Диссертация (1150185), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Краткоописываем данную методику, опубликованную в журнале Applied Radiationand Isotopes. 2018. Vol. 133. P. 57–60.Предлагаетсяследующаяпоследовательностьвыполнениярадиоаналитических процедур:1. Измеряется альфа-активность химических фракций урана и тория. Поурановомурадиотрассеруиизвестному(коэффициенту счетности) альфа-излучения (полной активности238коэффициентурегистрации) рассчитывается величинаU в изучаемом образце A(238U), Bq. Регистрируемаяальфа-активность 230Тh обозначена как А(230Тh), имп/с.392.230Измеряетсяфонбета-установкиибета-активность источникаТh(234Тh).
Для задержки мягкого бета-излучения234Тh используетсяпоглотитель толщиной около 40 мг/см2 (включая толщину окна бетасчетчика).Регистрацияпроизводитсяпобета-излучению234mсPaмаксимальной энергией 2300 keV и выходом 98%. Полученная величинапересчитывается на момент выделения фракции тория из исследуемогообразца с учетом периода полураспада нуклида234Тh, равного 24,1 дням.Данная активность обозначена как А(234Тh) имп/с.3. С тем же поглотителем измеряется бета-активность стандартногопрепарата урана с известной полной величиной альфа-активности (Бк) ирассчитывается эффективность регистрации (коэффициент счетности) бетачастиц ( β) в данном энергетическом диапазоне при используемом телесномугле измерений.4. С учетом найденного коэффициента счетностиβрассчитываетсяполная бета-активность источника 230Тh как отношение А(234Тh), имп/с/5.
Зная полную альфа-активность изотопа238β.U в изучаемом образце и,следовательно, соответствующую активность дочернегонуклида234Тh,рассчитываем химический выход (Pα) изотопа 230Тh:A( 234Тh), имп / с A( 238U ), Бк6. Находим полную альфа-активность230Тh в навеске минерала с учетомнайденного химического выхода ториевой фракции и коэффициентасчетности θα. Вид окончательной формулы для расчета следующий:A( 230Th), имп / сA( 230Th), Бк P A( 230Th), имп / с A( 238U ), БкA( 234Th), имп / с Таким образом, можно отметить три преимущества, возникающих прииспользовании в качестве ториевого трассера нуклида40234Тh, содержащегосяв изучаемом образце, вместо приготовления отдельного раствора234Тh. Во-первых, возрастает точность анализа, поскольку при растворении образца несмешиваются два одинаковых нуклида. Во-вторых, исчезает необходимостьизготавливать каждые 1-2 месяца новый раствор трассера с известной (намомент изготовления) удельной активностью тория-234.
В-третьих, нетребуетсяприрасчетахактивности230Тhпостоянновводитьсоответствующее уравнение скользящую величину доли изотопа234вТh,распавшегося за время, прошедшее со дня изготовления трассера.2.2.6.2. Альфа-спектрометрияАльфа-источникиизготовлялисьметодоммолекулярногоэлектроосаждения урана из среды изопропилового спирта при напряжении400-600 В [69] и тория из среды диметил сульфоксида (ДМСО) принапряжении 100 В по методике, близкой к описанной в [70]. Катодомслужили полированные диски из никеля, нержавеющей стали или меди,анодом – платиновая проволока. Источники измеряли на спектрометрах скремниевыми поверхностно-барьерными детекторами площадью 3–5 см2.Спектрометрические тракты включают измерительную камеру типа СЭА01,зарядочувствительный предусилитель, усилитель марки СЭС-13 и 4096канальный анализатор класса АИ-1024-95-17.
