Файл: Рачинский, В. В. Курс основ атомной техники в сельском хозяйстве учебное пособие.pdf

1. Радиометрическим методом определяют активность како­ го-либо дочернего изотопа, входящего в состав ряда, а затем по уравнениям кинетики радиоактивного распада радиоактив­ ных семейств рассчитывают активность других изотопов радио­ активного семейства и далее по закону радиоактивного распада [см. формулу (3.39)] рассчитывают массу радиоактивного изо­ топа данного элемента в образце.

2. С помощью различных методов предварительно выделя­ ют радиоактивный элемент (это может быть смесь естествен­ ных радиоактивных изотопов), а затем методом радиометри­ ческого анализа определяют их активность и рассчитывают массу по закону радиоактивного распада. В этом случае опре­ деляют содержание данного радиоактивного изотопа, измеряя активность дочернего продукта. Например, содержание 226Ra в урановых рудах, грунтах и почвах можно определить по реги­

Зная абсолютную активность 226Ra, по формуле (3.39) рассчи­ тывают массу 226Ra.

Приведем другой пример использования явления естест­ венной радиоактивности и для определения содержания элемен­ тов. В состав естественной смеси изотопов калия входит естест­ венный радиоактивный изотоп калия 40К, являющийся источ­ ником жесткого (3- и у-излучения. По регистрации его актив­ ности можно определить содержание элемента калия.

позволяет определить среднее содержание калия в почвогрунтах с самолета.

В лабораторных условиях содержание калия в почве или удобрениях удобнее определять по [3-излучению 40К.

167

Рассчитаем число распадов 1 г калия в минуту. Удельную активность 40К определяют по формуле

Удобнее определять содержание калия, сравнивая активность данного образца с активностью эталона калия. В качестве эталона можно использовать навеску хлористого калия. Так как в хлористый калий входит по массе 52,4% калия,

В пересчете на К2О удельная активность

Если абсолютная p-активность анализируемой пробы, содержа­ щей калий, равна Л, то содержание калия в ней

Пользуясь (6.13), можно выразить содержание калия в грам­ мах КгО.

При использовании эталона калия (препарат КС1) измеряют относительную активность эталона и анализируемой пробы. Пусть эталон содержит массу калия т эт [г] и его зарегистриро­ ванная активность составляет Лэт [имп/мин]. Если активность пробы равна Лпр [имп/мин], то

Можно построить градуировочный график зависимости активности от содержания калия в наборе эталонов и содер­ жание его определить по градуировочному графику. В почвах в среднем содержится 2% КгО, что соответствует удельной р-активности почвы примерно 27 р-распад/{мин-г), или

168

10~8 кюри/кг. Для измерения такой низкой удельной активности с достаточной статистической погрешностью необходимо при­ менять установки с высокой чувствительностью к удельной активности — малофоновые установки.

На погрешность измерения калия в почвогрунтах может повлиять присутствие конкурирующих активностей других изотопов (естественных радиоактивных изотопов и радиоактив­ ных загрязнений — 90Sr, 137Cs, 144Се и др.). Если примесь дру­ гих изотопов незначительна или ею можно пренебречь, то в этом случае с успехом можно использовать радиометрический метод определения калия в почвогрунтах. Этот метод обеспечивает погрешность определения порядка 10% при длительности изме­ рения 1 ч. Для калийных удобрений эта же погрешность может быть достигнута за время измерения 15—20 мин. Отсюда ясны преимущества радиометрического анализа по сравнению с хи­ мическим анализом почв и удобрений на содержание калия.

Активационный анализ. При облучении материалов эле­ ментарными частицами или потоками ядер с энергиями, доста­ точными для осуществления ядерных реакций, в них в резуль­

в анализируемом материале. Регистрация активности радио­ активных изотопов, измерение их периода полураспада, опре­ деление вида и энергии излучения позволяют качественно и количественно идентифицировать элементы, содержащиеся в анализируемом материале. В этом и заключается сущность активационного анализа. С технической точки зрения актива­ ционный анализ сводится к облучению материала частицами и анализу состава и активности радиоактивных изотопов, обра­ зующихся в процессе облучения.

Как правило, в активационном анализе используют относи­ тельный, или эталонный метод количественного анализа. Он

,заключается в том, что в одинаковых условиях облучают известные массы определенных элементов (эталонов) и анали­ зируемый материал. Активность эталонов и анализируемого материала измеряют в одинаковых, стандартных условиях. Тогда массу определяемого элемента в образце можно рас­ считать по уравнению:

тх _ Ах

(6.16)

т у!ут

где тх и /пэт — масса элемента в анализируемом образце и в эталоне; Ах и Аэт — соответствующая активность образца и эталона.

Из (6.16) получаем

169

Для увеличения точности анализа предварительно произво­ дят химические разделение элементов, входящих в состав мате­ риала, на более узкие группы или осуществляют их полное разделение. Для этого используют методы разделения препа­ ративной радиохимии (см. гл. 3).

Для активации можно использовать любые потоки частиц и соответственно любые ядерные реакции, приводящие к об­ разованию радиоактивных изотопов. Обычно методы актива­ ционного анализа классифицируют по типам частиц, использу­ емых для облучения. В соответствии с этим различают, напри­

протонами, дейтронами, ядрами 3Не, 4Не и др.

Важнейшими достоинствами активационного анализа явля­ ются: экспрессность и высокая чувствительность радиоактивной индикации, позволяющая определять ультрамикроколичества вещества; возможность анализа определяемых элементов в присутствии других элементов и возможность осуществления полной автоматизации анализа.

Общая схема системы установок и аппаратуры для актива­

варительного разделения элементов, входящих в состав мате­ риала (препаративную радиохимическую аппаратуру); 4) си­

систему, позволяющую осуществлять автоматическую перера­ ботку информации от ядернофизических и радиометрических устройств и выдачу готовых результатов анализа.

Наибольшее распространение получили методы нейтронного активационного анализа. Активация материалов в этом слу­ чае производится потоком нейтронов. При взаимодействии нейтронов с ядрами могут возникать следующие ядерные про­ цессы и реакции: 1) реакция захвата нейтронов (п, у); 2) неуп­ ругое рассеяние нейтронов (п, п); 3) ядерная реакция с выле­

ческое у-излучение. По спектру этого излучения можно иденти­ фицировать и производить количественный анализ элементов. Такой анализ можно осуществлять только в процессе облуче­

170