В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Это отношениесвободно от погрешностей, связанных с нестабильной работой аппаратуры. Легко видеть, что величины / и с п и //7СТ пропорциональнымежду собой.§ 5. СЦИНТИЛЛЯЦИОННАЯ -("СПЕКТРОСКОПИЯПри проведении исследований с использованием радиоактивныхиндикаторов нередко возникают задачи идентификации радионуклида,определения радиохимической чистоты или радионуклидного составапрепарата. Для решения таких задач часто достаточно определитьнабор энергий излучения, испускаемого радиоактивными ядрами образца, т.
е. получить данные об энергетическом спектре. Для целейспектроскопии ядерного излучения пригодны полупроводниковые,пропорциональные и сцинтилляционные детекторы, причем наибольшее распространение получили сцинтилляционные детекторы. С помощью сцинтилляционых детекторов можно проводить спектроскопию как а- и р-частиц, так и у-квантов.
Однако в радиохимическойпрактике и в работах с применением радиоактивных индикаторов вхимии наиболее широко используется спектроскопия у-излучения(^-спектроскопия). Проведение спектроскопии а- и Р-частиц связанос рядом трудностей, которые в ^-спектроскопии отсутствуют. Следуетотметить, что а- и Р-распады чаще всего сопровождаются испусканием7-квантов, и поэтому нужную информацию об излучении нуклидапочти всегда можно получить из ^-спектроскопических исследований.Измерение у-спектров облегчается тем, что вероятность взаимодействия ^-квантов с веществом мала (по сравнению с а- и р-частицами),благодаря чему даже при наличии экранов между исследуемым объектом и сцинтиллятором часть из попадающих в сцинтиллятор у-кваитов всегда имеет энергию, в точности равную начальной.Для у-спектроскопии чаще всего используют сцинтилляторы наоснове иодидов щелочных металлов, например Nal(Tl), так как прирегистрации у-квантов они обеспечивают лучшую, по сравнению с другими сцинтилляторами, эффективность регистрации.
Фиксируемыесцинтилляционным детектором импульсы от квантов разных энергийусиливаются линейным усилителем и попадают в амплитудный анализатор, который сортирует импульсы по амплитудам и направляетв соответствующие каналы.В каждый канал попадают импульсы с амплитудой от V до V ++ Д V, В, соответствующие у-квантам с энергией от Е до Е + Д£.Величина Д V (или соответствующая ей величина Д£) называется шириной канала. Ширину канала задают специальным переключателем.Число импульсов в каждом канале подсчитывается электронным регистратором. Наша промышленность выпускает амплитудные анализаторы разных типов, число каналов в некоторых из них достигаетнескольких тысяч (например, АИ-4096).Амплитуда импульса на выходе с ФЭУ при определенных условияхпропорциональна (с точностью до 2°о) энергии у-кванта — это свойство сцинхилляционного счетчика лежит в основе сцинтилляционной7-спектроскопии.
Однако не следует думать, что все у-кванты с одинаковой энергией, равной, например, £ т , порождают импульсы с одинаковыми амплитудами. В действительности амплитуды импульсов,вызванных прохождением через сцинтиллятор моноэнергетическихY-квантов, существенно различаются между собой из-за сложногохарактера взаимодействия у-квантов с веществом. Как уже говорилось в гл. 1, § 2, 4 регистрация у-квантов связана с тремя процессами: фотоэффектом, комптоновским рассеянием и образованием электронно-позитронных пар. В каждом из процессов взаимодействияэнергия у-кванта частично передается электрону.
Размеры кристаллаNal(Tl) выбирают такими, чтобы толщина кристалла по меньшеймере в несколько раз превышала максимальный пробег электроновс наибольшей энергией и относительная доля электронов, вылетающихза пределы сцинтиллятора, была небольшой. Поэтому в большинствеслучаев энергия электронов полностью расходуется на возбуждениесцинтиллятора, что приводит к появлению сцинтилляций. Амплитудакаждого из регистрируемых импульсов зависит от того, по какомумеханизму происходило поглощение у-кванта.При фотоэффекте энергия электрона равна энергии у-кванта за вычетом энергии связи электрона с атомом.
