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

ния материала нейтронами, так как время нахождения ядер в возбужденных изомерных состояниях очень мало (<10 _9т с ) .

Ядра, испытав изомерные переходы, становятся менее воз­ бужденными с большим временем жизни (образуются, как пра­ вило, радиоактивные изотопы). Дальнейшие переходы, веду­ щие к снятию возбуждения ядер радиоактивных изотопов, происходят по типу р~-распада, чистого или с последующими новыми изомерными переходами и испусканием характеристиче­ ского у-излучения. По этим (3- и у-излучениям можно также про­ изводить идентификацию и количественный анализ элементов.

При неупругом рассеянии нейтронов захвата не происходит, а лишь часть энергии расходуется на возбуждение ядер, кото­ рые затем через изомерные переходы с испусканием у-излуче- ния переходят вновь в основное состояние. у-Спектры испуска­

к образованию радиоактивных изотопов с дефицитно-нейтрон­ ными ядрами, испытывающими |3+-распад.

Реакции деления ядер под действием нейтронов (такие реакции происходят на тяжелых ядрах) пока мало исполь­ зуются в активационном анализе.

Каждый из процессов активации ядер под действием нейтронов характеризуется эффективным сечением взаимодей­ ствия (см. гл. I), зависящим от энергии нейтронов.

Источники нейтронов удобно классифицировать по величине создаваемого ими потока. Обычно выделяют три группы источ­ ников нейтронов: 1) мощностью или выходом <105 нейтрон/сек; 2) средней мощностью 105— 1010 нейтрон/сек\ 3) большой мощ­ ностью 1010 нейтрон/сек.

Маломощными источниками нейтронов являются ампульные источники, которые представляют собой ампулы, содержащие смесь a-активного изотопа с бериллием: под действием а-частиц на бериллии идет реакция 9Ве(а, п )12С. В табл. 6.1 приведена

Т а б л и ц а 6.1

Х а р а к т е р и с т и к а а м п у л ь н ы х и ст оч н и к ов н ей тр о н о в

171

характеристика применяемых в настоящее время ампульных источников нейтронов. С точки зрения радиационной безопас­ ности предпочтительнее источники, обусловливающие наимень­ ший выход у-излучения.

Все ампульные источники нейтронов испускают быстрые или средние нейтроны. Для получения медленных нейтронов источник следует помещатьвнутрь какого-либо замедлителя (парафин, воду и т. п.). Схема нейтронного источника, приме­ няемого в активационном анализе, показана на рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема ампульного источника нейтронов:

используют главным образом для экспрессной оценки содержа­ ния микроколичеств некоторых элементов (Ag, Rh, Eu, Dy, Mn, Br, J, Hf, Zr и др.). Можно, например, определять Si, А1 и Мо в почвах.

Более мощные источники нейтронов — специальные нейтрон­ ные генераторы. Это ускорители заряженных частиц, чаще

большие габариты и возможность транспортирования, относи­ тельно высокий выход нейтронов, возможность значительного повышения чувствительности и точности активационного ана­

172

необходимой для проведения анализа. Такие установки позво­ ляют автоматизировать процессы анализа почв, растительных материалов и удобрений в агрохимической службе.

Перспективы метода автоматического активационного ана­ лиза для сельскохозяйственного производства трудно переоце­ нить. С течением времени метод автоматического активацион­ ного анализа вытеснит трудоемкие методы химического анализа, и задача химиков будет заключаться главным образом в подготовке проб к анализу и проведении исследований хими­ ческих процессов. С помощью активационного анализа опреде­ ляют содержание химических элементов в образце. Подвергая активационному анализу различные вытяжки, экстракты из почв, растений и удобрений, определяют также и содержание под­ вижных форм питательных элементов в указанных объектах.

Разрешающая способность лучших образцов современной ядерноспектральной и радиометрической аппаратуры позво­ ляет проводить одновременно анализ 10—20 химических эле­ ментов в анализируемом материале.

Мощными источниками нейтронов являются ядерные реак­

материала ввести нейтронный ампульный источник.

В зависимости от энергии нейтронов различают три разно­ видности нейтронного активационного анализа: активационный анализ на тепловых, резонансных и быстрых нейтронах. Наиболее широкое применение получил нейтронный актива­ ционный анализ на тепловых нейтронах: протекает реакция типа (п, у). Это обусловлено тем, что он позволяет определять содержание большинства химических элементов (можно вести анализ 74 элементов), обеспечивая исключительно высокую чувствительность анализа. Этот метод не применим или мало

меньшее распространение из-за трудности получения достаточ­ ных потоков нейтронов с заданной резонансной энергией. В агрохимических исследованиях этот метод может быть использован для определения некоторых микроэлементов, например марганца и молибдена в присутствии значительных количеств натрия и хлора.

173

энергии указанные типы ядерных реакций возможны почти для всех элементов. В связи с этим активационный анализ на быстрых нейтронах приобретает все более универсальный ха­ рактер по сравнению с активационным анализом на медленных нейтронах. Оказалось возможным успешное проведение анализа на быстрых нейтронах для легких элементов, в частности кислорода. Однако активационный анализ на быстрых нейтро­ нах менее чувствителен, чем на тепловых.

Следует отметить, что вообще чувствительность активацион­ ного анализа зависит от многих факторов (плотности потока частиц, сечения активации, эффективности регистрирующей

рой в течение 150 или 1 ч дает 10 распад/сек. Результаты рас­ чета приведены в табл. 6.2. Они наглядно иллюстрируют значи­ тельно более высокую чувствительность нейтронного активаци­ онного анализа по сравнению с другими методами химического анализа (микрохимического, оптического и даже масс-спектро- скопического). Погрешность нейтронного активационного ана­

установлено достаточно точно. Высокая стоимость нейтронных

ядерный метод, основанный на активации заряженных частиц, менее универсальны. Поэтому на них мы не останавливаемся. Отметим лишь, что иногда эти методы обеспечивают большую чувствительность анализа и удобства определения, чем метод нейтронного активационного анализа. Например, при у-ак- тивационном анализе достигается большая чувствитель­ ность определения кислорода, чем при нейтронном активацион­ ном анализе. В качестве источника у-фотонов используют: тор­ мозное излучение электронных ускорителей и реакцию 160(у , п) ,5О(Р+,7У2=2,02 мин). Погрешность определения кис­ лорода около 10_4%.

Другой пример. Очень высокая чувствительноть опреде­ ления бора (10_7%) была достигнута при использовании про­ тонов с энергией 20 Мэе по реакции 11В(р, я )иС.

174

Методы анализа, основанные на взаимодействии излучений с веществом. К этой группе ядернофизических методов относят­ ся довольно разнообразные методы по физической сущности происходящих процессов.

На явлении резонансного поглощения нейтронов основан

175