Том 1 (1109661), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Единицей активности А является беккерель (Бк), равный одному распаду ядра за одну секунду. Таким образом, 1 Бк = 1с 1. Традиционно в качестве единицы активности используется и кюри (Ки): 1 Ки = 3,70 10'" Бк. 1Ки в точности равен активности 1г чистого радия-226. На практике в ходе химического анализа обычно измеряют не абсолютные значения активностей, а так называемую скорость счета й. Она отличается от активности на величину коэффициента эффективности детектора Ь: (3.123) .1ь = ЬА = ЬЛХ. Результаты измерения скорости счета подчиняются закону распределения Пуассона.
Это следует учитывать при выборе интервала времени для измерения радиоактивности (см. раздел 6.1). Для количественного анализа измеренные значения скоростей счета следует корректировать на величину фонового сигнала. Фоновая радиоактивность может быть обусловлена наличием в атмосфере незначительных количеств радона или других радиоактивных веществ, образующихся под действием космических лучей.
Измерение интенсивности радиоактивного излучения Для измерения радиоактивности используют детекторы, аналогичные применяемым для измерения интенсивности рентгеновского излучения (раздел 3.2.3). Они делятся на газоионизационные, сцинтилляционные и полупроводниковые. Газоионизационные детекторы (пропорциональныесчетчики Гейгера-Мюллера) особенно удобны дляизмерения,З-активности.
В этом случае эффективность счета составляет почти 100%. По отношению же к т-квантам эффективность таких детекторов порядка 1%. Недостаток газоионизационных детекторов — значительная инерционность. Для измерения о-активности газоионизационные детекто- д.д.М д, дд ЗЗБ~ ры снабжают окошком из специального материала, чувствительного к а-частицам.
Сцинтилляционные детекторы характеризуются значительно более высоким быстродействием, чем счетчики Гейгера — Мюллера. Для регистрации различных видов излучения существуют различные сцинтилляционные материалы. а-частицы чаще всего регистрируют с помощью детекторов на основе кристаллов ЕпЯ, активированных серебром.,д-частицы можно регистрировать при помощи жидких детекторов, например, растворов п-терфенила в бензоле. Для уизлучения применяют детекторы тех же типов, что и в РФА, например, на основе кристаллов Ха1/Т1. Полупроводниковые детекторы можно использовать для регистрации всех видов радиоактивного излучения.
При взаимодействии с частицами, образующимися в результате радиоактивного распада, детекторы всех типов генерируют импульсы напряжения, которые затем можно анализировать (как и в РФА, раз- п-терфинил дел 3.2.3) с помощью анализаторов высоты импульсов.
Интегральные анализаторы регистрируют все импульсы с величиной, превьппающей заданное пороговое значение. Изменяя высоту порога, можно получить картину распределения импульсов по энергиям. Это же распределение можно получить и с помощью дифференциальных анализаторов. Они работают по многоканальному принципу: каждый канал (их общее число составляет от 128 до 4096) такого анализатора настроен на некоторый достаточно узкий диапазон величин импульсов. Практическое применение Измерение естественной радиоактивности Для определения содержания ряда элементов можно использовать радиоактивные свойства их природных радионуклидов.
Необходимые предпосылки состоят в постоянстве изотопного состава и радиохимической чистоте определяемых элементов. Таким способом можно, например, .контролировать содержание калия в веществах и материалах калийных производств (предел обнаружения порядка 300мг К) или оценивать радиоактивный фон на заводах по переработке урана по величине активности одного из продуктов его распада — радона.
Измерение естественной радиоактивности применяют и для определения возраста геологических и археологических объектов. Важнейший метод., применяемый для этой цели, — радиоуглеродньй. В его основе лежит реакция образования радиоактивного изотопа 14С ~~1~1+ сап -+ ~в~С+ 11Р или, сокРащенно, ~~~1~(п, Р)~вдС. В результате этой реакции из атмосферного азота каждую секунду образуется приблизительно 25000 атомов 14С на один квадратный метр поверхности Земли. В объектах, постоянно контактирующих с атмосферным СО2 (в частности, в живых организмах), соотношение ыС/~~С остается постоянным ввиду непрерывно протекающего изотопного обмена.
