М.И. Афанасов и др. - Основы радиохимии и радиоэкологии (Практикум) (2016) (1133852), страница 19

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

Текст из файла (страница 19)

Для препаратов с низкой скоростью счета измеряют спектр излучения внешнего стандарта (например, 226Ra, 152Eu, 137Cs, 133Ba), регистрируемый72спектр комптоновского рассеяния -квантов которого также смещается в область низких энергий при добавках гасителя.В данной работе предполагается выявить влияние различных добавок на регистрируемый спектр излучения 3H и 14C.Цель работыПостроение кривых гашения 3H и 14C по изменению скорости счета препаратов придобавке гасителей. Определение радиоактивности растворов 3H и 14C.Оборудование и реактивыЖС-спектрометры RackBeta 1215 (LKB Wallac, Финляндия) и TRI-CARB 1600(PerkinElmer);флаконы сцинтилляционные;микропипетки переменного объема на 200 и 1000 мкл, наконечники к ним;сцинтилляционная жидкость ЖС-8;раствор меченного по 3H вещества с известной удельной радиоактивностью;раствор меченного по 14C вещества с известной удельной радиоактивностью;гасители: 2% раствор нитробензола в этаноле (химический гаситель), 1% раствор голубого декстрана или другого окрашенного вещества (цветовой гаситель).Выполнение работыРаботу проводят в подгруппах по 2-3 студента.

Каждая подгруппа использует серию из 5 флаконов. Тип гасителя, раствор какого радионуклида, количество вносимойво флаконы сцинтилляционной жидкости, раствора радиоактивного вещества и раствора гасителей сообщается преподавателем.В каждый флакон вносят сцинтилляционную жидкость, с помощью микропипеткидобавляют растворы меченных тритием или 14С веществ, измеряют радиоактивностьфлаконов на ЖС-спектрометре. Затем добавляют в каждый флакон серии растворнитробензола (химический гаситель) или раствор окрашенного вещества (цветовойгаситель) в количестве, которое укажет преподаватель.

Проводят повторное измерение флаконов на ЖС-спектрометре.Добавляют во флаконы по 100 мкл раствора с неизвестной радиоактивностью иопять проводят их измерение.Обработка полученных результатовРезультаты измерения записываются в виде текстового файла, скорость счета препарата в котором выражается в единицах имп/мин (CPM от англ. counts per minute).Спектрометры RackBeta и TRI-CARB 1600 дискриминируют регистрируемые импульсы по энергетическим каналам в диапазоне от 0 до 4 МэВ.

Для удобства обработки результатов рассматриваем сумму зарегистрированных импульсов в трех диапазонах энергий (рис.8.3):А) 0,1-156 кэВ (обозначение CPMА для TRI-CARB 1600 и CPM1 для RackBeta 1215) –это скорость счета препарата (I);B) 2-18,5 кэВ (CPMВ и CPM2) – скорость счета 3Н в области высоких энергий;C) 18,5-156 кэВ (CPMС и CPM3) - счета препарата 14С в области высоких энергий.Для первой серии измерений (в сцинтилляционную жидкость добавили только радиоактивный раствор) рассчитывают по данным CPMА (CPM1) среднее значениескорости счета внесенных проб, Ī, стандартное отклонение (1.17) и погрешность, соответствующую 95%-ной доверительной вероятности (1.19).73Рис. 8.3. Обозначения энергетических диапазонов при регистрацииспектров -излучения 3H и 14C.Учитывая равенство =k=S=q=1, эффективность детектора к излучению 3H и 14Cопределяют как: = Ī/A(8.1),где А – радиоактивность пробы в единицах расп/мин  DPM (decay per minute), еерассчитывают из данных, предоставленных преподавателем.Сопоставляют полученные значения доверительной погрешности с паспортнымихарактеристиками микропипеток.

Если погрешность определения Ī превышает паспортные характеристики пипетки, то это означает, что отбор проб был сделан неочень точно. Для уменьшения погрешности определения эффективности регистрациив дальнейших экспериментах радиоактивность каждой пробы (Ai) по зарегистрированной скорости счета и значению , полученному ранее по (8.1):(8.2)Измерения флаконов с добавками гасителей позволяют определить связь междуизменением соотношения скорости счета в различных энергетических диапазонах иэффективностью регистрации. Эффективность регистрации –частиц для каждогофлакона определяют по изменению скорости счета после добавки гасителя:=(8.3)В качестве характеристики загашенности спектра трития используют отношениескорости счета в окне В к скорости счета в окне A:(8.4)14Для С используют аналогичное отношение скорости счета в окне С к скоростисчета в окне A:(8.5)Строят калибровочные кривые зависимости эффективности регистрации (i) от величин i, полученных по формулам (8.4) и (8.5) для 3H и 14С.