Собственная разрешающаяспособность детектора составляет 22–25 кэВ. Поскольку измеренияпроводили в геометрии face to face, то реальное разрешение спектрометроввозрастало до 60–90 кэВ (в зависимости от качества источников идлительности измерений). Измерения проводили в интервале энергий 3.5–9.5МэВ с растяжкой спектра 5–8 кэВ/канал. Фон детектора в рабочей областиспектра составлял 0.02 имп/ч на канал, что позволяет оценивать изотопныеотношения при содержании U или Th на α-источнике вплоть до несколькихмикрограммов. Длительность измерения источников 1–5 суток.
Полученныеспектры U и Th обрабатывали по компьютерной программе [71].41Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение3.1. Идентификация Ti-Ta-ниобатов Северного Приладожья3.1.1. Элементный и фазовый состав «виикитов»Дифрактограммы изучаемых образцов Wk-1, Wk-2, Wk-3 and Wk-7представлены на рис. 1. В спектрах наблюдается несколько дифракционныхмаксимумов, принадлежащих фазам силикатов (алюмосиликатов) на фонехарактерных для метамиктных структур рентгено-аморфных гало. Наиболеехарактерными для спектра Wk-3 является минерал группы хлоритов шамозит(chamosite)иминералгруппыслюд,предположительно,селадонит(celadonite) или polylitionite. Доля селадонита в Wk-7 существенно ниже, иосновная силикатная фаза представлена здесь quartz.Рис.
1.Рентгенограммы порошковых пробобразцов «виикитов». [Ch]:минерал группы хлоритов. [Mic]: Минерал группы слюд. [Qu]: Кварц.Результаты рентгенoфлуоресцентного анализа (Рис. 2-5) показали, чтов образцах Wk-3 и Wk-7 присутствуют необходимые элементы Ti-Taниобатов общего вида AxByOz: Ti, Nb, Ta, Y, U, Th, Ca и ряд других. Wk-242показал невысокое содержание Ti и полное отсутствие Th.
В образце Wk-1,призначительномсодержанииредкоземельныхполностью отсутствуют Ti, Nb, Ta.Рис. 2. Рентгенофлуоресцентный спектр Wk-1.Рис. 3. Рентгенофлуоресцентный спектр Wk-2.43элементовитория,Рис. 4. Рентгенофлуоресцентный спектр Wk-3.Рис. 5. Рентгенофлуоресцентный спектр Wk-744Сканирующаяэлектроннаямикроскопияобразцоввобратноотраженных электронах (рис. 6-9 и 6а-9а) с последующим количественнымэлектронным микрозондовым анализом позволила определить элементныйсостав обнаруженных фаз.
Согласно методике, описанной выше, быласделана предварительная идентификация оксидов Ti-Ta-Nb, содержащихся висследуемых минеральных ассоциациях. Данные EMP-анализа элементногосостава относилисьне к конкретной точке минеральной ассоциации, а ковсей площади соответствующей фазы. Расчет площади поверхностиосуществлялся путем вычисления количества пикселей в изображении BSE вдиапазоне определенной яркостной / контрастной характеристики длякаждой из фаз.Рис. 6.
SEM-BSE изображение образца Wk-1.45Рис. 7. SEM-BSE изображение образца Wk-2.46Рис. 8. SEM-BSE изображение образца Wk-3.47Рис. 9. SEM-BSE изображение образца Wk-7.Рис. 6а. SEM-BSE изображение образца Wk-1. [1]: Aлланит-(Ce)-1. [2]:Aлланит-(Ce)-2. [3]: Гематит. [4]: Грейит.48Рис. 7а. SEM-BSE изображение образца Wk-2. [1]: Гидроксииттро(урано)пирохлор [2]: Гидроксииттропирохлор. [3]: Альбит.Рис. 8а. SEM-BSE изображение образца Wk-3. [1]: Гидроксикальциобетафит.[2]: Селадонит [3]: Гидроксикальциобетафит /экстраординарный (?). [4]:Шамозит.49Рис. 9а.
