М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2012) (1133850), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Определение абсолютной активности препарата90Sr(90Y)В настоящей работе для определения абсолютной активности контрольного препарата 90Sr(90Y), в котором изотопы находятся в состоянии векового равновесия, используют эталонный препарат 204Tl. Необходимые для последующих расчетов данные(периоды полураспада, энергия частиц E,max и выходы частиц на распад) приведены втабл.

П.1.Препараты представляют собой алюминиевые диски толщиной 1 мм, на поверхность которых нанесено радиоактивное вещество в количестве, соответствующемуусловию «бесконечно тонкий образец» (S=1). Площадь активного пятна в центре дисков равна 1 см2. Для обоих источников эффективность регистрации -излучения =1.Коэффициенты обратного рассеяния излучения 90Sr, 204Tl и 90Y, в пределах погрешности измерений, можно считать одинаковыми (1,2 q 1,3).Таким образом, на основании (2.2), с учетом равенства , можно записать:20IАх  хI этp  k S qpkSqjjjjji i ijАэтАх  ASr( Y ) иi iI Sr( Y ) 0,98  kTlATlI Tl ( kSr  kY )(2.7),iгде индексы j и i относятся к эталонному и исследуемому препаратам, соответственно.Следует подчеркнуть, что в уравнениях (2.6, 2.7) значения I, Iх и Iэт - истинные регистрируемые активности, т.е. скорости счета, исправленные на разрешающее время  ифон (см. уравнение (1.3)).

В настоящей работе обычно используются препараты, скорость счета которых меньше 6000 имп/мин, что позволяет не вводить поправку на .Основной вклад в погрешность искомой величины Ах вносит значительная погрешность определения коэффициентов ослабления k (k(Tl)=k(Sr)= k(Y)=0,15); высокая точность измерения скорости счета практически не будет влиять на конечный результат.Учитывая это условие, для определения Ах можно ограничиться проведением, какправило, 45 измерений скорости счета препаратов продолжительностью по 1 мин (вбольшинстве случаев погрешность определения Ic будет меньше 10%).Цель работыОпределение методом фиксированного телесного угла абсолютной активности препарата, содержащего равновесную смесь изотопов 90Sr(90Y).Оборудование и материалыУстановка с цилиндрическим счетчиком Гейгера-Мюллера.Контрольный препарат 90Sr(90Y).Эталонный (стандартный) препарат 204Tl с сопроводительным паспортом.Выполнения работы1.

Проводят предварительные (продолжительностью t=50 с или t=1 мин) измеренияскорости счета эталонного образца Iс,х, контрольного препарата Iс,эт и фона Iф. Используя соотношения (1.32; 1.33), оценивают минимальную относительная погрешность (δ(Ic)) определения скорости счета Iс,х и Iс,эт при доверительной вероятностиγ=0,95 для 4х измерений каждого препарата и фона продолжительностью по 1 мин().2. Проводят по 4 измерения скорости счета контрольного и стандартного препаратов,каждый раз поворачивая их вокруг оси на случайный угол, и фона продолжительностью по 1 мин. Находят средние скорости счета препаратов за вычетом фона.

В отсутствие поправки на разрешающее время: ĪSr(Y) = Īт,хĪф=Īс,хĪф и ĪTl = Īт,этĪф = Īс,этĪф.3. Рассчитывают погрешности (,t) определения ĪSr(Y) и ĪTl для 95%-ной доверительной вероятности, используя уравнения (1.19, 1.26 и 1.33) и табл. П.2.4. Используя формулу (2.3) и табл. П.4, рассчитывают коэффициенты ослабления (k)–излучения 90Sr, 90Y и 204Tl (толщина стенки детектора и слоя воздуха d=63 мг/cм2).5. Рассчитывают, согласно (2.7), абсолютную активность контрольного препарата.6. Применяя закон накопления погрешностей (1.30), рассчитывают относительную иабсолютную погрешности величины АSr(Y), соответствующие 95%-ной доверительнойвероятности, принимая, что погрешности k(Tl)=k(Sr)= k(Y)=0,15.

Погрешность определения ATl указана в паспорте эталонного препарата.2ASr ( Y )  2I Sr ( Y )  2ITl  k2Tl  2ATl kSr2kY2222 kSr2 kY( k Sr kY )( kSr  kY )(2.8)Если предварительная оценка показывает, что δ(Ic) превышает 10%, то, по согласованию спреподавателем, предполагаемое число измерений увеличивают.21РАБОТА 3.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ РАДИОНУКЛИДОВ МЕТОДОМ ГАММАСПЕКТРОМЕТРИИ3.1. Гамма-спектрометрияГамма-излучение сопровождает ядерные превращения подавляющего большинстварадионуклидов. Ядро, образующееся при радиоактивном распаде, чаще всего оказывается в возбужденном состоянии (Eex), при переходе из которого на уровень с меньшей энергией или в основное состояние (Eg) испускается -квант.

Энергия квантов(Eγ=EexEg) определяется структурой энергетических уровней конкретного ядра и,следовательно, γ-спектр является своеобразным «паспортом» радионуклида. Поэтомугамма-спектрометрия – определение энергетического спектра γ-квантов, испускаемыхисследуемым веществом,− наиболее универсальный метод идентификации радионуклидов в пробах различного состава. Гамма-спектрометрия является также важной составной частью многих инструментальных методов химического анализа.

Например,-спектры нуклидов, образующихся при нейтронном облучении сложного по составуобразца, позволяют установить содержание различных химических элементов в исследуемом веществе.3.1.1. Испускание и поглощение гамма-квантовЭнергетические состояния (уровни) ядра дискретны и имеют ширину Г0, связаннуюсо временем их жизни τex соотношением Гейзенберга: Г0·τex= h/2π, где h – постояннаяПланка. В соответствии с принципом неопределенности, γ-кванты, испускаемые возбужденными ядрами при одном и том же переходе, не могут иметь абсолютно одинаковую энергию.

