В.Б. Лукьянов - Радиоактивные индикаторы в химии (1133872), страница 25
Текст из файла (страница 25)
К ним относятся сравнительная простота измерений,наглядность результатов, возможность исследования низкоактивныхобразцов и получения на одном снимке информации о распределениирадиоактивных атомов на большой площади изучаемого объекта. Низкая эффективность регистрации у-квантов и ^-частиц и высокая эффективность регистрации а-частиц позволяет проводить избирательноеизмерение а-излучения при наличии р- и у-излучения.Недостатками метода являются сравнительно большие затратывремени на проведение отдельного измерения и низкая эффективностьфотоэмульсий к Р-частицам и особенно у-квантам (когда речь идето регистрации р.
и у-излучения).Авторадиографический метод находит применение в самых различных областях исследований. Фотографический метод регистрацииизлучений, сходный с макроавторадиографическим методом, широкоиспользуется для дозиметрии излучения. В частности, широкое распространение получили индивидуальные фотодозиметры.95ВОПРОСЫ1.
На каких механизмах взаимодействия излучения с веществом основаныважнейшие методы регистрации излучений?2. Перечислите различия двух типов детекторов излучения — ионизационных камер и счетчиков.3. Как различаются значения постоянной времени RC в интегральных идифференциальных системах регистрации излучений?4. В каких случаях целесообразно использовать ионизационные камеры ипропорциональные счетчики, наполненные газом при повышенном давленииили имеющие большие размеры? Целесообразно ли использовать счетчики Гейгера — Мюллера больших размеров для регистрации: а) р-частиц; б) v K B a H T 0 B ?5.
От каких факторов зависит напряжение, при котором ионизационный детектор работает в гейгеровском режиме?6. В зависимости от значения нагрузочного сопротивления R счетчик Гейгера—Мюллера может работать в импульсном и токовом режиме. Сравните достоинства и недостатки счетчика как токового детектора по сравнению с ионизационной камерой, работающей в токовом режиме.7. Ионизационный детектор последовательно облучают: а) моноэнергетическими электронами с энергией Е\ б) моноэнергетическими электронами с энергией 4£ и в) ос-частицами с энергией 2Е. Нарисуйте графики зависимости амплитуды импульсов, вызванных прохождением этих частиц, от напряжения наэлектродах детекторов, если известно, что пробеги всех частиц уложились вчувствительном объеме детекторов.8. На чем основано гашение разряда в самогасящихся счетчиках Г е й г е р а Мюллера?9.
Сравните счетные характеристики счетчиков различных типов (пропорционального, Гейгера—-Мюллера и сцинтилляционного).10. Объясните, почему за ' бластью плато на счетной характеристике счетчика Гейгера—Мюллера следует крутой подъем?11. Можно ли с помощью "торцового счетчика регистрировать ^-излучение?12. Чем обусловлен фон и каковы пути снижения фона: а) счетчика Гейгера—Мюллера; б) сцинтилляционного счетчика; в) авторадиографическогометода регистрации?13. В каких случаях можно сделать вывод, что счетчик Гейгера—Мюллеранеисправен?14. Сравните преимущества и недостатки: а) пропорциональных счетчикови ионизационных камер; б) пропорциональных счетчиков и счетчиков Гейгера—Мюллера; в) пропорциональных и сцинтилляцнонных счетчиков.15.
В чем основные различия механизмов регистрации излучения в счетчике Гейгера—Мюллера и в пропорциональном счетчике?16. Какова эффективность к ^-излучению 7 " с ч е т ч и к а с толщиной стенок300 мг/см2 и торцового счетчика с толщиной окна 5 мг/см2, работающих вгейгеровском режиме? Сравните эффективность счетчиков Гейгера—МюллераKBaHTaMи сцинтилляционных к р-частицам и 7 "17. Объясните, с какой целью в схему регистрирующего прибора со сцинтилляционным счетчиком включают дискриминатор.