SEM-BSE изображение образца Wk-7. [1]: Поликраз-(Y)-1. [2]:Поликраз-(Y)-2. [3]: Шамозит. [4]: Кварц. [5]: Лиандратит.Отнесение обнаруженных метамиктных фаз к конкретным природнымтитано-тантало-ниобатам производилась путем сопоставления найденногоэлементного состава с составами минералов, которые описаны в ряде работ(см.,например,[72-74]),атакжеприводимыминасайте/www.webmineral.com/. Для каждого из предполагаемых минералов былвыявлен диапазон содержаний основных элементов и была построенатаблица максимальных и минимальных значений содержания элементов.Построенные рабочие таблицы учитывали вариации содержания элементовдляследующихтитано-тантало-ниабатов,/www.webminerals.com/:указанныхнасайтебетафит ‒ 5 образцов; самарскит – 6 образцов;поликраз – 8 образцов; пирохлор – 9 образцов.50Сопоставление состава неизвестного минерала с реальными составамиприродных Ti-Ta-ниобатов и последующее отнесение изучаемого Ti-Taниобата к определенному минералу в выбранной минеральной группесопровождалось следующим расчетом.
Рассчитывалась сумма модулейразностей атомных процентов всех элементов в изучаемых минералах и вминералах сравнения, включенных в эту группу. Минимальная суммамодулей рассматривалась как специфический параметр, характеризующийблизость двух составов: изучаемого минерала и минерала сравнения. Такимобразом, минимальная сумма была одним из критериев для предварительнойидентификации Ti-Ta-ниобатов, содержащихся в изучаемых минеральныхассоциациях. Эти результаты приводятся в таблице 1.Таблица 1. Элементный состав (масс. %) и фазовый состав минеральныхассоциаций (площадь фазы) согласно данным микрозондового анализа.Wk-1Area% CAllanite-84.50% 0.00 40.20 0.40 7.50 14.60 0.00 0.00 7.95 0.50 1.80 11.30 0.00 2.90 7.90 2.80 2.30 100.15+/-(Ce)-1Allanite-Hematite+/-Mg+/-Al+/-Si+/-P+/-KCa+/-+/-Sc+/-Mn+/-Fe+/-Y+/-La+/-Ce+/-Nd+/-ThSumm+/-0,25 0,20 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,0514.50% 0.00 44.10 0.30 7.80 14.30 0.00 0.00 8.50 0.60 1.50 9.50 0.00 2.40 6.30 2.40 2.30 100.00+/-(Ce)-2O+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,25 0,30 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,051.45% 0.00 30.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 70.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,25 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,40 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05Biraite-(Ce)0.50% 4.80 38.10 0.00 2.00 3.30 0.00 0.20 0.85 0.00 0.00 4.70 0.00 11.20 27.30 7.50 0.00 99.95+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,25 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,15 0,05 0,05Grayite0.20% 0.00 29.50 0.00 0.00 1.60 9.20 0.00 0.00 3.80 0.00 0.00 1.40 2.40 0.00 0.00 52.10 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,25 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,3051Wk-2Area,% OPyrochlore-1 78.00%NaAlSiKCaTiFeAsYNbSmGdTaPbUSumm32.20 0.00 0.00 0.00 0.00 1.00 2.20 2.10 0.40 4.30 28.00 1.10 2.30 11.10 3.40 11.80 99.90+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,20 0,05 0,05 0,07 0,05 0,10Pyrochlore-2 19.00%34.50 0.00 0.00 0.00 0.00 1.20 2.45 3.50 0.60 7.30 27.05 1.70 3.40 7.60 2.30 7.90 99.50+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05Albite2.50% 48.30 8.35 10.90 31.95 0.00 0.