ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 0
раиичениями, значительная доля которых обусловлена несовер шенством источников нейтронов или измерительных устройств, а определенная часть имеет принципиальный характер. Обсуж дению некоторых из этих проблем посвящен следующий па раграф.
Заслуживает внимания и вопрос о форме уравнения актива ции, поскольку приведенное ранее уравнение (2.23) справедливо для моноэнергетического излучения, а реальный спектр тепло вых нейтронов охватывает широкую область энергий, следуя распределению Максвелла. Так как сечение реакции (п, у) так же зависит от энергии нейтронов, то в уравнении активации произведение Фаакт должно быть заменено интегралом
со |
|
|
|
Сф (£„)°гакт (En)dE, |
|
(4.1) |
|
6 |
|
|
|
где Ф{Еп) — энергетическая |
зависимость |
плотности |
потока |
нейтронов; оакт(Еп) — функция |
возбуждения реакции. |
Приво |
|
димые в справочниках сечения |
активации |
02200 соответствуют |
наиболее вероятной энергии нейтронов (при нормальной темпе
ратуре 0,025 эв, |
что |
соответствует |
скорости нейтронов |
2200 м/сек). |
|
|
|
Можно показать, |
что |
интеграл (4.1) |
для реакции, сечение |
которой следует закону l/v, равен произведению Фтсг22оо, в кото ром Фт = птсг22оо, где ят — общая плотность тепловых нейтронов. Это означает, что по числу происходящих взаимодействий поток нейтронов с распределением Максвелла равноценен моноэнергетическому потоку нейтронов с энергией 0,025 эв, но с той же общей плотностью нейтронов. Для тех немногих ядер, у которых сечение реакции не подчиняется закону l/v, интеграл (4.1) за меняется произведением ФтОггооё', где g — коэффициент, учиты вающий степень этого отклонения [95].
Как было отмечено ранее, поток тепловых нейтронов, полу ченный замедлением быстрых нейтронов, обычно сопровож дается потоком резонансных нейтронов. Последние тоже дают некоторый вклад в реакцию радиационного захвата, и поэтому для расчета наведенной активности следует применять эффек тивное сечение активации:
|
|
а эФФ = °22оо + |
• А ь |
|
( 4 . 2 ) |
, |
„ |
|
„ |
т гст (Е) dE |
|
где Iр — резонансный |
интеграл, определяемый |
как /р== \ |
-------- . |
||
|
|
|
|
. I |
Е |
|
|
|
|
0,4 |
эв |
Для определения отношения Фр/Фт достаточно измерить кадмиевое отношение для какого-либо элемента (детектора) с известными 02200 и /р. Кадмиевое отношение рассчитывают по
79
активации небольшого количества этого элемента при облуче нии в фильтре из кадмия (толщиной 0,5—1 мм) и без него. Оче видно, что в отсутствие кадмия активация элемента происходит при участии тепловых и резонансных нейтронов, а с фильтром — только при участии последних, так как фильтр из кадмия пол ностью поглощает все нейтроны с энергией менее 0,4 эв.
На основании облучения и последующего измерения актив ности имеем
Led = |
Ф тСГ220о Ч~ Фр^р |
(4.3) |
|
Фр/р
где Led — кадмиевое отношение; Лт и Ар — активность радио изотопа, обусловленная соответственно действием тепловых и резонансных нейтронов.
Из уравнения (4.3) видно, что кадмиевое отношение зависит от чувствительности детектора к тепловым 02200 и резонансным /р нейтронам и поэтому оказывается неодинаковым у разных детекторов.
Если кадмиевое отношение определено экспериментально, то при известных 02200 и /р отношение плотностей потоков тепло вых и резонансных нейтронов можно рассчитать по уравнению
Фг. |
— (LCd — 1). |
(4.4) |
|
фр |
|||
ст2200 |
|
Для подобных определений очень удобны детекторы, у кото рых сечение радиационного захвата подчиняется закону 1/v. Соответствующий расчет показывает, что для таких детекторов отношение сг22ооДр= 2, поэтому
(4.5)
Кадмиевое отношение внутри активной зоны графитового или тяжеловодного реактора для детекторов типа l/v равно при мерно 33, что соответствует отношению Фт/Фр=16.
Очень часто кадмиевое отношение для используемых условий облучения определяется по активации золота. Можно подсчи тать, что для отмеченных выше условий кадмиевое отношение золота будет равно 2. Кадмиевое отношение для других детек торов можно выразить через кадмиевое отношение золота:
Lea •= 1 + (Lee - l) - f f 800 |
(4.6) |
^pa 2200
где один штрих в индексе относится к золоту, а два штриха — к другому элементу.
80
Активационный анализ на резонансных нейтронах
Активационный анализ на резонансных нейтронах имеет много общего с активационным анализом на тепловых нейтро нах, так как в обоих случаях ведущую роль играет реакция радиационного захвата. Однако этому методу свойственны оп ределенные особенности, связанные главным образом со специ фикой взаимодействия резонансных нейтронов с ядрами эле ментов и способами осуществления облучений.