Для объектов, утративших контакт с биосферой, это равновесие прекращается, и содержание 14С начинает непрерывно уменыпаться. Таким образом, зная исходное (Лв) и текущее (Х) значения отношения ~~С/~~С, а также период полураспада 14С, можно, в соответствии с уравнением (3.121), оценить возраст объекта. Нейтронно-активационный анализ Для активации образца чаще всего используют поток нейтронов. Основным источником нейтронов служит ядерный реактор.
Наряду с этим можно использовать и некоторые радионуклиды, а также ускорители заряженных частиц. Из радионуклидов применяют обычно трансурановые элементы, например, калифорний-252 с периодом полураспада 2, 6 года. Можно применять и смесь и-излучателя (плутоний, америций) с бериллием. При облучении бериллия о-частицами происходит ядерная реакция 4Ве + 2Не — > вС + вп + 5, 7 МэВ с выделением нейтрона.
В ускорителях образование нейтронов может происходить в результате многих ядерных реакций, например, между ускоренными ионами дейтерия и ядрами трития, адсорбированными на титане: 2Н+ 3Н 4Н, + 1 Проходя через такие материалы, как вода (обычная или тяжелая) или парафин, быстрые нейтроны (с энергией в несколько МэВ) вследствие упругого рассеяния замедляются до энергий порядка 0,04эВ. Такие нейтроны, называемые тепловыми, главным образом и используют в активационном анализе.
Однако для активации 9.6.яя д» Ю, рИ * 337)) легких элементов — М, О, г, % — необходимы как раз быстрые (с энергиями до 14 МэВ) нейтроны, получаемые непосредственно в ускорителях. Период полураспада нейтрона составляет около 12,5 мин.
Продуктами распада нейтрона являются протон и электрон. Отсутствие у нейтрона электрического заряда облегчает его проникновение в положительно заряженное атомное ядро. В результате захвата нейтрона масса ядра возрастает на единицу, а заряд остается без изменений. Так, активация ядра натрия-23 происходит следующим образом: ,1Ма+ ап -+ 11Ма+ у или, сокращенно,,1Иа(п, у),~Ха. (3.124) Ввиду того, что нейтрон несет с собой большую энергию, образующееся ядро первоначально находится в возбужденном состоянии. Степень активации образца зависит от плотности потока нейтронов Ф, сечения захвата о и так называемого коэффициента насыщения Я.
Таким образом, с учетом соотношения (3.123) скорость счета облученного образца составляет (3.125) Анализируемую пробу облучают до тех пор, пока не наступит насыщение. Одновременно в тех же условиях облучают и образец сравнения, используемый как внешний стандарт. В соответствии с уравнением (3.125) при одинаковых условиях облучения отношение активностей пробы (индекс х) и образца сравнения (индекс ст) определяется только числом активированных ядер М. Поэтому масса определяемого элемента в анализируемой пробе равна (3.126) При помощи нейтронно-активационного анализа можно определять 69 элементов, включая инертные газы. Пределы обнаружения лежат в диапазоне от 200 мкг для серы до 5 10 ~ мкг для европия. Они зависят как от характеристик конкретной ядерной реакции, так и от возможностей детектирования излучения.
Относительная погрешность результата анализа обычно составляет порядка 10%, в отдельных случаях — порядка 1%. Пробоподготовка перед облучением может сводиться лишь к запаиванию пробы и образца сравнения в ампулы — из тефлона,полиэтилена или кварца.
После облучения может потребоваться раз- (338 Г Я.Сс р .. д Метод изотопного разбавления В методе изотопного разбавления к пробе добавляют известное количество изотопно меченного определяемого вещества. Затем определяемый компонент выделяют в чистом виде, например, с помощью экстракции или осаждения и измеряют активность определенной части выделенного препарата. Пусть скорость счета изотопной метки с массой определяемого компонента тт равна Лу, а масса определяемого компонента в пробе равна т . После смешения пробы и метки масса компонента составила тт+ т~, а скорость счета — по-прежнему Лг. Легко видеть, что если для части пробы, содержащей массу компонента тм, измеренная скорость счета составляет Лм, то Л'г гп~ = — ~пм — гпг. Лы (3.127) При использовании метода изотопного разбавления во многих случаях полного отделения определяемого компонента не требуется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