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,30 0,05 0,05 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05Muscovite1.00% 48.40 0.00 19.90 22.20 9.50 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,30 0,05 0,10 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05Wk-3Area,%COChamosite27.50%0.00Celadonite9.00%Hydroxycalcio 38.00%betafiteHydroxycalcio18.50%betafite/MgAlSiKCa47.30 9.409.8012.90 0.00 0.00 0.00 0.60 20.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,250,300,050,050,100,05 0,05 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,050.0043.20 7.007.5017.80 8.20 0.00 0.00 0.30 16.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.10+/-+/-+/-+/-+/-0,1 +/-0,250,250,050,050.0033.30 0.000.200.000.00 4.10 11.10 0.40 4.80 5.20 12.10 15.10 0.00 2.90 10.80 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,250,200,050,050,050,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,10 0,10 0,05 0,05 0,050.0030.30 0.000.000.000.00 6.20 4.10 0.40 2.10 0.00 12.50 23.70 0.00 4.70 16.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,250,200,050,050,050,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,10 0,10 0,05 0,05 0,100.0030.00 0.000.000.000.00 0.00 0.00 0.00 70.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,250,200,050,050,050,05 0,05 0,05 0,05 0,40 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,0512.00 48.00 0.000.000.000.00 40.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,300,300,050,050,050,05 0,20 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,053.7021.30 0.000.001.050.00 2.70 0.45 1.00 1.10 2.30 0.00 0.00 3.40 0.00 63.10 100.10+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,250,100,050,050,050,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,40+/-+/-Ti+/-+/-Mn Fe+/-+/-+/-+/-Y+/-+/-Nb+/-+/-Ta+/-+/-Pb+/-+/-Th+/-+/-USumm+/-+/-0,05 0,05 0,05 0,05 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-extraordinary (?)HematiteCaciteUrancalcarite3.00%3.00%1.00%52+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-Wk-7Area,% OQuartz33.00% 52.80 0.00 0.00 47.20 0.00 0.00Polycrase-(Y)-1Polycrase-(Y)-2ChamositeHematiteLiandratiteMg Al+/-SiCo0.00 0.000.00 0.00 0.000.00 0.000.00 0.00+/-+/-+/-+/-NbU0,05 0,05 0,0536.00% 33.70 0.00 4.70 3.701.40 9.250.00 4.001.00 8.20 13.90 2.30 10.50 3.20 4.20+/-+/-+/-0,200,05 0,05 0,0517.10% 31.20 4.40 2.30 4.508.20%5.00%0.70%+/-+/-+/-+/-0,200,05 0,05 0,050,05 0,05+/-0,05 0,05+/-+/-+/-0.80 12.00 0.60 17.20 0.00 2.45 9.100.00 8.700.00 6.85+/-+/-+/-+/-+/-100.10+/-0,05 0,050,05 0,0545.10 7.90 9.30 12.90 0.00 0.500.70 23.60 0.00 0.00 0.000.00 0.000.00 0.00+/-+/-+/-+/-+/-0,300,05 0,05 0,100,05 0,050,05 0,100,05 0,05 0,050,05 0,050,05 0,0530.00 0.00 0.00 0.000.00 0.000.00 70.00 0.00 0.00 0.000.00 0.000.00 0.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,200,05 0,05 0,050,05 0,050,05 0,400,05 0,05 0,0525.90 0.00 0.00 2.901.60 4.000.00 1.050.00 1.95 13.10 0.00 6.000.00 43.50 100.00+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,200,05 0,05 0,05+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,05 0,050,05 0,10+/-0,05 0,05 0,05+/-0,05 0,10+/-100.05+/-0,05 0,05+/-100.000,05 0,050,05 0,10+/-Summ+/-0,05 0,05 0,10+/-0,05 0,05+/-+/-Th0,05 0,05+/-+/-Ta0,05 0,05+/-+/-Yb0,05 0,05 0,30+/-+/-Y0,30+/-+/-Mn Fe+/-+/-+/-Ti+/-+/-+/-Ca+/-+/-+/-0,05 0,05+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-+/-0,05 0,05 0,10+/-+/-0,05 0,05+/-+/-0,05 0,05100.00+/-100.00+/-0,05 0,05+/-0,05 0,30Примечание к табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