Спектральная линия, отвечающая такому переходу, не является бесконечно тонкой, а обладает естественной шириной Г0, которая равна, как правило,1010106 эВ. Кроме того, при испускании фотонов часть энергии перехода можетбыть передана ядру (энергия отдачи ER), а ширина линии испускания увеличиваетсядо значения ГТ из-за модуляции энергии при тепловом движении ядер (эффекта Доплера). Значения ER и ГТ пренебрежимо малы по сравнению с Eγ.

Например, для 137Cs(Eγ=662 кэВ) отношения ER/Eγ и ГТ/Eγ равны, соответственно, 2,6·106 и 6,3·107.Поэтому спектр испускаемых γ-квантов считается, применительно к гаммаспектроскопии, дискретным.Энергию -квантов, преобразованную в электрические сигналы детектора, определяют по положению линий аппаратурного -спектра, формирование которого обусловлено, в основном, первичными процессами потери энергии -излучения в кристалле детектора: фотопоглощением, комптоновским рассеянием и образованиемэлектронно-позитронных пар.Фотопоглощение (фотоэффект) – процесс передачи всей энергии -кванта электрону, как правило, К- или L-оболочки атома облучаемого вещества. Кинетическая энергия выбитого электрона (фотоэлектрона) Еф равна разности между энергией фотона иэнергией связи в атоме, например, К-электрона: Еф = Eγ−EK.Вакансия, образовавшаяся на К-оболочке, заполняется электроном с одного из находящихся выше уровней, например, LI. Выделяющаяся при этом энергия (EK−ELI)может быть либо рассеяна в виде рентгеновского кванта (EX = EK−ELI), либо переданадругому электрону, например, LII-оболочки.

Этот электрон покинет атом, т.к.22EK−ELI>ELII. В этом заключается эффект Оже. Каскадное размножение «дырок» послепервого оже-перехода происходит до тех пор, пока они не переместятся во внешниеоболочки. Таким образом, фотоэффект сопровождается либо рентгеновской флуоресценцией, либо каскадом Оже.Количественной характеристикой вероятности взаимодействия –квантов с атомами поглотителя является «сечение взаимодействия». Сечение численно равно вероятности взаимодействия кванта на единице пути в веществе, содержащем один атом вединице объема, и имеет размерность площади (как правило, см2). Сечение фотопоглощения () резко возрастает при уменьшении Eγ и увеличении атомного номера Zвещества поглотителя: для квантов относительно небольшой энергии (Eγ < 511 кэВ) пропорционально отношению Z5Eγ3,5.

Следует отметить, что значение  скачкообразно увеличивается в случае равенства Eγ энергии связи электронов на K-, L- или Mоболочках.Фотоэффект является преобладающим процессом передачи энергии при прохождении квантов низкой энергии через поглотитель, имеющий относительно большойатомный номер. В частности, характеристическое излучение, имеющее, как правило,небольшую энергию (EX < EK), поглощается по механизму фотоэффекта.Комптоновское рассеяние – передача части энергии -квантов электронам внешнихоболочек. Энергия связи этих электронов пренебрежимо мала по сравнению с Eγ ирассеяние трактуется как упругое столкновение фотона с отдельным свободным электроном. В результате электрон покидает атом, а γ-квант с энергией Eγ′ отклоняетсяот направления движения первичного кванта. Кинетическая энергия комптоновскихэлектронов (Eкомпт.= EγEγ′), выбитых моноэнергетическими квантами (Eγ, кэВ), изменяется в широких пределах: 0< Eкомпт.

≤ Eγ∙[1+(5112Eγ)]1. Число фотонов, проходящих через поглотитель при регистрации γ-излучения, велико и энергетическое распределение комптон-электронов в указанных границах является фактически непрерывным.Вероятность комптоновского рассеяния () растет при уменьшении Eγ и при увеличении Z облучаемого вещества, но зависимости более плавные, чем в случае фотоэффекта: в первом приближении,   Z/Eγ. В большинстве поглотителей комптоновское рассеяние является основным первичным процессом взаимодействия для фотонов средних и высоких энергий, а при небольших Z – и для мягких –квантов.Образование пар электрон-позитрон – взаимодействие высокоэнергетических квантов с полем ядер, приводящее к исчезновению квантов и образованию заряженных частиц.

Пороговая энергия процесса равна удвоенной энергии массы покоя электрона (1022 кэВ), а кинетическая энергия частиц Ee- = Ee+= (Eγ1022)/2. Последующая аннигиляция позитрона приводит к появлению двух квантов с энергией по 511кэВ каждый, которые, в свою очередь, могут поглотиться веществом по механизмуфотоэффекта или рассеяться на электронах. Вероятность образования пар () пропорциональна Z2 и растет с увеличением Eγ. Значение  сравнительно велико лишь дляфотонов с энергией более 4000 кэВ, а в диапазоне 1022<Eγ<2000 кэВ во много разменьше сечения комптоновского рассеяния.Экспоненциальный закон ослабления и проникающая способность γ-излучения.Описанные выше процессы приводят к ослаблению потока γ-излучения: уменьшение числа γ-квантов из параллельного пучка, падающего перпендикулярно поверхности поглотителя, подчиняется экспоненциальному закону23Nl = N0 exp(l)(3.1),где N0 и Nl – числа γ-квантов, падающих на поглотитель и прошедших сквозь него, соответственно, l – толщина поглотителя в см, - коэффициент ослабления в см1.Коэффициент ослабления  зависит от химического состава поглотителя и энергииγ-квантов (табл.

Характеристики

Список файлов книги