Файл: Кузнецов, Р. А. Активационный анализ.pdf

важное значение имеют и такие характеристики источника, как стабильность плотности потока и его энергетического спектра во времени, величина градиента, возможность транспортировки, безопасность эксплуатации и т. д. Немалую роль играют и та­ кие факторы, как сложность обслуживания и доступность для отдельных аналитических лабораторий.

Радиоизотопные источники. Это малоинтенсивные и сравни­ тельно доступные источники, в которых плотность потока ней­ тронов обычно не превышает 105 нейтрон/(см2--сек). Подробные сведения об основных технических характеристиках радиоизо­ топных источников, а также наиболее важные данные по их

радиоизотопы естественных радиоактивных семейств и некото­

малым пробегом а-частиц в веществе такие источники обычно приготавливают путем тщательного перемешивания порошкооб­ разных препаратов а-излучателя и бериллия. Приготовленную таким образом смесь помещают в герметичную стеклянную или металлическую ампулу, объем которой рассчитан на выделение гелия. Выход нейтронов, а также в какой-то степени и энергети­ ческий спектр (а, п)-источников зависят от способа его приго­ товления. Недостаток некоторых радиоизотопных источников (Ra—Be, Ac—Be) состоит в высоком уровне жесткого уизлучения, что несколько осложняет проблему защиты от излучения.

63

Энергетические спектры (а, п)-источников мало отличаются друг от друга и обычно имеют сплошное распределение с мак­ симумом в области 4—6 Мэе. Основная масса нейтронов заклю­ чена в интервале 1—8 Мэе.

Источники нейтронов, основанные на реакции (у, п), исполь­

связи нейтрона в ядре. Поэтому для фотонейтронных источников необходимо использовать жесткие у-излучатели. Среди стабиль­ ных изотопов наименьшими значениями энергии связи нейтрона отличаются 9Ве (1,67 Мэе) и 2Н (2,23 Мэе). Эти элементы обычно используют для приготовления фотонейтронных источников.

Фотонейтронные источники получают, помещая у-актнвный препарат внутрь цилиндра или шара из бериллия, или в рас­ твор тяжелой воды. Интенсивность фотонейтронного источника определяется мощностью источника у-излучения и толщиной слоя вещества мишени. Особенность фотонейтронных источников состоит в том, что они в основном монохроматические и имеют

энергию нейтронов в области десятков и сотен килоэлектрон­ вольт.

В табл. 3 отмечен только 124Sb—Be-источник, так как его применяют чаще, чем другие фотонейтронные источники. Одна­ ко короткий период полураспада и необходимость мощной

защиты от у-излучения — серьезные недостатки этого источ­ ника.

Как источник нейтронов 252Cf отличается весьма благоприят­ ными параметрами. Средний период полураспада, высокий вы­ ход, низкая интенсивность сопровождающего у-излучения и ма­ лые размеры активного вещества выделяют этот источник среди других изотопных источников. Однако 252Cf пока относительно дорог, и его получают в ограниченных количествах. Как следует из изложенного выше, большинство радиоизотопных источников непосредственно испускают быстрые или промежуточные нейт­ роны. Для получения тепловых нейтронов источник необходимо поместить внутрь какого-либо замедлителя. При конструирова­ нии систем для активационного анализа в качестве замедлителя обычно используют парафин и очень редко воду.

Быстрые нейтроны при прохождении через замедлитель те­ ряют энергию в результате упругих и неупругих столкновений с ядрами замедлителя. Поэтому по мере продвижения потока нейтронов в замедлителе быстро возрастает доля медленных нейтронов и уменьшается доля быстрых. Следовательно, наи­ больший поток быстрых нейтронов находится в непосредствен­ ной близости от источника, а максимальный поток тепловых нейтронов — на некотором оптимальном расстоянии от источни­

64

ка, которое зависит от типа замедлителя и начального энергети­ ческого спектра нейтронов. Например, для Ra—Ве-источника, помещенного в воду, поток тепловых нейтронов имеет макси­ мальную плотность на расстоянии 4—5 см от источника.

