الدرس 25: المسوحات الاشعاعية

الدرس 25: المسوحات الاشعاعية:

كما تختلف الصخور في كثافتها وصفاتها المغناطيسية  فانها تختلف اختلافاً كبيراً في محتواها من العناصر الاشعاعية، وهذا الإختلاف هو أساس الطريقة السلبية الثالثة للاستكشاف الجيوفيزيائي وفيها يقاس الاشعاع الطبيعي في مسوحات أرضية أو جوية.

بالرغم من أن كثيراً من العناصر مشعة طبيعياً ، فإن ثلاثة عناصر تساهم بشكل كبير في المجال الاشعاعي المقاس. تلك هي اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم ،  أو على وجه الدقة النظير المشع للبوتاسيوم K⁴⁰ الذي يوجد بنسبة 0.01% من التواجد الطبيعي للبوتاسيوم. التحلل الاشعاعي لل K⁴⁰  بسيط نسبياً ، وينتج عنه اما التحول الى نظير الكالسيوم بنفس الكتلة وذلك باخراج الكترون "أو جسيم بيتا" واما بتكوين الأرجون Ar⁴⁰  باضافة الكترون والاخراج المتزامن لفوتون شعاع جاما ذو الطاقة الثابتة 1.46 MeV. عمليتا التحلل تلك تحدثان بمعدل ثابت يدعى معدل التفرع.

اشعاعية اليورانيوم والثوريوم أكثر تعقيداً، نظراً لأن كلاً منهما يتحلل الى آخر الذي يكون هو نفسه غير مستقر وتتكرر العملية لتعطي ثلاث سلاسل تحلل اشعاعي ( يوجد نوعان طبيعيا الوجود من نظائر اليورانيوم) كل منها تنتهي بأحد النظائر المستقرة للرصاص. الشعاع المنبعث في كل سلسلة يشمل جسيمات الفا (نويات هيليوم عالية الطاقة) وأيضاً جسيمات بيتا وأشعة جاما بطاقات مختلفة.

الجسيمات المشحونة المكونة لأشعة الفا وبيتا تفقد الطاقة بسرعة خلال مرورها عبر تأيينها، وبالتالي يبلغ مداها مليمترات أو أقل في المواد الصلبة. وحتى في الهواء فإن مدى أشعة بيتا أقل من متر ومدى أشعة جاما أقل بكثير وبالتالي فليس لهما قيمة حقيقية في التنقيب. اشعاع جاما من ناحية أخرى هو ببساطة اشعاع كهرومغناطيسي ذو موجات قصيرة يفقد طاقة أقل بالتأين ولهذا لها مدى أكبر يبلغ 100 متر في الهواء ، ولهذا فإن التغيرات في اشعاعية السطح يمكن أن تقاس من طائرة منخفضة الارتفاع. مع ذلك فان الاشعاع المقاس هو اشعاع جاما السطحي نظراً لأنه حتى ذلك النوع من الاشعاع لا يستطيع اختراق أكثر من متر واحد من الصخور.

شعاع جاما يقاس عادة بمقياس الوميض ، الذي يتكون من بلورة ( يوديد الصوديوم المنشط مع الثاليوم) تستجيب لامتصاص فوتون أشعة جاما باخراج ومضة من الضوء المرئي. هذا الوميض يحول الى نبضة كهربية بواسطة جهاز المضاعف الضوئي وسعة النبضة تكون متناسبة مع طاقة الفوتون جاما. معدل تسجيل النبضات يعتمد على شدة فيض أشعة جاما وعلى حجم البلورة المعترضة لها. الشدة بدورها تعتمد على الزاوية المجسمة التي يصنعها المصدر مع المتحسس، بحيث أن قياس المصادرالاشعاعية  المحلية أو الضعيفة  من الجو يحتاج الى بلورة كبيرة لمقياس الوميض ، ذات قطر يقدر بعدة عشرات من السنتيمترات. النبضات يؤخذ متوسطها خلال فترة قصيرة من الزمن كافية لتنعيم التقلبات الاحصائية ومعدل العد يسجل على شريط رسم بياني  وغالباً رقمياً ، كما في المسوحات المغناطيسية الجوية، التي تجرى عادة في نفس الوقت مع المسح الاشعاعي للمساعدة في تفسير كليهما. موضع الطائرة بالطبع يراقب بالتصوير مثل كل المسوحات الجوية.

شواذ اشعاعية  مثيرة للاهتمام سجلت من الجو ويمكن تتبعها على الأرض بالأجهزة المحمولة باستخدام بلورات أصغر. كلاً من مقاييس الوميض الجوية والمحمولة عادة تقرن الآن بمقاييس طيف لأشعة جاما التي تصنف النبضات الكهربية القادمة من المضاعف الضوئي تبعاً لسعتها الى ثلاثة أو أكثر قبل التسجيل المنفصل لمعدل وصول نبضات كل نطاق سعة. نظراً لأن سعة النبضة تعتمد على طاقة أشعة جاما فان قنوات مقياس الطيف المختلفة مرتبطة بحزم الطاقة المختلفة، ويمكن أن يتم اختيار أن معدلات الوصول المسجلة هي تلك المرتبطة باشعاع اليورانيوم والثوريوم والبوتاسيوم بالترتيب، بالرغم من أن تعقيد طيف أشعة جاما لليورانيوم والثوريوم يجعل الفصل الكامل مستحيل.

حتى مع وجود معلومات اضافية من خلال مقياس الطيف فان تفسير المسوحات الاشعاعية يظل في أحسن الحالات نصف كمي. الارتفاعات والانخفاضات لأشعة جاما المقاسة لها علاقة بمناطق ذات صخور أكثر أو أقل اشعاعية بالقرب من سطح الأرض. الطريقة الوحيدة التي يمكن أن تساهم فيها المواد المشعة المدفونة على عمق أكثر من متر أو متران في النشاط الاشعاعي هي بواسطة الانتقال الى السطح ، على سبيل المثال غاز الرادون الذي يتكون كمنتج وسطي في تحلل اليورانيوم والثوريوم. صغر النشاط المسجل يمكن أن يكون نتيجة لزيادة سمك الغطاء الصخري أكثر من التغير في طبقة الصخر نفسها وبالمثل الزيادة يمكن أن تدلل على مناطق مثل منطقة الصدع حيث يسهل انتقال الرادون الى أعلى.

فقط الاشعاع العالي يظهر بواسطة خامات اليورانيوم والثوريوم والتي هي واحدة من الأهداف الرئيسية للمسوحات الاشعاعية. مع ذلك فإن الطريقة أيضاً تستخدم للمساعدة في رسم الخرائط الجيولوجية وبالذات في مناطق القاعدة حيث الصخور الجرانيتية يمكن غالباً أن تميز عن الأخرى التي تحتوي على فلسبار بوتاسيومي أقل. الصخور الرسوبية باستثناء المتبخرات الغنية بالبوتاس هي قليلة الاشعاع ولكن الحدود بين الحجر الرملي والطفل الأكثر اشعاعاً يمكن تمييزها.