

5. Выводы.

6. Список используемой литературы.

7.

Список рекомендуемой литературы

1. Галюк В.А. Руководство к лабораторным занятиям по курсу «Минералогия и геохимия радиоактивных элементов». - М.: Высшая школа, 1964. - 138 с.

2. Горобец Б.С., Гафт М.Л., Подольский А.М. Люминесценция минералов и руд: учебное пособие. - М.: Недра, 1989. - 53 с.

 

Лабораторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЯ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМ НАХОЖДЕНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ МАКРОРАДИОГРАФИИ

Метод макрорадиографии основан на способности радиоактивных веществ оказывать влияние на эмульсионный слой фотографической пластинки, фото- или рентгеновской пленки. Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний, полученных в курсе «Методы исследования радиоактивных руд и минералов» и знакомство на практике с методом изучения характера распределения и форм выделения радиоактивных минералов в горных породах и рудах.

Порядок выполнения работы

Суть метода выражается в почернении после проявления тех участков негатива, которые контактировали с радиоактивным минералом. Для макрорадиографических исследований используются фотографические пластинки и некоторые сорта фотобумаги, выпускаемые промышленностью для обычной фотографии. Основным критерием, определяющим пригодность фотоматериалов для целей радиографии, являются высокая разрешающая способность эмульсий, их мелкозернистость и малая вуалирующая способность. Наиболее удачным материалом для получения радиографических снимков является рентген-безэкранная пленка, рентген-пленки Agfa, Codakи др.

 

Методика макрорадиографических исследований достаточно проста и заключается в следующем. В полной темноте лист рентгеновской пленки кладется на совершенно гладкую поверхность. На нее накладываются шлифы и пришлифовки так, чтобы их полированные стороны плотно прилегали к пленке. После того как все предназначенные для работы объекты уложены на лист рентгеновской пленки, необходимо отметить на ней номера шлифов и обвести их контур для последующего сопоставления радиографии и шлифов, с которых они получены. Лучше всего это сделать методом засвечивания: на расстоянии 0,5 м от стола, на котором лежит материал, на небольшое время включается слабый источник света. При этом вся поверхность пленки, не прикрытая плотно прилегающими полированными поверхностями шлифов, засвечивается, в результате чего контуры шлифов могут быть точно совмещены с радиографией.

После «засвечивания» пленку с наложенными шлифами убирают в светонепроницаемый ящик для экспозиции. Время экспозиции зависит от радиоактивности минералов. Оно колеблется от нескольких часов до нескольких суток. По истечении этого срока шлифы аккуратно снимают с пленки, которую затем (в полной темноте) проявляют и фиксируют обычным порядком.

Состав проявителя (растворять при 70 °С последовательно): метол - 1 г, сульфит безводный - 20 г, гидрохинон - 4 г, поташ - 19 г, бромистый калий - 1 г, вода - до 1 л. Проявлять 5...8 мин при температуре раствора 18...20 °С. Промыть. Фиксаж: гипосульфит 250 г на 1 л воды (10 мин). Тщательно промыть.

При макрорадиографии образцов с резко контрастным содержанием урана в их разных частях, возникают существенные трудности. Так, при значительных скоплениях урановых черней или смолки достаточна экспозиция в 2.3 ч, а для выявления радиоактивности общего фона требуется экспозиция в несколько суток. Подобрать в этих случаях какую-либо среднюю экспозицию практически невозможно. Приходится отдельно экспонировать различные части контрастных образцов.

При низком содержании урана (0,0 n%) радиографии можно получить с помощью усиливающих рентгеновских экранов, которые прокладываются между образцом и рентгеновской пленкой. Эти экраны представляют собой пленку из светосостававольфрамата кальция (CaWO₄), издающего при воздействии а-лучей сине-фиолетовое свечение, которое дополнительно действует на светочувствительный слой рентгеновской пленки. Применение усиливающего экрана позволяет в 4.5 раз сократить время экспозиции или с прежней экспозицией получать радиографии образцов с более низким содержание урана.