Освобождающееся в электронной оболочке место немедленно занимает новый электрон, которыйпри этом испускает квант электромагнитного излучения с энергией,равной энергии связи. Это излучение имеет относительно большуюдлину волны и практически всегда поглощается в сцинтилляторе. Таккак перемещение фотоэлектрона через кристалл и поглощение квантаизлучения происходят практически одновременно, они порождаютодин импульс, а общая амплитуда импульса, вызванного двумя этимипроцессами, строго пропорциональнаполной энергии у-кванта £ т .При комптоновском рассеянии доляэнергии, которая остается у нового укванта, различна и в каждом случаеотносительно велика. Возникающие vкванты имеют высокую проникающуюспособность и, если размеры кристалланевелики (как это бывает обычно), чаще300 нОО 500 600 700 800всего покидают кристалл.
Поэтому ампсоответствующих30 40 ~~to to to 80 литуды импульсов,номера каналов амплитудногокомптон-электронам, различаются в доанализаторавольно широких пределах.На образование пары электрон-поРис. 44. 7'Спектр препаратаi37_i_ 1 з т тзитрон расходуется энергия, по крайней/ — фотопик; 2 — комптоновская обмере эквивалентная массе покоя двухластьэтих частиц (1,02 МэВ) и поэтому кинетическая энергия пары равна (£т ——1,02) МэВ. Последующая аннигиляция позитрона сопровождаетсявозникновением двух у-квантов с энергией по 0,51 МэВ каждый, ноэти у-кванты с большой вероятностью покидают сцинтиллятор. Таким образом, общая амплитуда импульса, связанного с процессомобразования пар, пропорциональна разности (£ т — 1,02) МэВ, еслиоба у-кванта покидают сцинтиллятор, или (£т — 0,51) МэВ, когдаодин аннигиляционный у-квант поглощается в сцинтилляторе.Таким образом, взаимодействие с веществом сцинтилляторау-квантов с энергией £ т вызывает появление импульсов с самыми различными амплитудами.
Пример амплитудного распределения импульсов, полученного от моноэнергетических у-квантов 1 3 7 m Ba, находящегося в равновесии с 137Cs (£ т = 0,661 МэВ) на кристалле Nal(Tl)размером 3,8x2,5 см, дан на рис. 44. Пик 1 на кривой соответствуетфотоэффекту, область 2 — комптоновским электронам. Энергия уквантов в данном случае ниже 1,02 МэВ, поэтому образования пар непроисходит.Из сказанного ясно, что проведение спектрометрии требует вдумчивого анализа получаемых результатов, особенно в тех случаях, когдаречь идет о регистрации у-квантов с разной начальной энергией.В последнее время для спектрометрии у-излучения (а также рентгеновского излучения, испускаемого радионуклидами при распаде)все большее применение получают полупроводниковые детекторы.Если разрешение по энергиям рентгеновских и у-квантов При использовании сцинтилляционого детектора Nal(Tl) обычных размеров составляет 30—50 кэВ, то при использовании полупроводниковогогерманиевого детектора оно достигает 3—6 кэВ и менее.
На рис. 45приведен снятый в области 40—200 кэВ участок амплитудного спектра радионуклида 181 Та, полученный с помощью сцинтилляционного(J) и полупроводникового (2) детектора. Использование полупроводникового детектора позволяет идентифицировать в этой области спектра 181 Та 7-кванты семи различных энергий, тогда как на спектре, по661 кэ В ,Cs90Ва:к*pIIWO150Е,кэВшРис.
45. Участок спектра радионуклида Т а , полученныйс помощью сцинтилляционного {!) и полупроводникового (2)детектора (числа над максимумами соответствуют энергии уквантов £ v )лученном с помощью сцинтилляционного детектора, можно отметить,7-кванты только трех различных энергий. Используя спектрометрыс германиевым полупроводниковым детектором, можно, например,надежно различить 7-кванты 95 Zr с энергией 757 кэВ и 7-кванты дочернего 95Nb с энергией 768 кэВ (что крайне важно при выполненииконтроля радиохимической чистоты этих радионуклидов), осуществить идентификацию и проверку радиохимической чистоты других радионуклидов.Перед началом спектрометрического исследования каналы сцинтилляционного (или какого-либо другого) спектрометра настраиваютна требуемый уровень энергии и градуируют по результатам измерений у-квантов с известной энергией.
(Процедура градуировки рассмотрена в примере 28.)При идентификации радионуклида подсчитывают числа импульсов, зарегистрированных каждым каналом за время измерения. Полученные результаты наносят на график, откладывая на оси абсциссномер канала, а на оси ординат — число импульсов в каждом канале.Из графика выявляют максимум, соответствующий полной энергии7-квантов (пик полного поглощения). Таких максимумов может бытьнесколько, если излучение исследуемого радионуклида содержит набор у-квантов с различными энергиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
