Г. Юинг - Инструментальные методы химического анализа (1115206), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Дело в том, что вторичные электроны, разгоняясь полем, могут вызвать дополнительную ионизацию газа и непрерывный тлеющий разряд. Во избежание этого в газ, наполняющий трубку, вводят несколько процентов паров органических Рис. 24-5. Плаизпетиое счетное устройство; детектор и образец окружены зажитиым »краном из тяжелого металла. Обитая высота около 40 см, вес 90 кг (йасдапоп Сонп1егз 1.аьога!оту, 1пс.). Ядерно-физические методы 509 соединений (метана или низших спиртов) или галогенов.
Эти добавки поглощают избыточную энергию положительных ионов. В другой модификации пропорционального счетчика — безокошемном проточном счетчике, предназначенном для измерения слабопроникающего излучения, детектор медленно омывается потоком газа (напрнмер, смеси аргон — 107е метана). При этом органическая добавка расходуется медленно.
Кроме того, образец можно помещать прямо внутрь счетчика. На рис. 24-5 показано устройство торцевого счетчика. Образец, укрепленный на диске из алюминия или нержавеющей стали или помещенный в неглубокий стаканчик (планшет), устанавливают на движущейся платформе внизу счетчика. Расстояние между образцом и счетчиком при работе с образцами разной мощности можно регулировать.
Прн необходимости в прибор легко ввести алюминиевые экраны. Полупроводниковые детекторы. Отличные пропорциональные детекторы можно изготовить на основе кристаллов кремния или германия (4). Существуют два способа, с помощью т(оторых можно подготовить кристаллы этих элементов для использования в качестве детекторов.
Оба они основаны на том факте, что под действием радиации электроны в твердом теле смещаются, т. е. возникают электронно-дырочные пары. В первом способе используется обычный рп-переход (см. гл. 27, где обсуждаются свойства полупроводников). И верхнюю, и нижнюю поверхности кристалла делают проводниками, напыляя тонкую металлическую пленку. Обратное включение (и-зона положительна, р-зона отрицательна) такого диода приводит к тому, что электроны и дырки уходят от перехода, собираясь в и- и р-зонах соответственно. В результате образуется разреженная (лишенная носителей тока) зона толщиной до 1 мм. Толщину зоны можно варьировать, меняя приложен-.
ное к кристаллу напряжение. Во втором методе применяют кристаллы, легированные литием. Ионы лития движутся (дрейфуют) по кристаллу под действием приложенного электрического поля, «очищая» кристалл от естественных носителей заряда. Поэтому наложение электрического поля вызывает формирование глубокого разреженного слоя толщиной до 1 см. Литий-германиевые детекторы следует всегда охлаждать до температуры жидкого азота (77 К), поскольку ионы лития при комнатной температуре достаточно подвижны и могут нарушить геометрическую структуру разреженного слоя. Для детектирования а- и р-частиц с низкой проникающей способностью пригодны более дешевые детекторы первого типа (с тонким разреженным слоем). Для 7-спектроскопии лучше 5!0 Глааа 24 подходят литий-германиевые детекторы, поскольку разреженный слой в них толще, Кроме того, у германия больший коэффициент поглощения, чем у кремния.
Описанные выше детекторы используют так же, как газовые пропорциональные счетчики. Образующиеся в разреженной зоне пары электронов и дырок ускоренно движутся к соответствующим электродам; через кристалл протекает ток, сила которого пропорциональна энергии ионизирующей частицы или излучения.
Поскольку сила тока составляет всего несколько микроампер, необходим чувствительный усилитель с низким уровнем шумов. Фоновая радиация Поскольку в природе существует радиоактивный фон, любой детектор будет давать некоторый сигнал даже в отсутствие образца. Фон обусловлен естественной радиоактивностью окружающей среды и космическими лучами. Фоновый уровень (до 15 — 20 отсчетов в минуту) можно су(цественно снизить, защитив детектор свинцовым экраном («домик») толщиной 5 — 10 ем. Более высокий фон или резкое его возрастание может означать случайное загрязнение рабочего места радиоактивными веществами или поломку счетчика. При проведении количественных измерений или интерпретации данных необходимо ввести поправку на фоновую радиацию.
Пересчетиые схемы Для количественных измерений радиоактивности необходимо устройство, подсчитывающее идущие от детектора импульсы. Для этого обычно используют десятичную пересчетную схему, которая пропускает на свой выход только каждый десятый из поступающих иа вход импульсов.
