В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Какие из следующих ядерных реакций эквивалентны друг другу пообразующимся продуктам: (я, у), (я, р), (я, а), (я, 2я), (я, /), (у, я), (р, у), (р, я),(р, а), (d, я), (d, p), (dt 2я), (d, а), (t, я), (а, р)?ГЛАВАIIРЕГИСТРАЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ§ 1. ОБЩИЕПОЛОЖЕНИЯВыполнение химических исследований с использованием радионуклидов всегда включает проведение операций по регистрации их.излучения. Под регистрацией излучения понимают получение ка55чественной и количественной информации об излучении радиоактивных ядер, содержащихся в исследуемом объекте. Регистрация излучения позволяет решить ряд задач: установить присутствие радиоактивных атомов, определить тип и энергию излучения, найти содержание радиоактивных атомов в образце и т.
д. Регистрацию излучения проводят при помощи соответствующих детекторов.Основу любого метода регистрации составляет взаимодействиеизлучения с веществом (см. гл. I, § 2). Методы регистрации можноклассифицировать в зависимости от того, какой именно эффект взаимодействия используется. Различают: а) ионизационные методы, которые основаны на ионизирующем действии излучения; б) сцинтилляционные методы, в основе которых лежит способность ряда материалов превращать энергию ядерных излучений в энергию фотоновсветового излучения; в) авторадиографические методы, в которыхиспользуются химические реакции в фотоэмульсиях, протекающие поддействием излучения исследуемого образца.Кроме перечисленных существуют и другие способы регистрацииизлучения, пригодные для решения специальных задач.
В методерадиоактивных индикаторов они практически не используются и потому в этой книге не рассматриваются.В детектор, как правило, попадает не все излучение исследуемогорадиоактивного препарата, а только какая-то его часть. Доля излучения, не зарегистрированная детектором, зависит от геометрическогорасположения препарата относительно детектора, поглощения излучения в самом препарате и на пути между препаратом и детектороми других причин. К тому же не все излучение, попавшее в детектор,будет обязательно зарегистрировано. Поэтому переход от показанийприбора, полученных при регистрации излучения исследуемого препарата и отнесенных к единице времени (т. е. от регистрируемой активности), к числу актов распада, происшедших в препарате за единицу времени (т.
е. к абсолютной активности препарата), требуетвведения ряда поправочных коэффициентов. Произведение всех этихкоэффициентов представляет собой коэффициент регистрации ф (о котором уже говорилось на с. 31). Связь между абсолютной активностьюпрепарата а и его регистрируемой активностью / определяется формулойП=ЧП.(2.1)Точное определение коэффициента регистрации часто связано сбольшими трудностями.
Однако при выполнении работ с использованием метода радиоактивных индикаторов, как правило, нет необходимости переходить от / к а. На практике обычно удовлетворяютсязначениями /, найденными непосредственно из показаний регистрирующего прибора. Пользоваться значениями / вместо соответствующих значений а можно лишь в тех случаях, если при измерении препаратов одного и того же радионуклида с абсолютными активностямиа>и а2, ..., а к коэффициент регистрации ф остается постоянным, т. е.справедливы соотношения56/ 1 = =cpa l t/ 2 = cpa2, .
. .?/ K = <paK.(2.2)Измерения радиоактивности, при которых выполняется условие (2.2),называют относительными.Любой метод регистрации обеспечивает выполнение условия (2.2),в частности, если режим работы детектора (напряжение, температураи т. д.) правильно подобран и поддерживается в ходе измерения напостоянном уровне. Использование различных методов регистрациисвязано с разными затратами труда и средств, поэтому в каждом конкретном случае следует искать наиболее простой путь регистрации.Выбор наилучшего метода регистрации требует знания индивидуальных особенностей различных методов, которые обсуждаются ниже.Вопросы, касающиеся техники проведения относительных и абсолютных измерений радиоактивности, здесь не рассматриваются (они изложены в гл.
3 книги «Радиоактивные индикаторы в химии. Проведение эксперимента и обработка результатов». М., Высшая школа,1977).§ 2. ИОНИЗАЦИОННЫЕ МЕТОДЫВ основе ионизационных методов регистрации лежит измерениеэлектропроводимости вещества (в частности, газа), обусловленной егоионизацией при взаимодействии ядерных излучений со средой. Энергия, расходуемая на образование в воздухе одной пары ионов обоихзнаков, постоянна для любого вида излучения и равна приблизительно 34 эВ.