Если исследуемый материал рыхлый, в темноте его насыпают на эмульсионный слой фотопластинки или пленки; поверхность порошка выравнивают ножом или линейкой и оставляют так на определенное время. Затем пластинку освобождают от порошка и проявляют обычным способом.

Содержание и оформление отчета

Отчет о лабораторной работе выполняется в печатном виде (приложение 1) на листах белой бумаги формата A4. Объем текста - 3...5 с. Работа должна содержать:

1. Титульный лист (приложение 2).

2. Цель работы.

3. Методические основы метода и ход эксперимента.

4. Анализ полученных результатов.

5. Выводы.

6. Список используемой литературы.

Список рекомендуемой литературы

1. Флеров Г.Н., Берзина И.Г. Радиография минералов, горных пород и руд. - М.: Атомиздат, 1979. - 224 с.

2. Юшко С.А. Методы лабораторного исследования руд: учебное пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1984. - 389 с.

 

Лабораторная работа № 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИРОДЫ РАДИОАКТИВНОСТИ МИНЕРАЛОВ
ПОИХ МИКРОРАДИОГРАФИЯМ

Метод микрорадиографий с помощью толстослойных пластинок с высокой чувствительностью к а-частицам позволяет: выявить количественную сторону радиоактивности путем подсчета а-треков на единицу площади в единицу времени излучения; установить источник и природу радиоактивного излучения на основе разницы между максимальными длинами пробегов а-частиц для элементов ряда урана - актиния и тория. Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний, полученные в курсе «Методы исследования радиоактивных руд и минералов» и приобретение навыков работы с микрорадиографическим методом.

 

Порядок выполнения работы

Микрорадиографии аншлифов и непокрытых шлифов выполняются на специальных толстослойных пластинках (или пленках) с мелкозернистой эмульсией светочувствительного слоя. Они позволяют воспроизводить мельчайшие детали размещения рудного вещества. Толстослойные фотоматериалы бывают разных видов, чувствительные как к а-, так и к Р-излучениям.

Для получения микрорадиографий используются обычные (толщиной 0,03 мм) непокрытые шлифы. Они размещаются на чувствительной к а-лучам толстослойной пластинке размером 9^Х12. Для приготовления микрорадиографии используются специальные толстослойные пластинки типа А-2 с толщиной эмульсионного слоя в 50...60 мкм. Эмульсия этих пластинок чувствительна только для а-излучения (а также осколков деления). Работать с такими пластинками можно при фонаре, снабженном специальным матовым желто-зеленым светофильтром. Пластинки разрезают алмазом (с неэмульсионнойстороны) до формата шлифов. После этого на них накладывают прозрачные (со снятым покровным стеклом) или полированные шлифы так, чтобы эмульсионная поверхность плотно прилегала к поверхности шлифа. Если поверхность шлифа была загрязнена, ее нужно предварительно промыть бензином.

Далее на пластинке необходимо сделать пометки, по которым можно точно совместить ее со шлифом при работе с микрорадиографией; это достигается тщательным обведением контура шлифа острым предметом (иглой) или вышеописанным методом засвечивания для макрорадиографий. Предварительно (в светлом помещении) на края стеклянных пластинок шлифов черной тушью наносят знаки, по которым после их отпечатывания на радиографии эти точки будут точно совмещаться со шлифом.

Время экспозиции определяется содержанием радиоактивных элементов в минералах, а также назначением радиографии: проводится ли она для качественного или количественного исследования.

Для количественного изучения удобнее давать экспозицию такую, чтобы количество следов а-частиц (на площадь в 0,02 мм пластинки) было не более нескольких десятков, иначе подсчет их становится затруднительным. В зависимости от процентного содержания радиоактивного элемента в минерале экспозиция будет составлять: 45.70 % за 20 мин; 15.20 % за 1 ч; 5.10 % за 2 ч; 0,5.1 % за 5 ч. При дальнейшем уменьшении содержания урана, а также величины зерен радиоактивного минерала экспозицию нужно значительно увеличивать (до нескольких суток).