Схема устройства, предназначенного для активационного анализа с источником нейтронов небольшой интенсивности, при­

Рис. 9. Схема устройства для облучений с радиоизотопным источником нейтронов:

быстрых и медленных нейтронов проводят в центральном ка­ нале. На некотором расстоянии от центрального канала по ок­ ружности располагают каналы для облучения тепловыми нейт­ ронами. Иногда в системе предусматривают специальный канал, стенки которого выложены кадмием (Cd-канал). Этот канал располагают как можно ближе к источнику. Поскольку кадмий поглощает все тепловые нейтроны, активация элементов проис­ ходит под действием нейтронов с энергией выше 0,4 эв.

Недостатком рассмотренной системы для облучения яв­ ляется большой градиент потока нейтронов в каналах. Поэтому для точных определений необходимы эталоны, имеющие те же состав и объем, что и анализируемые пробы. С помощью не­ скольких радиоизотопных источников, располагаемых опреде­ ленным образом вокруг центрального канала, можно получить систему с более однородным потоком нейтронов. Плотность по­ тока тепловых нейтронов в целом довольно низка и в некоторой степени зависит от устройства системы ддя облучений. Ориен­ тировочно можно указать, что получающаяся плотность обычно на 2—3 порядка меньше интенсивности источника. При облуче-3

ниях быстрыми нейтронами можно получить более высокие значения плотности потока, так как пробу можно поместить ближе к источнику, но градиент при этом возрастает.

Изотопные источники находят некоторое аналитическое при­ менение, однако из-за низкой плотности потоков нейтронов ме­ тоды определения с их помощью имеют низкую чувствитель­ ность (более 0,1%) и ограничиваются элементами с наиболее высокими сечениями активации. По этой причине радиоизотоп­ ные источники обычно применяют для экспрессной инструмен­ тальной оценки содержания макроколичеств благоприятных элементов.

Особый интерес вызывает применение изотопных источников для решения некоторых геологических задач [75]. Подобные исследовайия всегда требуют проведения массовых анализов проб с достаточной точностью и по возможности наиболее быстрыми методами. Следует также отметить использование изотопных источников для каротажных исследований скважин.

Повышение интенсивности изотопных источников представ­ ляет большой интерес, и в этом направлении достигнуты неко­ торые успехи. Так, облучение в реакторах большой мощности позволяет получать препараты 124Sb с высокой удельной актив­ ностью и большой суммарной активностью. Собранное на основе такого препарата устройство может обеспечить поток тепловых нейтронов средней интенсивности [76].

Основу конструкции составляет диск из бериллия. В отвер­ стиях этого диска, расположенных по окружности относительно центрального канала, помещают ампулы с радиоизотопом 124Sb. При общей активности 1000 кюри в центральном канале объемом 35 смъ получается поток тепловых нейтронов плот­ ностью до 1• 108 нейтрон!(см2-сек). В центральном канале плот­ ность потока меняется на ± 1 % в вертикальном направлении и ±4% по горизонтали. Это наиболее дешевый источник с такой плотностью потока тепловых нейтронов. Конечно, такой источ­ ник требует громоздкой защиты из-за высокой интенсивности у-излучения, но все же главный его недостаток состоит в отно­ сительно коротком периоде полураспада 124Sb, что требует по­ стоянных усилий на проведение повторной активации сурьмы. Спад интенсивности составляет 1,2% за 24 ч. Развитие ядерной энергетики и технологии привело к получению в значительных количествах ряда трансурановых элементов, отдельные радио­ изотопы которых обладают весьма благоприятными параметра­ ми для приготовления радиоизотопных источников средней ин­ тенсивности. Так, приготовлен 244Сш — Be-источник, который содержит 0,63 кюри [77]. Этот источник имеет интенсивность нейтронного излучения 1,25 -108 нейтрон/сек. Видимо, будут до­ ступны и более интенсивные источники, поскольку ожидается,

66