Как находят оптимальныйпорог дискриминации?18. Объясните механизм регистрации у-излучения сцинтилляционным счетчиком.19. Дайте краткую характеристику основных сцинтилляторов.20. Сфрмулируйте основные требования, предъявляемые к материалусцинтиллятора при его использовании в детекторе излучения.21. Почему сцинтиллятор Nal(Tl) не используют как детектор а-частиц,а сцинтиллятор ZnS(Ag) — как детектор у-квантов?22. Составьте блок-схему лабораторной установки для регистрации излучения.23. Как контролируют стабильность работы лабораторной установки длярегистрации излучения?24. Каков был бы вид амплитудного распределения импульсов, если бы 7излучение препарата 137 Cs ~- 1 3 7 / я Ва регистрировалось монокристаллом Nal(Tl)объемом 1 м:* (радиоактивный препарат находится в центре кристалла)?9625. Какие детекторы можно использовать для спектроскопии ^-излучения?26. Перечислите основные достоинства и недостатки полупроводниковыхдетекторов.
В чем преимущества применения таких детекторов для рентгеновскойи у-спектроскопии?27. Каков характер следов, оставляемых на фотопластинке прохождениема- и р-частиц и у-квантов?28. Чем отличаются микро- и макроавторадиографические методы регистрации излучения?29. Можно ли говорить о разрешающем времени при регистрации излученияавторадиографическим методом?ГЛАВАIIIИЗОТОПНЫЙ§ 1.
ОБЩИЕОБМЕНПОЛОЖЕНИЯТипичные случаи изотопного обмена. Существование у элементовразличных изотопов (как стабильных, так и радиоактивных) приводит к протеканию в системах, где такие изотопы присутствуют совместно, так называемых реакций изотопного обмена.
Изотопнымобменом называют самопроизвольный процесс перераспределенияизотопов одного элемента между разными фазами, молекулами (химически различными или тождественными) или внутри молекул. В отличие от химических реакций реакции изотопного обмена не приводятк обычным химическим или физико-химическим эффектам, а вызывают только выравнивание изотопного состава элементов, составляющиххимические формы или фазы системы.Специалистам, применяющим радиоактивные индикаторы в химических исследованиях, приходится сталкиваться с изотопным обменом в самых различных случаях.
Во-первых, изучение скорости протекания реакций изотопного обмена позволяет исследовать строениемолекул. Во-вторых, реакции изотопного обмена можно использоватьдля синтеза меченых соединений (см. гл. VIII). И, наконец, в-третьих,изотопный обмен может явиться помехой при проведении работ методом меченых атомов.Протекание реакций изотопного обмена можно обнаружить и проконтролировать только с помощью меченых атомов.
Вообще говоря,для этих целей, в равной мере пригодны и стабильные, и радиоактивныеизотопы. Но так как данная книга посвящена радиоактивным индикаторам и к тому же для большинства элементов сведения об изотопномобмене получены именно с помощью радиоактивных меток, в дальнейшем будет рассматриваться только изотопный обмен с участием радиоактивных изотопов. Будем считать, что из двух обменивающихся изотопов какого-либо элемента один радиоактивный, а другой — стабильный.Изотопный обмен называют гомогенным, когда обменивающиесяизотопы находятся в одной фазе, и гетерогенным, если речь идет оперераспределении изотопов между разными фазами.Рассмотрим некоторые типичные случаи, поясняющие приведенные определения.4 — 391971. Г е т е р о г е н н ы й о б м е н с у ч а с т и е модинаков ы х п о х и м и ч е с к о й п р и р о д е м о л е к у л .
Пусть нерадиоактивный твердый иод находится при определенной температурев равновесии со своим насыщенным паром. Сохраняя температуру постоянной, часть насыщенных паров заменим парами иода такой жеплотности, но содержащими радионуклид 1 3 1 1 . Если через некотороевремя отделить пары иода от кристаллов, масса которых за все времяопыта оставалась неизменной, то в твердой фазе можно обнаружитьатомы 1 3 1 1 , что объясняется изотопным обменом между парами и кристаллами.
