Файл: Мюллер Г. Специальные методы анализа стабильных изотопов.pdf

Основными при этом являются образование изотопа 13N и соот­ ветствующий вклад этого изотопа в аннигиляционное излучение с энергией 0,51 Мэв. Активность, обусловленная изотопом 13N,

учитывается экстраполяцией зависимости A=f ( t ) , где А — ско­ рость счета, к моменту ^= 0 (рис. 11.3). В значительно меньшей степени измеренная активность 17F искажена побочной реак­ цией 160 (р, y)17F- По этой причине чувствительность определе­

ния концентрации дейтерия ограничена значением 15 м г ■атом (рис. 11.4). При более высоких концентрациях дейтерия наблю­ дается линейная зависимость скорости счета от содержания D2O при соблюдении постоянства веса анализируемых проб.

Стандартное отклонение, характеризующее общую точность ме­ тода, составляет ±0,5%.

Еще один метод определения содержания дейтерия в воде, предложенный в работе [38], состоит в облучении пробы быст­ рыми нейтронами и измерении выхода протонов и дейтонов отдачи. Отношение их выходов пропорционально изотопному составу анализируемого образца.

11.3. Изотоп 6Li

Природный литий состоит из двух стабильных изотопов — 6Li и 7 Li. Из них менее распространенный изотоп 6Li обладает

очень высоким сечением поглощения тепловых нейтронов (930 барн). Поэтому реакция 6 Ід(д, ^)4Не, сопровождающая

процесс поглощения нейтронов, пригодна для изотопного ана­ лиза лития. Продукты реакции можно регистрировать непосред­ ственно (тритоны или а-частицы) или с помощью дополнитель­ ных реакций под действием тритонов. В работе [39] описан очень простой метод определения изотопного состава лития, основан­ ный на измерении почернения фотослоя под воздействием три­ тонов и а-частиц. Для этой цели используют фотопластинки, сенсибилизированные к ядерным излучениям. Методика анализа состоит в следующем.

Анализируемую пробу прежде всего переводят в негигроско­ пичное соединение (например, карбонат). Слой сухого порошка, ограниченный небольшим металлическим кольцом, наносят не­ посредственно на эмульсионный слой пластинки и облучают тепловыми нейтронами. Возникающие в процессе облучения три­ тоны и а-частицы вызывают почернение фотопластинки.

Такая методика анализа особенно полезна при работе с малыми активностями, так как в этом случае погрешность фотометрирования меньше статистической погрешности счета импуль­ сов. Для анализа достаточно 10 мг ІЛ2СО3. При этом обработка

результатов измерений может уже производиться в приближе­ нии «бесконечно толстого слоя». Относительная погрешность анализа согласно данным работы [39] равна ±3% для интервала концентраций 7,4— 17,4 ат.% 6 Еі. Этот же метод можно исполь­

285

зовать для определения содержания изотопа 10В. К достоинствам

метода относится возможность анализа при наличии источника нейтронов .малой интенсивности.

В качестве источников активации может быть использована либо реакция бериллия с дейтонами 9 Ве(с?, я )10В, либо

Ро—Be-источник, тогда как Ra—Be-источник непригоден из-за сильного у-излучения. Следует заметить еще, что почернение фотослоя является неспецифическим сигналом, и поэтому перед проведением анализа должна быть обеспечена высокая хими­ ческая чистота анализируемой пробы.

Процедура фотометрического расчета довольно утомительна н от нее можно отказаться, если достигнута достаточно высокая скорость счета от образца. Так, Каплан и Вильцбах [40] облу­ чали разбавленный водный раствор Li2 SC>4 в реакторе в течение

двух недель, в результате чего из пробы было выделено значи­ тельное количество трития. Активность газообразной фазы из­ меряли в ионизационной камере. Поскольку в данном случае отсутствовали дополнительные источники погрешностей, а боль­ шой период полураспада трития позволял измерять активность в течение длительного времени, точность была довольно высо­ кой (погрешность равна ± 1 %). Аналогичные результаты были

получены также в работе [41].

В работе [42] для регистрации трития был использован сцинтилляционный детектор. С этой целью литий из водных растворов выделяли в виде LiF. На глазированный слой LiF накладывали прозрачный экран, покрытый сульфидом цинка. Под литиевой мишенью располагали Ra—Be-источник нейтро­ нов, а над мишенью помещали фотоумножитель, который регист­ рировал сцинтилляционные вспышки света в ZnS-экране, вызы­ ваемые тритонами. Влияние у-квантов на результаты измерений устранялось дискриминацией. Аналогичный прием был исполь­ зован также в работе [38] для счета а-частиц при анализе бора

иурана.

Вцелях повышения экспрессное™ определения содержания изотопа 6Li могут использоваться некоторые последовательно

собны вызывать в кислородном окружении реакцию 160(7, « )18F

(о = 0,5 барн), результатом которой является образование пози­ тронного излучателя 18F с периодом полураспада 112 мин. Аннигиляционное излучение этого изотопа может быть зареги­ стрировано и измерено уже описанным выше сцинтилляционным методом. Основными источниками погрешностей являются дру­ гие позитронные излучатели в пробе и каскадные процессы в схеме у-распада изотопа 18F.