На основании этого можно подсчитать число пар ионов, образующихся при прохождении частицы с определенной начальнойэнергией. Так, например, при прохождении (3~-частицы с начальнойэнергией 1,7 МэВ образуется 1,7-106,'34 = 5• 104 пар ионов.Ионизационные детекторы обычно представляют собой баллоны,наполненные газовой смесью определенного состава. Внутри баллонанаходятся хорошо изолированные другот друга металлические электроды. Нарис.
28 дана принципиальная схемавключения детектора ионизационноготипа. Такие детекторы различаются вРис. 28. Схема включенияионизационного детектораизлучения:/ — ионизационныйдетектор;2 — регистрирующееустройство (микроамперметри т. п.);3 — источник высокого напряженияРис. 29. Зависимость тока/' в ионизационном детекторе от приложенного кэлектродам напряжения57зависимости от области напряжений, в которой они работают, поэтому следует познакомиться с особенностями регистрации излучения при разных напряжениях на электродах детектора.1. Ионизационные камеры и счетчикиИоны, возникающие после прохождения ионизирующей частицычерез внутренний объем детектора, под действием электрическогополя перемещаются к электродам, обусловливая тем самым появлениеэлектрического тока в цепи детектора. Зависимость силы тока от приложенного на электроды напряжения представлена на рис.
29. Участок ОВ графика соответствует области напряжений, в которой увеличение напряжения приводит к росту скорости перемещения ионов вмежэлектродном пространстве. Вследствие этого уменьшается вероятность их рекомбинации и ток в цепи возрастает. По мере дальнейшегоувеличения напряжения наступает момент (напряжение UB)y когдавсе образующиеся непосредственно под действием ионизирующихчастиц ионы оказываются в состоянии достичь электродов и дальнейшее увеличение напряжения от UB до Uc не приводит к росту силытока в цепи. Ток, соответствующий этой области напряжений, называют током насыщения (участок ВС).
Если напряжение на электродах и дальше увеличивать, то сила тока вновь начинает возрастать,причем значительно быстрее, чем на участке ОВ.Это новое возрастание сначала (при напряжениях, не намного превышающих Uc) вызвано только процессом так называемой ударнойионизации, заключающимся в том, что первично образующиеся ионыприобретают в электрическом поле детектора энергию, достаточнуюдля осуществления при соударениях новых актов ионизации атомови молекул. Заметим, что ионы, образовавшиеся при ударной ионизации, в свою очередь могут вызвать ионизацию нейтральных атомови молекул.
При дальнейшем росте напряжения соударения ионов смолекулами начинают приводить не только к ионизации, но и к возбуждению молекул. Возбужденные молекулы, возвращаясь в основное состояние, испускают кванты света. Энергия этих квантовдостаточна, чтобы обусловить выход электронов с анода и катода врезультате фотоэффекта.
Электроны, вылетающие с анода, под действием электрического поля быстро возвращаются на анод, а электроны, покинувшие катод, перемещаются к аноду и участвуют в процессах соударения с молекулами и атомами газа, вызывая образованиеновых ионов. Фотоэффект имеет место не только на электродах, но ина компонентах газовой смеси.
В итоге в рабочем объеме детектора образуется так называемый пространственный разряд, вследствие чегосила тока, проходящего через детектор, оказывается намного вышетока насыщения. Область CD называют областью газового усиления.Для характеристики газового усиления служит коэффициент газовогоусиления /?гу:где п о б щ — общее число ионов, образовавшихся в детекторе под действием ядерной частицы; пп — число первичных ионов.58При достижении напряжения UD в детекторе возбуждается самостоятельный разряд и сила тока скачкообразно возрастает. Отметим,что подавать на детектор напряжение, равное или большее, чем UDtнельзя, так как любой детектор, в котором был возбужден самостоятельный разряд, быстро выходит из строя.Для регистрации излучения используют две области напряжений:область UBUCy соответствующую току насыщения, и область UCUD,в которой имеет место газовое усиление.
Детекторы, работающие впервой области, обычно называют ионизационными камерами, вовторой — счетчиками. Оба эти типа детекторов используются в различных системах регистрации ядерных излучений.Системы регистрации могут предназначаться для регистрации либоотдельных ядерных частиц или ^-квантов (дифференциальные системы), либо для регистрации потоков ядерных излучений (интегральные системы). С точки зрения радиотехники различие между обеимисистемами связано с разными скоростями стекания заряда с электродов детектора. Цепь, в которую включен ионизационный детектор(рис. 28), имеет эффективную емкость С и сопротивление R. При прохождении ионизационного тока накопленный на электродах зарядразряжается на сопротивлении R цепи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