Для качественного изучения, когда значительные сгущения следов а-частиц создают большую четкость картины, выдержка увеличивается в 5. 1 0 раз и более (по сравнению с предназначаемыми для количественного анализа) и составляет несколько суток. Так, для тысячных долей процента радиоактивного элемента в породе (в целом) экспозиция должна быть 10.20 сут. (чтобы не слипались пластинки, воздух должен быть сухим, а его температура должна равняться 10.12 °С). По истечении срока экспозиции фотопластинки осторожно отделяют от шлифа и подвергают проявлению, фиксированию и т. д.

Проявление производят в растворе, приготовленном путем последовательного растворения (на 100 см воды) амидола - 0,6 г, сульфита натрия (кристаллического) - 2,5 г, бромистого калия - 0,2 г. Продолжительность проявления при температуре (22 ± 1) °С - 25 мин. Промывка осуществляется в проточной воде в течение 3...5 мин.

В стоп-ванне в 1 % растворе уксусной кислоты при температуре 5.7 °С пластинки выдерживают в течение 10.15 мин. В дистиллированной воде ватой снимают иногда появляющийся со стороны эмульсии черный налет.

₃

Фиксирование проводят в растворе гипосульфита (40 г на 100 см воды) при температуре воды 5.7 °С в течение 90 мин. Промывают пластинки в проточной воде, а сушат при комнатной температуре. Все растворы приготавливают на дистиллированной воде и перед употреблением фильтруют.

Качественное изучение микрорадиографий лучше проводить при увеличении около 50-100 крат. Радиографию накладываемых на свободные края пластины, приклеивают к стеклянной подложке шлифа, с которого она получена. Склеенные шлиф и радиография помещаются под микроскоп. Метки, нанесенные на шлиф и перепечатанные на радиографию (с помощью засвечивания), помогут совместить их так, чтобы микрорадиография каждого зерна руды точно находилась над участком этого зерна в шлифе. Между шлифом и радиографией должен быть небольшой зазор, иначе радиография будет поцарапана.

Опуская или поднимая тубус микроскопа, мы наблюдаем участки шлифа (руды) и полученные с них радиографии. Густота следов-треков а-частиц над определенными минеральными зернами, распределение участков разного сгущения этих следов, формы и размеры участков, и т. д. видны под микроскопом (рис. 3). Эти характеристики описываются и фотографируются для занесения результатов в отчет.

Рис. 3. Распределение алъфа-треков

 

Содержание и оформление отчета

Отчет о лабораторной работе выполняется в печатном виде (приложение 1) на листах белой бумаги формата A4. Объем текста - 3...5 с. Работа должна содержать:

1. Титульный лист (приложение 2).

2. Цель работы.

3. Методические основы метода и ход эксперимента.

4. Анализ полученных результатов.

5. Выводы.

6. Список используемой литературы.

 

Список рекомендуемой литературы

1. Флеров Г.Н., Берзина И.Г. Радиография минералов, горных пород и руд. - М.: Атомиздат, 1979. - 224 с.

2. Юшко С.А. Методы лабораторного исследования руд: учебное пособие для вузов. - 5-е изд., перераб. и. доп. - М.: Недра, 1984. - 389 с.

Лабораторная работа № 11

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ И СОДЕРЖАНИЯ
ЭЛЕМЕНТОВ В МИНЕРАЛАХ МЕТОДОМ ОСКОЛОЧНОЙ
РАДИОГРАФИИ (F-РАДИОГРАФИИ)

Метод осколочной радиографии (f-радиография) основан на процессе деления ядер урана и тория под воздействием тепловых нейтронов в ядерном реакторе. Метод f-радиографии позволяет с высокой чувствительностью и точностью выявлять пространственное распределение урана и тория при одновременном определении локальных и общих концентрациях. Метод обладает повышенной чувствительностью (порог чувствительности порядка n-10^-10г/г) и применяется как для качественных, так и для количественных определений радиоактивных элементов в образцах пород и минералов.

Целью предлагаемой лабораторной работы является закрепление теоретических знаний, полученных в курсе «Методы исследования радиоактивных руд и минералов», и освоение методики осколочной радиографии (f-радиографии).

Лабораторная работа состоит из следующих этапов.