В работе [43] описана методика определения содержания 6Li путем облучения чистого Li2C 03 в реакторе, имеющем плотность потока нейтронов 4 -1011 нейтрон/(см2-сек) . Относительная по­

286

грешность составляет ± 3 —4%. Граница обнаружения малых количеств 6Li равна ІО“3— 1СИ мг. Масса пробы (40 мг Ьі2 С 03)

превышала рекомендованную в работе [39]. Самоэкранирование, т. е. ослабление нейтронного потока в области расположения пробы при ее активации, становится в таких условиях особенно заметным при анализе проб с высоким содержанием 6Li и про­ является в систематическом занижении удельной скорости счета. Для устранения этого эффекта рекомендуется применять изотоп­ ное разбавление анализируемых проб.

Колеман [44] и Винчестер [45] аналогичным образом опре­ деляли содержание 6Li из навески пробы, содержащей 5 мг лития. Относительная погрешность равна ± 2 %. С целью устра­

нения эффекта самопоглощения облучение водного раствора гидроокиси лития в реакторе проводили в тонких трубках. Дли­ тельность облучения составляла 30 мин при плотности нейтрон­ ного потока ІО12 нейтрон/(см2 • сек). Концентрация 6Li в растворе

поддерживалась ниже 0,1 г-атом/л. По окончании облучения оп­ ределенное количество раствора наносили на фольгу, подсуши­ вали и измеряли активность сухого остатка. Общее содержание лития определяли путем микротитрования. Отмечено влияние некоторых примесей на результаты измерений. В частности, ана­ лизируемые пробы не должны содержать примесей меди, по­ скольку при облучении одновременно образуется посторонний позитронный излучатель 64Си.

Та же самая последовательность ядерных реакций была ис­ пользована в работе Аумана и Борна [46] для определения общего содержания лития. Поскольку в этом случае задача со­ стоит в определении примесей лцтия в различных материалах, то вопросы присутствия других нуклидов, способных к образо­ ванию позитронных излучателей, приобретают первостепенное значение. Так, заметные искажения результатов анализа могут быть вызваны реакциями изотопа 180 с быстрыми нейтронами

и протонами отдачи, конечным продуктом которых является

также изотоп фтора 18F: 180(р , л )18F, 180(я , у )190-^-|9Р(л, 2n)18F.

Кроме того, выход изотопа 18F в основной аналитической реак­ ции зависит от длины свободного пробега тритонов в анализи­ руемом образце и от плотности упаковки атомов кислорода 160

в различных материалах (матричный эффект). Разумеется, все перечисленные факторы становятся несущественными, когда соблюдается постоянство химического состава анализируемых образцов, а облучение проводится в однородной среде.

В работе [47] для измерений концентрации 6 1л использовалась реакция тяжелого изотопа кислорода 180 с тритонами: i80(t, a )17N. Образующийся изотоп азота 17N неустойчив и после

ß-распада (т і /2 = 4,14 сек) превращается в изотоп кислорода 170 , который также малостабилен и мгновенно испускает ней­ троны, образуя изотоп кислорода 160. Интенсивность излучения

287

нейтронов пропорциональна, таким образом, количеству обра­ зовавшихся ядер изотопа 17N. Методика анализа состоит в сле­

дующем.

Анализируемую пробу литиевой соли растворяют в 5 мл воды и, как обычно, помещают в полиэтиленовой капсуле в реактор для облучения. Через 20 сек капсулу возвращают в исходное положение для измерений и спустя 5 сек начинается автомати­ ческий счет нейтронов. Условия облучения выбраны таким обра­ зом, чтобы ß- и у-активности препарата поддерживались на низком уровне и не могли существенно влиять на результаты измерений, а выход нейтронов был бы близким к условиям насыщения. При продолжительности счета 25 сек и с учетом поправки на самопоглощение замедленных нейтронов эффектив­ ность счета равна 3093±88 имп/мг 6 Li. Поправка холостого

■опыта составляет 70 имп. Результаты измерений некоторых об­ разцов с различным содержанием 6Іл приведены в табл. 1 1. 1.

Однако если учесть, что длительность анализа весьма невелика, то такую же точность измерений можно обеспечить и для зна­ чительно меньших количеств лития путем повторных облучений образца и измерений его активности. Это же замечание в рав­ ной степени относится и к оценке нижней границы определяемой концентрации 6 Li. В случае пятикратного облучения образца

данная методика позволяет определить 10 мкг 6Li с погреш­ ностью ±10%. Кроме того, применяя для анализа воду с обо­ гащенным содержанием изотопа 180 , можно повысить скорость

счета и, следовательно, увеличить чувствительность и точность определений содержания 6Li [48].

Экспериментальная погрешность, обусловленная флуктуа­ циями мощности реактора или выхода фотонейтронов, является несущественной в этих условиях. Напротив, при проведении ана­

288