Реакция изотопного обмена в данном случае связана с динамическим характером равновесия между фазами. Схематическипроцесс можно представить уравнением131П (пар) + 12 (кристаллы) ^ 12 (пар) + 1 3 1 Н (кристаллы)2. Г е т е р о г е н н ы йизотопныйобменсучаст и е м р а з л и ч н ы х м о л е к у л . Добавим к нерадиоактивномураствору Nal, содержащему суспензию свежеприготовленного осадкаР Ы 2 , порцию раствора Nal такой же концентрации, но содержащегорадиоактивные атомы 1 3 1 1 . Будем некоторое время при постояннойтемпературе перемешивать смесь, а затем отделим осадок от раствора.Последующие измерения покажут, что осадок Р Ы 2 содержит 1 3 1 1 ,который оказался в нем в результате изотопного обмена иода междуосадком и раствором.
Протекание изотопного обмена обусловлено, вчастности, процессами спонтанной перекристаллизации свежеприготовленной полидисперсной твердой фазы. Уравнение изотопногообмена следующее:1311 ~ (раствор) + Р Ы 2 (осадок) +± РЫ 1 3 1 I (осадок) + I " (раствор)3. Г о м о г е н н ы йизотопныйобменвводномр а с т в о р е . Внесем в водный раствор SrCl 2 , меченного 8 9 Sr, небольшую порцию нерадиоактивных кристаллов оксалата стронция SrC 2 O 4 •Н 2 О. Раствор далее нагреем до полного растворения кристаллов, азатем охладим и отделим выпавший осадок.
Полученные кристаллыSrC 2 O 4 -H 2 O содержат 8 9 Sr, что объясняется электролитической диссоциацией соединений стронция в водном растворе. Соответствующееуравнение изотопного обмена имеет вид89SrCl 2 + SrC 2 O 4 *± 8 9 SrC 2 O 4 + SrCl24. И з о т о п н ы йобменмеждумолекуламисразличными з о т о п н ы м с о с т а в о м . При смешиваниитритиевой воды (Т 2 О) и воды, состоящей только из протия и кислорода (Н 2 О), процесс изотопного обмена, связанный с диссоциацией воды на положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженный ион гидроксила, приводит к образованию молекул составаНТО:Н2О + Т2О ^ 2НТОРеакции изотопного обмена, протекающие между тождественнымипо химическому составу и строению молекулами, получили названиегомомолекулярных.985.
В н у т р и м о л е к у л я р н ы йизотопныйобмен.Если приготовить раствор 2,4-дибромтолуола, меченного 8 2 Вг тольков положении 2, то через некоторое время в растворе можно обнаружитьналичие молекул 2,4-дибромтолуола, содержащих 82 Вг в положении 4:СН3,82Вг82ВгВгСледует подчеркнуть, что во всех рассмотренных случаях реакцииизотопного обмена обратимы. Например, если в случае 2 первоначально использовать осадок РЫ 2 , меченный 1 3 1 1 , и нерадиоактивныйраствор Nal, то в результате изотопного обмена часть 1 3 1 1 перейдетиз осадка в водную фазу.Константа равновесия и тепловой эффект реакций изотопного обмена. Рассмотрим некоторые особенности реакций изотопного обмена.Обозначим две формы, между которыми протекает изотопный обмен,соответственно через А и В.
Можно записать, что*Аki*> В и Вk2> А,где kt и k2 — константы скоростей соответствующих реакций, азвездочкой отмечены формы, первоначально содержащие радиоактивный изотоп. Если пренебречь относительными различиями в массахизотопов, участвующих в обмене (которые у большинства элементов,кроме легких, весьма малы), то оказывается, что при процессах изотопного обменакг*к2.(3.1)Из равенства (3.1) вытекает, что для константы равновесия реакции изотопного обмена К всегда справедливо:K=kjk2&\.(3.2)Еще одна важная особенность реакций изотопного обмена состоитв следующем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