Как было отмечено ранее, у некоторых изотопов сечение ре акции (п, у) равномерно падает с ростом энергии нейтронов согласно закону l/v. Однако у многих изотопов функция воз буждения при определенной энергии нейтронов имеет резонанс ные пики, в области которых сечение радиационного захвата' достигает исключительно высоких значений и может более чем; на два порядка превосходить сечение активации для тепловых нейтронов. В принципе такой характер функции возбуждения; предоставляет интересную возможность для проведения избира тельной активации элементов. Но она не может быть реализо вана из-за отсутствия подходящего источника моноэнергетических нейтронов с переменной энергией.
Для аналитических определений доступны только резонанс ные нейтроны, получающиеся главным образом в процессе за медления быстрых нейтронов. Наибольшей интенсивности пото ки резонансных нейтронов достигают в ядерных реакторах, но при этом они всегда сопровождаются интенсивным потоком теп ловых нейтронов. Поток резонансных нейтронов имеет сплошное' распределение, а плотность потока изменяется по закону \/Еп.
Уже сам ход зависимости плотности потока резонансных нейтронов от энергии способствует большей активации элемен тов, резонансы у которых расположены в области низких энер гий, так как здесь плотность потока резонансных нейтронов выше. Воздействовать на избирательность активации резонанс ными нейтронами можно путем применения фильтров, которые видоизменяют энергетический спектр нейтронов в желаемую'
сторону.
Облучение резонансными нейтронами преимущественно при меняют для повышения избирательности определения элементов, проявляющих наиболее интенсивное взаимодействие с резонанс ными нейтронами. Это, естественно, сокращает круг определяе мых элементов и сопровождается понижением чувствительности по сравнению с активационным анализом на тепловых нейтро нах того же источника. Более сложна методика проведения не которых стадий аналитических определений (главным образом
облучений).
Активационный анализ на резонансных нейтронах представ лен тремя вариантами, различие между которыми вытекает из методики анализа: 1) облучение с нерезонансным фильтром;
2) облучение с резонансным фильтром; 3) анализ по времени замедления нейтронов. Эти методы способствуют определению элементов с четко выраженными нейтронными резонансами, сре ди которых можно отметить: As, Mo, Ru, Rh, Pd, In, Sb, I, Nd, Sm, Tb, Lu, Та, Re, Pt, Au, Hg, U.
Облучение с нерезонансным фильтром. Этот метод приме няется для подавления тепловой компоненты нейтронного пото ка [96]. Наиболее удачный фильтр для такой цели — кадмиевый.
Слой кадмия толщиной 0,5—1,0 мм |
пропускает |
только, около |
4 -10-4 первичного потока тепловых нейтронов. |
к уменьшению |
|
Применение кадмиевого фильтра |
приводит |
удельной активности элемента в такое число раз, которое равно его кадмиевому отношению в принятых условиях облучения. В результате повышается избирательность определения элемен тов с высоким резонансным интегралом в присутствии элемен тов с низким резонансным интегралом. Экспериментальное оп ределение кадмиевых отношений для 42 элементов, проведенное Н. А. Дамбургом и Л. Л. Пелекис в канале реактора ИРТ-2000 с кадмиевым фильтром толщиной 0,5 мм, дало величины, кото рые лежат в интервале от 2 до 240 [96]. Следовательно, приме няя этот метод, в предельном случае можно достигнуть повы шения избирательности активации почти на два порядка.
Иногда в качестве материала для фильтра используют бор, который имеет высокое сечение поглощения медленных .нейтро нов, подчиняющееся закону \/v. Ослабление потока моноэнер-
гетических нейтронов следует соотношению |
|
JP*. — e ~ N vanornx |
■ (4 7) |
ф0 |
|
где Ф0 и Фж— соответственно исходная плотность потока нейтро нов и плотность после прохождения слоя вещества толщиной А',. — число атомов на единицу объема поглотителя; 0 ПОг л .— се чение поглощения.
Экспоненциальная зависимость ослабления потока нейтронов от величины сечения поглощения при изменении последней по закону 1/ц приводит к тому, что борный фильтр обеспечивает достаточно четкую границу поглощения, ниже которой поток нейтронов ослабляется в значительной степени. Увеличение тол щины фильтра перемещает границу поглощения дальше в об ласть более высоких энергий, что приводит к возрастанию сред ней энергии нейтронов, проходящих через фильтр (см. рис. 15). Борный фильтр приходится применять в сочетании с кадмиевым в связи с тем, что необходимо уменьшить количество тепла, вы
деляющегося |
в результате |
экзоэнергетической |
реакции |
|||
10В(л, a)7Li. |
Активация |
элементов |
нейтронами реактора с |
|||
фильтром |
0,5 |
мм Cd + 2 |
мм ВС4 |
(бор |
природного |
изотопного |
состава) |
исследована в работе [96]. С таким фильтром удельная |
•82