Сопоставляют полученные кривые для разных типов гасителей и для двух радионуклидов.По разности скорости счета после добавки контрольного раствора и с учетом полученной кривой гашения рассчитывают радиоактивность контрольного раствора(среднее значение по всей серии и погрешность, соответствующую 95%-ной доверительной вероятности).74РАБОТА 9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ДИФФУЗИИ (САМОДИФФУЗИИ)ИОНОВ В РАСТВОРЕ НА ПРИМЕРЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАСАМОДИФФУЗИИ ИОДИД-ИОНОВПри разработке промышленных химических реакторов большое значение имеютсведения о такой важной характеристике массопереноса вещества, как его коэффициент диффузии (самодиффузии).Знание коэффициента диффузии (самодиффузии) в твердых и жидких средах даетвозможность сделать важные выводы о массе диффундирующих веществ, силах межмолекулярного взаимодействия и других особенностях диффузионной среды. Определение коэффициентов диффузии одного вещества в среде другого вещества можетбыть выполнено не только с использованием радиоактивных индикаторов, но и с использованием обычных химических методик, позволяющих определять ультрамалыеколичества того или иного вещества.

В данном случае радиоактивные индикаторыобеспечивают необходимую точность результатов при сравнительно небольших затратах времени и средств.Другая задача – определение коэффициента самодиффузии того или другого иона,входящего в состав вещества, составляющего диффузионную среду, в среде того жевещества принципиально может быть решена только с использованием радиоактивных нуклидов – меток. Диффузионное поведение разных нуклидов одного и того жеэлемента в подавляющем большинстве случаев различается мало (изотопные эффекты незначительны), и поэтому обычно принимают, что диффузия радиоактивных атомов (ионов или молекул, содержащих радионуклид-метку) протекает с такой же скоростью, что и диффузия стабильных атомов исследуемого элемента.Допустим, что вещество при постоянной температуре диффундирует вдоль координаты х.

В таком случае концентрация вещества С во времени t вдоль координаты хподчиняется уравнению Фика:dC   C  D(9.1),dt x  x где D – коэффициент диффузии (самодиффузии) вещества, единица измерения в СИ – м2/c.Если предположить, что ∂D/∂x = 0 (такое предположение оправдано, в частности,при изучении как самодиффузии, когда различиями в концентрации от точки к точкевсегда можно пренебречь, так и диффузии, когда речь идет о перемещении ничтожного количества меченного радионуклидом вещества в твердой или жидкой фазе), тоуравнение (9.1) принимает более простой вид:dC 2CD 2dtx(9.2)Входящий в уравнение (9.2) коэффициент D следующим образом зависит от абсолютной температуры T, при которой происходит диффузия (самодиффузия):E(9.3),)RTгде Dо – постоянная, не зависящая от температуры, R – газовая постоянная, E – энергия активации диффузии.D  Dо exp( Решение уравнения (9.2) зависит от условий эксперимента (от граничных условий).

Для нахождения коэффициента диффузии (D) ионов (молекул) в растворе предложен капиллярный метод, который позволяет на основании результатов сравнительно простого эксперимента найти решение этого уравнения и определить значение D.75При использовании капиллярного метода для нахождения значения D используют капилляр известной длины l, запаянный с одного конца.

Диаметр капилляра долженбыть менее 0,9 мм. Экспериментально доказано, что при таком диаметре выход вещества из находящегося в капилляре раствора в жидкость, окружающую капилляр, происходит только за счет диффузии (сказанное справедливо, если жидкость перемешивают при скорости вращения мешалки не выше 400-500 об/мин).Капилляр заполняют меченным радионуклидом веществом с известной регистрируемой активностью Io и вносят его в термостатированный сосуд с жидкостью, в среде которой хотят изучить диффузию. Объем жидкости в сосуде в тысячи раз большеобъема капилляра.

Так как жидкость в сосуде постоянно перемешивают, можно принять, что концентрация радиоактивных атомов в жидкости, окружающей капилляр, входе всего эксперимента остается равной нулю.Решение уравнения (9.2) для данных граничных условий приводит к уравнению: ( 2n  1 )2 2 Dt C8 1 2exp(9.4),Cо  n 0 ( 2n  1 )24l 2где C – концентрация диффундирующего вещества в растворе после завершения диффузии(по истечению времени t), Co – начальная концентрация раствора в капилляре, D – коэффициент диффузии (самодиффузии), l – длина капилляра, n – целое число (0, 1, 2, 3 и т.д.).Концентрации растворов радиоактивного вещества в капилляре пропорциональныобъемным удельным активностям раствора.

Характеристики

Список файлов книги