Каскад таких схем, соединенный с устройством снятия цифровых отсчетов, обеспечивает достаточную точность представления данных. Обычно пересчетные схемы снабжаются таймером, чтобы счет длился некоторое установленное время. С другой стороны, можно измерять время, необходимое для достижения заранее заданного счета. Радиоактивный распад — явление статистическое. Законы вероятности определяют, сколько атомов распадается с выделением соответствующих осколков в каждый момент времени. Поэтому наблюдаемые отсчеты (числа импульсов) будут значимы только в том случае, если их накоплено достаточно много, чтобы можно было провести строгий статистический анализ, Это является одним из условий корректного эксперимента [5, 6).
Мы дадим лишь краткое изложение соответствующих сведений. Ядерао-фаааческае методы 511 Наиболее удобным показателем воспроизводимости последовательных измерений служит стандартное отклонение о. Для измерений радиоактивности, когда период полураспада активного элемента намного больше длительности эксперимента, стандартное отклонение составляет корень квадратный из общего числа импульсов и. Результат эксперимента можно выразить как п~~а. Теперь ясно, почему лучше измерять время достижения заданного счета, тогда результаты будут иметь примерно одинаковую воспроизводимость.
Фон тоже имеет статистическую природу. Если о„оф и о, — стандартные отклонения измерений счета образца, фона и общего счета, их связывает уравнение о ((12 + (12)(д Для уменьшения роли фона его значение можно измерять достаточно долго. Тогда аф«п., и первым можно пренебречь. Наилучшая же точность за минимальное время обеспечивается при следующем соотношении периодов счета для образца (включая фон) !, и холостого (только фон) !ф( !,/!ф = (Й,Яф) (24-2) где ((е и 1гф — относительные скорости счета, которые следует оценить в предварительных опытах. Пусть, например, в таких опытах установлено, что активности образца и фона составляют примерно 1((е=!000 имп./мин и 1(ф=40 имп./мин, а отношение !,/!ф равно (1000/40) ие =5.
Если желаемая воспроизводимость характеризуется относительным стандартным отклонением 1 ()(о, измеряемый сигнал должен быть на уровне 10000 импульсов (поскольку 100=1 е/о от 10000). Значит, за период измерения (накопления отсчетов) !, следует принять 10 мин. Тогда фоновый счет должен занимать пятую часть времени, т. е. 2 мин. Пусть при этих условиях величина счета для образца составит, например, 10025 импульсов. Тогда активность 0025 ~ (/1О 025 1002 5 ~ !0 0! имп /мин 10 Аналогично, если фоновый счет равен 61, /(ф = =-4,05~4,5 имп./мин 81 ~ ч/81 И с учетом уравнения (24-1) исправленная на фон активность образца /(,=(1002,5 — 40,5) ~1(10,01) + (4,5) ] г»=962~11 имп./мин Ядерно.
физические методы 513 512 Глава 24 30000 240ОО и ' !ЕООО $~ 12000 !24-3) 6000 0 1,О о,з 0,4 0,2 0,6 Энергии, МзВ ь 100000 ь 1О ООО В 1 ООО ь и «, 100 5 1О 17 Заказ № 537 Еще олин потенциальный источник ошибок составляют совпадения: два нмпульса могут ндтн так близко друг к другу, что счетчик не сможет достаточно быстро обработать первый н откликнуться на второй. Мертвое время т зависит от типа детектора. Учесть его влияние помогает уравнение й' = й+ йзт где )т — наблюдаемая, а )т' — истинная активность. Следует также учитывать, что во многих детекторах только часть радиоактивного излучения образца воспринимается счетчиком.
Так, геометрическая эффективность простого торцевого счета обычно меньше 50%. Часто такую низкую эффективность считают допустнмой, поскольку соответствующее оборудованне проще, чем в случае полной «4п-геометрия». Важно, чтобы во всех измерениях, результаты которых вы будете сравнивать, была обеспечена одна н та же геометрия.
Этого можно достичь прн помощи прибора, изображенного на рнс. 24-6. Следует также принимать меры предосторожности во избежание частичного поглощения радиации растворителем нлн фнльтровальной бумагой. Анализ высоты импульсов. В табл. 24-2 показано, насколько сильно различается энергия ионизирующих частиц н излучений, испускаемых разными раднонуклндамн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
