Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Общая физика
Посмотреть оригинал

Нейтронно-активационный анализ

Физические основы нейтронного активационного анализа (НАА)[1] и РФА соотносятся примерно так же, как ЯМР и ЭПР соответственно. Если в методе РФА характеристическое излучение возникает при электронных переходах, то НАА представляет собой ядерно-физический метод исследования элементного (и изотопного) состава вещества, основанный на анализе -/-излучения, присущего конкретному радиоизотопу и возникающего в результате ядерных реакций, происходящих в исследуемом образце при облучении его нейтронами (медленными или быстрыми с энергиями 1—6 МэВ). Объектами исследования могут быть образцы, содержащие практически все элементы, а чувствительность НАА по некоторым элементам может достигать ~10 массовых процентов.

При этом в зависимости от объекта исследования способ активации образца происходит в ядерном реакторе (здесь достигается наибольшая плотность потока нейтронов), генераторе нейтронов (для легких элементов, О, N и F, например), с помощью радионуклидного источника или циклического ускорителя (в частности микротрона, подходящего даже для небольших лабораторий)[2]. Измерение наведенной гамма-активности (энергии и интенсивности у-излучения) пробы проводится на многоканальных спектрометрах с полупроводниковыми (изготовленными преимущественно из особо чистого германия) детекторами. В отдельных случаях для измерения малоинтенсивных потоков гамма-квантов применяются сцинтилляционные детекторы на основе кристаллов Nal (Т1) (активированных таллием). На рисунке 11.16 приведен низкоэнергетический фрагмент характерного НАА-спектра геологического образца. Интенсивность наблюдаемых в спектре пиков соответствует количественному содержанию в образце данного изотопа (символ изотопа у соответствующего пика на рисунке), а его положение на спектрограмме (в условных номерах канала спектроанализатора) — энергии у-излучения (числа под символами элементов — энергия соответствующей спектральной линии в кэВ).

Количество N зарегистрированных спектрометрическим трактом в процессе НАА-анализа импульсов, соответствующих у-излучению исследуемого изотопа при постоянном потоке облучения, определяется формулой

где С — константа, зависящая от особенностей экспериментальной установки (также и от характеристик активации и квантового выхода регистрируемого излучения, атомной массы и распространенности в природе данного изотопа); т — масса определяемого элемента; ^.-постоянная — константа, пропорциональная обратному периоду полураспада изотопа; /0бл — время облучения пробы; /ост — время выдержки («остывания») пробы перед началом измерения; /изм — время измерения.

Фрагмент НАА-спектра рудного образца

Рис. 11.16. Фрагмент НАА-спектра рудного образца

Из соотношения (11.9) видно, что при известных условиях и параметрах опыта (С, /0бл, /ост, /изм, Я.) по зарегистрированному числу импульсов N можно определить массу т изотопа, содержащегося в пробе.

Другим распространенным способом определения количества т изотопа в образце НАА является метод сравнения с эталоном, когда анализируемая проба облучается и измеряется ее гамма-активность в одинаковых условиях с образцом-эталоном, содержащим известное количество /иэт анализируемого изотопа. При этом отношение чисел зарегистрированных импульсов, соответствующих излучению образца (N) и эталона (JVOT) (также и скоростей счета — числа соответствующих импульсов в единицу времени) оказывается

т.е. отношению масс образца и эталона. Таким образом, масса т изотопа в исследуемом образце определяется из простой пропорции (11.10)[3].

Из соотношения (11.9) также следует, что интенсивность регистрируемого излучения убывает с ростом времени от завершения облучения до начала измерения, поэтому анализ по короткоживущим нуклидам (изотопы с малым периодом полураспада — от секунд до минут) обычно выполняется на НАА-спектрометрах, расположенных в непосредственной близости от реактора (источника облучения) или прямо в его рабочих каналах, где размещаются пробы и устанавливаются детекторы излучения. Анализ на долгоживущие (период полураспада, составляющий часы, дни и более) изотопы возможен в «отложенном» режиме в удаленных от источника заводских и исследовательских лабораториях. Разнесенный во времени анализ активированной пробы позволяет подобрать оптимальный режим измерения, когда мешающий фон излучения от сопутствующих короткоживущих нуклидов уменьшается до приемлемого уровня.

  • [1] Метод НАА был впервые предложен венгерскими химиками Д. Хевеши и Г. Леви в 1936 г.
  • [2] Специально для активационного анализа на заряженных частицах (одна из разновидностей активационного анализа) разработаны ускорители заряженных частиц — циклотроны с энергиями от 1 до ~30 МэВ.
  • [3] На практике ситуация оказывается, конечно, сложнее рассмотренной упрошеннойсхемы и требует учета «матричного эффекта», т.е. влияния на гамма-активность пробыобщего элементного состава пробы, вторичного возбуждения от присутствия в ней других радиоактивных изотопов, влияния геометрических факторов и др.
 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы