Введение
ГЛАВА 1. Анализ современного состояния вопроса 13
1.1. Классификация месторождений руд металлов. Объекты поиска дистанционными методами 13
1.2. Физические поля, характеризующие возможность дистанционного поиска руд металлов 16
1.2.1. Электромагнитное излучение 16
1.2.2. Магнитное поле 18
1.2.3. Гравитационное поле 18
1.2.4. Потоки элементарных частиц 19
1.3. Методы дистанционного зондирования Земли для поиска руд металлов 19
1.3.1. Методы, основанные на регистрации электромагнитного излучения 20
1.3.1.1. Аэрофотосъемка 20
1.3.1.2. Активная микроволновая рефлектометрия 20
1.3.1.3. Съемка с помощью электронно-оптических систем 21
1.3.1.4. Тепловая съемка 22
1.3.1.5. Электроразведка 24
1.3.2. Аэромагниторазведка 25
1.3.3. Аэрогравиразведка 27
1.3.4. Методы, основанные на регистрации потоков элементарных частиц 28
1.3.4.1. Аэрогамма-съемка 28
1.3.4.2. Пассивная ядерная спектроскопия 32
1.3.5. Комплексирование геофизических методов 35
1.4. Выбор направления исследований и постановка задачи 36
1.5. Выводы к Главе 1 37
ГЛАВА 2. Разработка активного метода дистанционного зондирования земли для поиска металлических руд с использованием потоков элементарных частиц 39
2.1. Выбор источника зондирующего излучения 39
2.1.1. Требования к выбору источника зондирующего излучения 39
2.1.2. Высокоэнергетические нейтронные источники 40
2.1.3. Высокоэнергетические протонные источники 42
2.2. Выбор типов регистрируемых элементарных частиц 45
2.2.1. Требования к выбору регистрируемых элементарных частиц 45
2.2.2. Анализ типов элементарных частиц 46
2.2.2.1. Гамма-кванты .- 47
2.2.2.2. Лептоны 47
2.2.2.3. Адроны 48
2.2.3. Анализ реакций, приводящих к образованию вторичных элементарных частиц 49
2.2.3.1. Реакции с образованием гамма-квантов 49
2.2.3.2. Реакции с образованием лептонов 51
2.2.3.3. Реакции с образованием адронов 51
2.2.4. Заключение по выбору типов регистрируемых элементарных частиц 53
2.3. Выбор режима облучения и времени регистрации частиц 53
2.3.1. Цель выбора режима облучения и времени регистрации частиц...53
2.3.2. Анализ временных интервалов гамма-квантов и нейтронов, образуемых протонным пучком 54
2.3.2.1. Интервал мгновенных гамма-квантов и нейтронов 54
2.3.2.2. Интервал мгновенно-задержанных гамма-квантов 54
2.3.2.3. Переходный интервал от мгновенно-задержанных гамма-квантов к запаздывающим гамма-квантам 54
2.3.2.4. Интервал запаздывающих гамма-квантов и нейтронов 55
2.3.3. Выбор временных интервалов регистрации гамма-квантов и нейтронов 55
2.3.4. Выбор режима облучения протонным пучком 57
2.3.5. Учет космического фона гамма-квантов и нейтронов 58
2.4. Метод дистанционного зондирования Земли в целях поиска металлических руд с использованием потоков элементарных частиц 60
2.4.1. Суть метода 60
2.4.2. Обработка и дешифрирование получаемых методом данных 60
2.4.3. Схемы практической реализации предложенного метода 63
2.4.3.1. Вариант схемы реализации предложенного метода с расположением детекторов на борту летательного аппарата 63
2.4.3.2. Вариант схемы реализации предложенного метода с выносными детекторами 65
2.5. Выводы к Главе 2 66
ГЛАВА 3. Вычислительные эксперименты по апробации активного метода дистанционного зондирования земли, основанного на использовании потоков частиц, для поиска металлических руд 68
3.1. Методика вычислительных экспериментов 68
3.1.1. Общие положения 68
3.1.2. Выбор типов месторождений металлических руд для проведения вычислительных экспериментов 70
3.1.3. Получение гамма-отклика от различных типов месторождений металлических руд 70
3.1.4. Преобразование энергетических спектров гамма-квантов с учетом характеристик реальных физических детекторов 71
3.1.5. Сопоставление результатов вычислительных экспериментов для различных типов месторождений 73
3.1.6. Оценки радиационной нагрузки, создаваемой протонным пучком 73
3.1.6.1. Особенности оценки радиационной нагрузки .73
3.1.6.2. Методика оценки мгновенной радиационной нагрузки 74
3.1.6.3. Методика оценки спадающей со временем радиационной нагрузки 76
3.2. Особенности численного моделирования методом Монте-Карло.с использованием программного пакета GEANT4 76
3.2.1. Проведенные изменения в коде программы 77
3.2.1.1. Корректировка модели реакции деления вещества 77
3.2.1.2. Корректировка библиотек данных по гамма-квантам, образующимся от реакции захвата тепловых нейтронов 79
3.2.2. Алгоритм проведения вычислительных экспериментов с помощью программного пакета GEANT4 79
3.3. Результаты вычислительных экспериментов 80
3.3.1. Вычислительный эксперимент по поиску месторождения минерала магнетита 80
3.3.1.1. Исходные данные для проведения вычислительного эксперимента 80
3.3.1.2. Результаты вычислительного эксперимента по поиску месторождения минерала магнетита 81
3.3.2. Вычислительный эксперимент по поиску месторождения минерала боксита 83
3.3.2.1. Исходные данные для вычислительного эксперимента 83
3.3.2.2. Результаты вычислительного эксперимента по поиску месторождения минерала боксита 85
3.3.3. Результаты учета характеристик реальных физических детекторов... 89
3.3.3.1. Выбор типа детектора 89
3.3.3.2. Энергетические спектры гамма-квантов месторождений магнетита и боксита, полученные с помощью модели сцинтилляционного детектора BGO 91
3.3.4. Сопоставление результатов вычислительных экспериментов по дистанционному поиску простых (магнетит) и сложных (боксит) минералов 96
3.3.5. Результаты оценки радиационной нагрузки, создаваемой протонным пучком 99
3.3.5.1. Мгновенная радиационная нагрузка 99
3.3.5.2. Радиационная нагрузка, обусловленная распадом нестабильных изотопов 104
3.4. Выводы к Главе 3 105
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования для подтверждения возможности дистанционного обнаружения естественных радиоактивных руд с использованием потоков частиц 108
4.1. Цели эксперимента 108
4.2. Методика проведения экспериментальных исследований 109
4.2.1. Общие положения 109
4.2.2. Схема проведения экспериментов 113
4.2.3. Детектор нейтронов BF3 114
4.3. Результаты экспериментов 115
4.3.1. Кривые спада нейтронной активности 115
4.3.2. Анализ результатов экспериментов 116
4.4. Моделирование облучения свинцовой мишени высокоэнергетическими протонами 117
4.4.1. Исходные данные для моделирования 117
4.4.2. Результаты моделирования облучения свинцовой мишени высокоэнергетическими протонами 119
4.5. Сопоставление результатов физических и вычислительных экспериментов 121
4.5.1. Методика сопоставления результатов физических и вычислительных экспериментов 121
4.5.2. Результаты сопоставления данных, полученных в ходе физических и вычислительных экспериментов 122
4.6. Выводы к Главе 4 124
Заключение 126
Список литературы 128
